プレゼン資料 - Electronic Navigation Research Institute

電子航法研究所発表会 2014年6月
GNSS障害時の代替システムの動向
June 6, 2014
○毛塚敦
Atsushi Kezuka
吉原貴之
斎藤享
Takayuki Yoshihara Susumu Saito 独立行政法人
電子航法研究所
Electronic Navigation Research Institute
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本発表の内容
 航空航法におけるGNSS障害の要因
 代替システム構築における諸外国・ICAOでの動き
 DMEを用いた代替システムにおける測距誤差
シミュレーション
 まとめ、今後の予定
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ＧＮＳＳの脆弱性
携帯データネットワーク
社会の依存度大(一極集中)
交通金融システム
農業
GNSS信号の脆弱性
懸念
GNSS
Homeland Security Presidential Directive‐7, The White House, 2003
GNSS: reliance and vulnerabilities, The Royal Academy of Engineering , London, 2011
内閣官房宇宙開発戦略本部，”GPSはじめ他国の測位衛星が使用不可能になるケースに関する考え方”, 2010
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航空航法におけるGNSS障害例
システム障害(2014年, GLONASS衛星)
太陽フレア(電波バースト)
電離圏擾乱
RNP0.3
RNP-AR
GBAS
演習(2007年, Sandiego)
GPSジャマー (2009年, Newark空港)
GPSリピータ
GNSS障害時でも安全で効率的な運航を維持
するために代替システム(APNT)が必要
APNT: Alternate Position, Navigation, and Timing
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APNT構築に向けた動き
2025年までの交通量の倍増に対しPBN, ADS-B, TBO, RNAV, CSPOを
GPSにより可能にする (FAA APNT白書2012)
米国
FAAのマイルストーン
・Concept Requirements Definition in FY 2011
・Initial Investment Analysis Approval by FY 2014
・Final Investment Analysis Approval by FY 2016
・Solution Implementation Starting in FY 2017
・Subsequent In‐Service Management
目標
測位精度
Navigation
Surveillance
Accuracy(95%)
Containment(10‐7)
Separation
NAC (95%)
NIC (10‐7)
En Route
4 NM
2 NM
8 NM
4 NM
5 NM
92.6 m
0.2 NM
Terminal
LNAV
1 NM
0.3 NM
2 NM
0.6 NM
3 NM
92.6 m
0.2 NM
欧州
DLR(ドイツ航空宇宙センター)
によるLDACS-NAV開発
ICAO
航法委員会(ANC)によって、APNTがＮＳＰ (航法シス
テムパネル)のジョブカードの一つに割り当てられる
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DMEによる代替システム(APNT)
代替システム候補
測距
① DME(測距装置)
② WAM
③ Psuedolite
④ LDACS-NAV
質問
応答
10km
370km(最大)
DME
DME
TACAN
ｐ
測位
国内外にはDMEが
多数配置
DME
精度の改善が必要
DME
(DME/DMEはRNP0.3不可)
DME: Distance Measuring Equipment
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WAMによる代替システム(APNT)
TIS-B: Traffic Information
Service Broadcast
代替システム候補
① DME(測距装置)
② WAM
③ Psuedolite
④ LDACS-NAV
Step1: ADS-B信号送信
Step4: TIS-Bにより航空機へ
位置情報送信
GBT
Step2: WAMにより受信
⇒航空機位置決定
Step3: 航空機位置情報
をGBTへ送信
GBT: Ground Based Transceiver
国内に適用するには、位置情報を航空機へ伝達する手段の検討が必要
7
Pseudolite（疑似衛星）による代替システム
GBT: Ground Based Transceiver
DME: Distance Measuring Equipment
代替システム候補
① DME(測距装置)
② WAM
③ Psuedolite
④ LDACS-NAV
PL Signal
PL Signal
PL Signal
GBT/DME GBT/DME
PL Signal
GBT/DME
GBT/DME
機上装備へのインパクト大 (標準化、認証、搭載コスト、メンテナンス)
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LDACS-NAVによる代替システム
代替システム候補
① DME(測距装置)
② WAM
③ Psuedolite
ＴＯＡ(信号到達時間)から測距
④ LDACS-NAV
GS TX Signal (forward link)
GS
GS
GS
GS
GS: Ground Station
運用開始まで時間を要する（標準化，認証）
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現行DMEの精度
APNTとしてDMEに着目
現行DME測距誤差
要因
誤差量
機上インテロゲータ
92.6m
（質問機）
(0.05NM)
地上トランスポンダ
37.0m
(応答機)
(0.02NM)
電波伝搬
マルチパス
74.1m
対流圏遅延
(0.04NM)
Total
129.6m
(0.07NM)
改善検討
・ K. Li, et al. , Proceedings of the ION GNSS
Conference, Portland OR, Sep. 2011
(※) 着目
・ Matt Harris, et al., 25th ITM ION , sep.2011
・ E. Kim, et al., 31st DASC, oct 2012
目標値 33.3m
(※)
 補正モデルを用いて大まかな補正は可能
 気象・地形による誤差の変動分までは補正困難
気象現象等による測距誤差の変動を調査
測位92.6m
測距33.3m
DME
HDOP悪
（2.78）
DME
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気団による測距誤差変動解析モデル
寒気
Cold Air Mass
暖気
梅雨前線
Hot Air Mass
乱層雲
測距
DME局
測距
DME局
気象現象による測距誤差の変動調査
梅雨期（６月）のデータを使用
寒気団および暖気団の中でレイトレーシングを行い、
大気伝搬遅延による測距誤差変動を定量的に算出
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ラジオゾンデによる寒気・暖気の気温・湿度・気圧
3
2
1
5
10 15 20 25
気温 [degrees]
高度 [km]
高度 [km]
3
2
1
0
0
10
Smith‐Weintaub’s equation
屈折指数 N=77.6
+64.8
+3.776×105
: 乾燥大気圧 = 気圧 ―
: 水蒸気分圧= 飽和水蒸気圧
: 絶対温度 = 気温 + 273.15
17.269 t
= 6.11× exp
t + 237.3
×湿度 [%]
高度 [km]
高度 [km]
4
0
6/26 12:00(UT)
6/21 6:00(UT)
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
20 40 60 80 100
900
940
980
気圧P [hPa]
湿度 [%]
6/19 0:00(UT)
4
6/18 6:00(UT)
8
6
4
2
0
0
観測点が寒気および暖気のデータを選択
100 200 300
屈折指数N
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寒気・暖気における光線群
暖気屈折率
寒気屈折率
大気を層状に離散化
小
測距誤差
10,000m 大
∆
2
2
DME局
6/18 6:00
6/19 0:00
6/21 6:00
6/26 12:00
地平線
DME
レイトレース結果
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測距誤差変動の解析結果
150
6.18
6.19
6.21
6.26
6:00 (Cold)
0:00 (Cold)
6:00 (Warm)
12:00 (Warm)
100
50
0
195
190
25.8m
20.0m
12.3m
5.8m
0 50 100 150 200 250 300 350
測距レンジ(Line of Sight) [km]
測距誤差 [m]
測距誤差 [m]
200
185
180
25.8m
175
170
165
160
15
17
19
21
23
25
27
DAY (UT)
寒気と暖気での測距誤差の差(誤差の変動)は、最大で25.8m (370kmレンジ)
 DME測距誤差全体の目標値(33.3m)のうち伝搬に割り当てられる量に比べ
て大きな誤差となる。
 誤差改善検討が必要
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まとめと今後の予定
GNSS障害時の代替構築に関する諸外国・ICAOの状況
FAAでのAPNT性能要件
 候補となっている各種方式（DME, WAM, Psuedolite, LDACS-NAV）

DMEによるAPNTに着目し、対流圏伝搬遅延の気団による変動量を調査


寒気・暖気の違いにより誤差が25.8m変動
測距誤差目標値33.3mのうち電波伝搬へ割り当てられる
許容誤差よりも大
今後の予定
 国内における航法・監視の状況から国内におけるAPNTの性能要件抽出
 諸外国が提案する方式の適用性を精査または新規APNTコンセプト提案
 DME測距誤差改善のためのデータ提供
15
Thank you for your attention!
16

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