JP2003085699A - 積雪によるｉｌｓのグライドパス進入コース予測方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 積雪によるＧＰ進入コースの変化は、飛行検
査以外に監視する方法がない。 【解決手段】 積雪の反射面は、階段状積雪構造のＧＰ
反射面と，前方地形反射面とが形成され、階段状積雪形
状データ発生部と、前方地形データ発生部と、積雪の誘
電率測定装置と、誘電率の時の雪深を求める雪深測定装
置と、形状データと前記代表的な誘電率と雪深とから階
段状積雪構造の地面反射係数を求める機能と、この地面
反射係数から受信点における電界強度を求める機能と、
前方地形からの回析波を求める機能と、受信点における
反射波と直接波と回析波のそれぞれ電界強度とからパス
角の変化とパス幅の変化とを求めてＧＰ進入コースを予
測する機能とを有する。 【効果】 積雪の誘電率やＧＰ反射面の地形及びこの前
方に存在する前方地形をデータとしてＧＰ進入コースを
予測することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、積雪時の計器着
陸装置（以下、ＩＬＳと記す）におけるグライドパス
（以下、ＧＰと記す）進入コース予測方法及びその装置
に関し、特に、ＧＰ反射面の積雪の誘電率及び雪深によ
るパス角変化を求めてＧＰ進入コースを予測する方法及
びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＩＬＳは、視界不良の場合に使用する着
陸システムであり、垂直方向の進入コース情報を与える
ＧＰと、水平方向の進入コース情報を与えるローカライ
ザと、空港からの距離情報を与える３つのマーカとによ
り構成されている。

【０００３】そのうちＧＰは、その進入コースの作成に
地面からの反射波を利用している。従って、地面反射の
反射率が変われば、ＧＰの進入コースも変わることとな
るので、降雪地域にある空港では、ＧＰ反射面に積もっ
た雪により、反射率が変動し、それにつれてＧＰ進入コ
ースが変化する。

【０００４】そして、図１7に示すように、ＧＰ進入コ
ース９０は、ＧＰアンテナの前方３００ｍまでのフレネ
ル反射面８３上に設定された３つの反射点（図示せず）
からの反射波を利用して形成されるが、フレネル反射面
８３に雪が積もると反射点が変化するとともに、積雪層
内では透過した電波が多重反射する等の理由により、Ｇ
Ｐ進入コース９０は複雑に変化する。

【０００５】一方、ＩＬＳのＧＰの監視に関するものと
しては、フィールドモニタ８０がある。このフィールド
モニタ８０では、ＧＰアンテナ８１の前方７５ｍの位置
に、フィールドモニタアンテナ８２を設置して、モニタ
信号を受信して、ＧＰのパス角（３度）の変化、変調度
および電界強度を監視している。このように、このフィ
ールドモニタ８０では、ＧＰ送信装置（図示せず）が故
障していないか否かを監視しているものであり、フレネ
ル反射面８３上の雪の影響は考慮されておらず、フレネ
ル反射面８３上の積雪によるＧＰ進入コース９０の変化
は全く監視されていない。

【０００６】即ち、ＧＰのフィールドモニタ８０では、
地面反射係数の季節変動を一定にするため、ＧＰアンテ
ナ８１とフィールドモニタアンテナ８２間に電波反射用
の金網（図示せず）を敷設するとともに、この金網上に
５ｃｍ厚のアスファルト舗装を敷いたモニタ反射板８４
を設置している。しかし、このモニタ反射板８４上に積
もった雪が融雪するときには、広開口のＧＰアンテナ８
１とフィールドモニタアンテナ８２との近接位相効果に
よる相乗効果により、モニタ指示値にシステム停止に至
る大きな変動が生じるることがある。このためフィール
ドモニタ８０ではモニタ反射板８４の除雪を頻繁にし、
雪の影響を排除している。８８は滑走路中心線である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】実際の積雪によるＧＰ
進入コースの変化は、飛行検査以外に監視する方法がな
いのが実情であるが、その飛行検査も、冬季の気象条件
では、視界が悪く、有視界飛行で、即ち、目視での飛行
をしなくてはならない飛行検査の実施は、困難であると
いう問題点がある。

【０００８】このため、降雪地の空港ではその対処法と
して、３００ｍに渡ってフレネル反射面８３上の積雪を
圧雪したり、除雪したりして、その雪深が３０ｃｍ以下
となるようにし、この３０ｃｍ領域８５ａの圧雪面８５
から傾斜させた傾斜面８６から自然積雪面８７へと連設
した階段状積雪構造にして、ＧＰ進入コースが基準値か
らずれるのを防止するように努めている。しかしなが
ら、冬季の降雪時には、降雪量は時々刻々変化し、その
雪深が変動する。そのため、３０ｃｍ領域８５ａの圧雪
や除雪作業に伴う費用や人手がかさみ、又、飛行検査の
結果では、傾斜面７６領域においてＧＰ電波が反射し
て、二重反射が発生し、進入コースのパス幅が広がると
いう問題がある。

【０００９】このように、積雪によるＧＰ進入コースの
変化を監視する方法は未だ有効なものは確立されていな
い。さらに、降雪地の空港では、現状のＩＬＳを高度運
用するニーズが増大してきている。以上のことを勘案す
れば、積雪によるＧＰ進入コースの予測技術の開発が急
務となっている。

【００１０】そこで、発明者等は、積雪時のＧＰ進入コ
ースの変化を予測する予測システムを提供することを課
題とし、この課題を解決する手段としてフレネル反射面
８３等の積雪の誘電率及びその時の雪深によるパス角変
化を求めて高精度のＧＰ進入コースを予測することの出
来る方法及びその装置に関する発明をした。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に係わる発明
は、ＩＬＳのグライドパス進入コースに影響する積雪の
反射面は、フレネル反射面を形成する一定雪深の圧雪面
から傾斜面を介して自然積雪面へと連設した階段状積雪
構造のＧＰ反射面とこのＧＰ反射面の前方に位置する前
方地形が形成する前方地形反射面とが形成され、前記階
段状積雪構造を表す形状データを求め、前記ＧＰ反射面
の前方に位置する前方地形の前方地形データを求め、前
記階段状積雪構造をなす積雪の代表的な誘電率とこの誘
電率の測定時における雪深を求め、前記形状データと前
記代表的な誘電率とこの時の雪深とから前記階段状積雪
構造の地面反射係数を受信点において求めるとともに、
その時の反射波の電界強度を求め、前記前方地形による
電波の回析波を求め、この回析波の受信点における回析
波の電界強度を求め、受信点における直接波の電界強度
を求め、受信点における前記反射波と前記直接波と前記
回析波のそれぞれ電界強度とからパス角の変化とパス幅
の変化とを求めてＧＰ進入コースを予測するようにした
グライドパス進入コース予測方法である。

【００１２】請求項２に係わる発明は、ＩＬＳのグライ
ドパス進入コースに影響する積雪の反射面は、フレネル
反射面を形成する一定雪深の圧雪面から傾斜面を介して
自然積雪面へと連設した階段状積雪構造のＧＰ反射面と
このＧＰ反射面の前方に位置する前方地形が形成する前
方地形反射面とが形成され、前記階段状積雪構造を表す
形状データを発生する階段状積雪形状データ発生部と、
前記ＧＰ反射面の前方に位置する前方地形の前方地形デ
ータを発生する前方地形データ発生部と、前記階段状積
雪構造をなす積雪の代表的な誘電率を測定する誘電率測
定装置と、前記誘電率の時の雪深を求める雪深測定装置
と、前記形状データと前記代表的な誘電率と雪深とから
前記階段状積雪構造の地面反射係数を求める機能と、こ
の地面反射係数から受信点における電界強度を求める機
能と、前記前方地形からの回析波を求める機能と、前記
受信点における前記反射波と前記直接波と前記回析波の
それぞれ電界強度とからパス角の変化とパス幅の変化と
を求めてＧＰ進入コースを予測する機能とを有する予測
計算装置と、を備えたグライドパス進入コース予測装置
である。

【００１３】請求項３に係わる発明では、前記誘電率測
定は、地面に設置され、電波が透過可能な透過ボード
と、この透過ボードの上方及び下方（地下）に対向して
配置した送信用及び受信用アンテナと、受信された透過
波の透過特性を測定するネットワークアナライザとを有
し、前記測定した前記透過特性から透過係数を求め、こ
の透過係数から前記積雪の誘電率を求める透過法による
誘電率測定装置を用いたことグライドパス進入コース予
測装置である。

【００１４】請求項４に係わる発明では前記誘電率測定
装置は、それぞれ電気的特性及び形状が同一で、前記積
雪に電波を照射する測定用送信アンテナと前記積雪から
の反射波を受信する測定用受信アンテナとからなる測定
用アンテナと、この測定用アンテナとそれぞれ電気的特
性及び形状が同一で、測定機器の校正時に電波を照射す
る校正用送信アンテナとその反射波を受信する校正用受
信アンテナとからなる校正用アンテナと、反射特性を測
定するネットワークアナライザに接続され、校正系及び
測定系同軸ケーブルによりそれぞれ前記校正用アンテナ
と前記測定用アンテナとに接続されているとともに、前
記校正用アンテナと前記校正系同軸ケーブルとを有する
校正系と前記測定用アンテナと前記測定系同軸ケーブル
とを有する測定系とを切り換える手段を有する同軸切換
器と、この同軸切換器を介して前記校正系と前記測定系
とに接続されているとともに、前記校正系からの反射波
と前記測定系からの反射波との反射特性をそれぞれ測定
する前記ネットワークアナライザと、このネットワーク
アナライザでそれぞれ求めた前記校正系からの反射特性
と前記測定系からの反射特性とに基づいて前記積雪の誘
電率を算出する機能を有する反射法による誘電率測定装
置を用いたグライドパス進入コース予測装置である。

【００１５】請求項５に係わる発明は、電気的特性及び
形状の等しい測定用送信アンテナと測定用受信アンテナ
とからなる測定用アンテナと、この測定用アンテナを同
軸切換器に接続する同軸ケーブルと前記測定用アンテナ
とを有する測定系が構成され、この測定系の電気的特性
と等しい電気的特性を有し、前記同軸切換器に接続され
たスルーの校正用伝送ケーブルと、ネットワークアナラ
イザに接続され、前記校正用伝送ケーブルと前記測定系
とを切り換える手段を有する前記同軸切換器と、この同
軸切換器を介して前記校正用伝送ケーブルと前記測定系
とに接続されているとともに、前記校正用伝送ケーブル
及び測定系からの校正特性と前記測定系からの反射特性
及びアンテナ間結合特性を測定する前記ネットワークア
ナライザと、前記反射特性、前記校正特性からそれぞれ
校正係数、反射係数を算出する機能と、前記測定機器校
正値の初期値を求める機能と、これらの値を保存する機
能と、測定した前記積雪の反射係数から前記積雪の誘電
率を算出する機能とを有する反射法による誘電率測定装
置とを用いたグライドパス進入コース予測装置である。

【００１６】請求項６に係わる発明では、前記誘電率測
定装置は、前記電波の周波数帯において求めた前記積雪
の誘電率を、ＶＨＦ〜マイクロ波帯において導出されて
いる実験式に基づいて、外挿法により測定に使用した電
波の周波数帯から他の周波数帯に換算する機能を有する
グライドパス進入コース予測装置である。

【００１７】

【発明の実施の形態】まず、発明者等は、我が国で最も
降雪量の多い青森空港において、積雪がＧＰ進入コース
に与える影響について解析した。一方、積雪がＧＰ進入
コースへ与える影響について飛行検査を行った。この検
査結果によれば、積雪の影響はパス角の変化にみなら
ず、パス幅が広がり偏位感度も低下することが判明し
た。そこで、発明者等はＧＰ進入コースの変化を積雪の
誘電率をもとに数値解析により検討した。以下、これに
ついて説明する。

【００１８】青森空港において、図１７に示すように、
ＧＰアンテナ８１の前方、３００ｍ迄フレネル反射面８
３として圧雪、除雪して圧雪面８５を形成し、それより
先を除雪しない自然積雪領域とした。青森空港の場合、
この自然積雪領域の雪深は、１〜１．６ｍにもなる。

【００１９】このため、この発明では、図１に示すよう
に、ＧＰ進入コース８に影響を与える地形図の全体の積
雪面１の形状は、図２に示すフレネル反射面２を形成す
る一定雪深の圧雪面３から傾斜面４を介して自然積雪面
５へと連設した階段状積雪構造のＧＰ反射面６と、この
ＧＰ反射面６の前方に位置する前方地形７とで形成され
ている。９は航空機、１０、１１はそれぞれ前方地形７
内に存在する丘と谷である。１２は滑走路である。

【００２０】そして、発明者等は、図３、図４に示すよ
うに、積雪の誘電率とパス角の変化を解析した。まず、
図３はフレネル反射面２の積雪の雪深をＤ_ｗ＝０．１５
ｍ、０．２５ｍとして雪質変化による２５ｎｍ遠方のパ
ス角の変化を示している。この結果から判断すると、Ｄ
_ｗ＝０．２５ｍ、誘電率の実数部ε’が１．５から２．
５に変化すると、遠方のＧＰ進入コース８が１０μＡか
ら５０μＡに偏位することを示している。又、図４は積
雪の雪深をＤ_ｗ＝０〜０．５ｍにした時のパス角の変化
を示しており、なお、直線は積雪面を地面に置き換えた
場合のパス角の変化を示している。積雪の波状変化は、
誘電率の増加につれて直線的に近似することが判明し
た。このように、その結果は実験データと対称性の良い
ことが確認された。従って、ＧＰ反射面上の積雪の誘電
率が測定できれば、ＧＰ進入コース８を高精度に予測で
きるとの判断に至った。

【００２１】一方、ＧＰ進入コース８の予測を精度良く
行うには、実際の積雪状態における誘電率を精度良く測
定する必要がある。しかしながら、フレネル反射面２に
堆積する積雪は、外気温の変化、降雪量等により積雪の
雪深が変化するとともに、その積雪断面は誘電率の異な
る層構造に堆積する性質があり、既存の方法では、その
ような積雪の誘電率、特に、ＧＰ周波数帯（３３０ＭＨ
ｚ帯）の誘電率を精度良く測定する方法はなかった。

【００２２】そこで、発明者等は、積雪の誘電率を正確
に測定することの出来る３種類の誘電率測定装置（それ
ぞれ実施例１〜実施例３として後述する）１４（１４
ａ、１４ｂ、１４ｃ）を用いて、この誘電率測定装置１
４から求めた空港の進入点付近の誘電率を入力データと
して、積雪時におけるＧＰ進入コース８を予測するシス
テムを発明した。そこで、まず、以下にこの発明の各実
施例に共通な事項について詳細に説明する。

【００２３】図５は、この発明の第１〜第３の実施例を
示すもので、積雪時のＧＰ進入コース予測装置１３を示
すシステム構成図、図６は第１の実施例で、透過法を用
いた誘電率測定装置１４ａを示し、図７は、この発明の
第２の実施例で、反射法を用いた誘電率測定装置１４ｂ
を示し、図８〜図９は、この発明の第３の実施例で、実
施例２と同様に、反射法を用いた誘電率測定装置１４ｃ
を示している。図１１はこの発明のシステムブロック図
である。

【００２４】図５において、１３はこの発明によるＧＰ
進入コース予測装置で、積雪時における航空機９のＧＰ
進入コース８を予測する。ＧＰアンテナ８１近傍のＧＰ
反射面６（フレネル反射面２を含む）の積雪形状を示す
地形断面図６ａは、図２に示す地形図と同様に、積雪の
雪深が３０ｃｍに圧雪された圧雪面３から傾斜をつけて
傾斜面４を形成し、自然積雪面５へと連設した階段状積
雪構造を表している。わが国で最も積雪量が多い青森空
港を例にとれば、ＧＰアンテナ８１までの３００ｍをフ
レネル反射面２とし、このフレネル反射面２を３０ｃｍ
以下に圧雪するか、又は、除雪して平坦にして圧雪面３
を形成している。それ以上遠方の領域は、経済的な理由
から傾斜をつけて傾斜面４を形成し、圧雪も除雪もしな
い自然の積雪領域に連続させて自然積雪面５としてい
る。この自然積雪領域の雪深は、１〜１．６ｍにもなる
ため、ＧＰ反射面６全体の積雪面の形状は、図２に示す
ように、階段状積雪構造となる。

【００２５】誘電率発生装置１４は、積雪の誘電率を求
めるもので、フレネル反射面２とフレネル反射面２に続
く自然積雪領域の積雪の誘電率が自動計測される。な
お、計測された誘電率は後述するデータファイルに誘電
率データとして格納されている。この誘電率測定装置１
４には、実施例１〜実施例３においてそれぞれ詳述する
ように、従来型の透過法を用いる装置１４ａと、発明者
等が発明（すでに出願した）した反射法を用いる２つの
タイプの装置１４ｂ、１４ｃとが用いられる。この発明
の各実施例では、この誘電率測定装置１４はフレネル反
射面とその先の自然積雪面５領域に各１台ずつ設置し、
両領域の誘電率を測定している。

【００２６】１５は雪深測定装置で、ＧＰ反射面６の地
形断面図６ａから明らかであるように、階段状積雪構造
における各領域の積雪の雪深を測定するもので、各実施
例１〜３では、フレネル反射面２の領域、即ち、圧雪面
３には５台、自然積雪面５の領域には１台設置されてお
り、誘電率発生装置１４で自動計測された誘電率の時の
雪深を自動計測している。そして、フレネル反射面２に
設置されている５台の雪深測定装置１５からのそれぞれ
測定値は、通常はばらついているので、フレネル反射面
２領域の積雪を平坦と仮定し、５台の雪深測定装置で測
定した各測定値の平均値を求めた。又、自然積雪面５の
領域では、雪深の測量を２〜３点行い、その平均値を自
然積雪面５領域の雪深としている。さらに、傾斜面４の
領域では、一定の傾斜角度となるように、フレネル反射
面の圧雪、除雪時にブルドーザーで、均一にした。数点
の測量を行い、最小自乗法により傾斜面４の傾斜角度を
算出している。これらの雪深データは、誘電率データと
同様に、データファイル６０に格納されている。

【００２７】１６は階段状積雪形状データ発生部で、図
２に示す階段状積雪構造のＧＰ反射面（フレネル反射面
２を含む）６の積雪形状を示す形状データを発生する。
この発明による実施例では、図２に示す階段状積雪構造
の傾斜面４の領域は、一定角度の斜面となるように、ブ
ルドーザーで圧雪して均一に形成した後、傾斜面４の数
点を測量して、最小自乗法によって傾斜面４の傾斜角度
を算出し、平坦な圧雪面３と傾斜面４の傾斜角度等の値
から図２に示す階段状積雪構造の地形断面図６ａ全体の
輪郭を示す形状データが作成される。全体の形状データ
が作成され、後述するデータファイル６０（図１１）に
データ列として格納される。なお、この階段状積雪構造
のＧＰ反射面６が除雪、圧雪、降雪等によりその形状が
変化する毎にこの形状を示す形状データを発生し、その
度にデータファイル６０のデータ列は更新される。な
お、いずれの実施例の場合も、形状データのデータ列
は、５ｍ間隔のデータ列として格納されている。

【００２８】１７は前方地形データ発生部で、滑走路１
２の前方に位置する丘１０や谷１１等の存在する前方地
形７の地形データを発生するもので、上記階段状積雪形
状データ発生部１６において作成したと同様にして丘１
０や谷１１等の地形の輪郭を示すデータ列が作成され、
同様に予測計算装置１８のデータファイル６０に格納さ
れる。なお、データ列は平坦な面では、荒く読み込んで
も良いが、いずれの実施例も２５ｍ間隔の地形の高低を
読み込みんでいる。

【００２９】１８は予測計算装置で、各種のデータから
積雪時におけるＧＰ進入コース８の変化やパス幅の変化
を算出するもので、詳細は、動作説明の項において詳述
する。

【００３０】１９は表示部で、データ画面及び解析結果
出力画面とが表示され、ＧＰ反射面の積雪形状と前方地
形データ等をグラフ表示し、且つ積雪の誘電率と雪深デ
ータをも表示される。又、この実施例の場合には、ＧＰ
進入コース８に従って空港へ進入する航空機９迄の距離
を横軸に、ＤＤＭを縦軸にして表示されるように構成さ
れている。

【００３１】

【実施例１】次に、第１の実施例では、誘電率測定装置
１４としては、従来用いられていた透過法による積雪の
誘電率測定装置１４ａを使用した場合の実施例について
説明する。

【００３２】この透過法による積雪の誘電率測定装置１
４ａは、図６に示すように、地面２０に電波２１が透過
可能な透過ボード２２が敷設され、この透過ボード２２
の下方（地下）には、電波２１を透過ボード２２面に向
けて照射する送信用ホーンアンテナ２３が設置されてい
る。そして、透過ボード２２の上方（地上）には、電波
２１（透過波）を受信する同様な形状の受信用ホーンア
ンテナ２４が、支柱２６に支持されて送信用ホーンアン
テナ２３に対向配置されている。そして、受信用ホーン
アンテナ２４には、透過波の透過特性を測定するネット
ワークアナライザ（図示せず）が接続されている。

【００３３】このような構成で、透過ボード２２上の積
雪２５に向けて電波２１を照射すると、電波２１は、積
雪２５と透過ボード２２とを透過し、受信用ホーンアン
テナ２４で受信される。この受信された透過は、その透
過特性がネットワークアナライザ（図示せず）により測
定され、この透過特性から透過係数を算出し、積雪２５
の複素誘電率が求められる。

【００３４】上記のようにして算出された積雪２５の誘
電率は、Ｃバンドの周波数帯で測定された結果であるの
で、ＶＨＦ〜マイクロ波帯における特定周波数で測定さ
れ実験的に導出されている下記実験式に基づいて、外挿
法により空港に設置されているグライドパスの周波数帯
に換算した誘電率が算出する。以下、特定周波数（ＶＨ
Ｆ〜マイクロ波帯）で測定された積雪複素誘電率を任意
周波数における誘電率に換算する換算法について説明す
る。

【００３５】水分を含む積雪の分散特性がDebyの式で与
えられる水の分散特性に対応して表現出来ると仮定し
て、周波数ｆにおける積雪誘電率虚数部ε"s(f)及び積
雪誘電率実数部ε's(f)の増分Δε's(f)は、それぞれ下
記の式（１）及び式（２）式を用いる。

【００３６】

【００３７】

【００３８】ここで、ε"sは積雪誘電率虚数部、Δε's
は積雪水分による積雪誘電率実数部ε'sの増分で、ε's
=ε'd+Δε'sである。（但し、ε'dは水の占有体積を空
気で置き換え乾雪とした時の誘電率実数部）である。
又、ｆ_０は純水の誘電緩和周波数で、ｆ_０＝8.84(GHz)
であり、tan δwは純水の誘電正接（損失係数）で、温
度０℃では、下記式（３）式となる。

【００３９】

【００４０】ここで、周波数ｆ_Ｍにおける複素誘電率の
実数部及び虚数部の測定値を、それぞれε's(ｆ_Ｍ)、
ε"s(ｆ_Ｍ)とすれば、任意の周波数ｆにおける積雪３の
複素誘電率の虚数部は、式（１）を用いると、下記式
（４）式で表される。

【００４１】

【００４２】次いで、積雪２５の複素誘電率の実数部
は、上記ε's=ε'd+Δε'sから式（１）、（２）、
（３）式を用いて、下記式（５）式で表される。

【００４３】

【００４４】ここで、発明者等は、３〜３７(GHz)のマ
イクロ波帯の周波数で報告されているHallikainmenn等
の実験式が、３(GHz)以下の周波数帯に対しても有効で
あると仮定し、０〜５(GHz)の帯域で、体積含水率０〜
１２（％）、密度0.25(g/cm3)の積雪の誘電率を計算し
た結果を、図２、図３に実線で示した。このデータで、
ｆ＝５(GHz)における複素誘電率を既知の測定値と仮定
し、式（４）、（５）式から新たにｆ＜５(GHz)の周波
数について複素誘電率を算出した結果をマーカプロット
した。この結果から明らかであるように、両者は良く一
致していることが判明した。

【００４５】このようにして透過型の誘電率測定装置１
４ａにより求められた積雪２５の誘電率は、ＧＰ進入コ
ース予測装置１３の予測計算装置１８に入力される。以
後詳細は、後述する。

【００４６】

【実施例２】次に、第２の実施例では、誘電率測定装置
１４としては、発明者等が発明し、別件として特許出願
した反射法による積雪の誘電率測定装置１４ｂを使用し
た場合の実施例について説明する。上記実施例１と同様
に、電波２１の測定周波数帯域はＣバンドで、測定用及
び校正用アンテナとしてはホーンアンテナを用い、測定
系の反射板３０上に降り積もった積雪２５の誘電率を測
定する。なお、同一のものは、同一番号及びその名称を
用いる。

【００４７】第２の実施例は、ネットワークアナライザ
や同軸ケーブルなどの測定機器を校正するための一対の
校正用アンテナを含む校正系と一対の測定用アンテナを
含む測定系との２系統を構成するとともに、この２系統
はいずれも電気的特性が同一となるように、アンテナ、
同軸ケーブルのケーブル長、損失及びアンテナ高、形状
等すべて等しくなるように構成し、ネットワークアナラ
イザで被測定物の反射特性を測定して、この反射特性か
ら反射係数を算出し被測定物の誘電率εを算出するよう
にした実施例を示すもので、以下、図７に基づいて説明
する。

【００４８】互いに電気的特性及び形状が同一の測定用
アンテナ３１（３１ａ、３１ｂ）は、信号源（図示せ
ず）からの電波２１を、地面２０（フレネル反射面）に
設置されている金属製の反射板３０上の積雪２５へ照射
する測定用送信アンテナ３１ａと積雪２５からの反射波
３２を受信する測定用受信アンテナ３１ｂとにより構成
されており、この実施例の場合にはホーンアンテナが用
いられている。

【００４９】互いに電気的特性及び形状が同一の校正用
アンテナ３５（３５ａ、３５ｂ）は、測定用アンテナ３
１とも電気的特性及び形状が同一である。この校正用ア
ンテナ３５（３５ａ、３５ｂ）は、地面２０に設置され
ている金属製の反射板３８に向けて電波２１を照射する
校正用送信アンテナ３５ａと反射板３８からの反射波を
受信する校正用受信アンテナ３５ｂとにより構成されて
いる。

【００５０】反射板３０、３８は、校正系側及び測定系
側とも地面２０に設置されている。なお、この実施例の
場合には、校正系に設置されている反射板３８には、加
熱装置（図示せず）が接続されており、雪の降る季節に
は、常時加熱して反射板３８の表面に雪が積もらないよ
うに構成されている。測定系の反射板３０には、自然な
積雪が形成される。

【００５１】測定用アンテナ３１と校正用アンテナ３５
とは、いずれも２本の支柱３９、４０に掛け渡されたポ
ール４１の中心線から等距離の位置に水平方向に可動可
能に取り付けられている。その際、測定用アンテナ３１
は、積雪２５の上方に取り付けられているとともに、測
定用送信アンテナ３１ａと測定用受信アンテナ３１ｂと
の設置角度は、測定用送信アンテナ３１ａから放射され
た電波がすべて被測定物３で反射して測定用受信アンテ
ナ３１ｂで受信され、直接波３４ａが受信されないよう
に設置されている。

【００５２】同様に、校正用アンテナ３５は、反射板３
８の上方に取り付けられており、校正用送信アンテナ３
５ａと校正用受信アンテナ３５ｂとの設置角度は、上記
測定用アンテナ３１と同様に校正用送信アンテナ３５ａ
から放射された電波２１がすべて反射板３８で反射して
校正用受信アンテナ３５ｂで受信され、直接波３４ａが
受信されないように設置されている。

【００５３】４２は同軸切換器で、ネットワークアナラ
イザ４５に接続されているとともに、測定系と校正系と
を切り換える手段を有し、測定系同軸ケーブル４３及び
校正系同軸ケーブル４４を介して測定用及び校正用アン
テナ３１、３５に接続されている。なお、測定系は、測
定系同軸ケーブル４３、測定用アンテナ３１等により構
成されており、校正系は、校正系同軸ケーブル４４、校
正用アンテナ３５等により構成されている。

【００５４】ネットワークアナライザ４５は、反射波の
反射特性を測定するもので、同軸切換器４２により測定
系と校正系とを切り換え、それぞれ測定用受信アンテナ
３１ｂ及び校正用受信アンテナ３５ｂで受信された積雪
２５及び反射板３８からの反射波の反射特性がそれぞれ
測定されている。４６はパソコンで、ネットワークアナ
ライザ４５で測定された測定系及び校正系における反射
特性の測定結果から、それぞれ反射係数が算出され、次
いで、この求めた反射係数から積雪２５の誘電率εが算
出される。

【００５５】次に、実際に測定系の反射板３０上に自然
に降り積もった積雪２５の誘電率εを求める場合につい
て説明する。ここで、測定系の反射板３７上には、自然
に雪が降り積もり積雪２５が形成されており、校正系の
反射板３８は常時加熱されており、従って、反射板３８
上には積雪２５はない状態であるとする。そこで、測定
系の反射板３０上に積もった積雪２５の誘電率εを求め
るためには、上記の装置を用いて積雪２５の反射特性を
測定し、この反射特性から反射係数を求め、この反射係
数から誘電率を算出しなければならない。

【００５６】先ず、上記実施例１と同様に、気象条件や
温度変化等によりネットワークアナライザ４５や測定系
同軸ケーブル４３、校正系同軸ケーブル４４の伸縮等に
より測定機器の電気的特性が変動するため、これら測定
機器の校正が行われる。この場合、校正系における反射
板３８上には、積雪がない状態で行われる。この実施例
の場合には、校正系の反射板３８は常時加熱されている
ので、表面に積雪はない。そこで、同軸切換器４２を校
正系に切り換えて電波２１を校正用送信アンテナ３５ａ
から照射すると、反射板３８からの反射波は、校正用受
信アンテナ３５ｂで受信され、ネットワークアナライザ
４５でその反射特性が測定される。校正時において測定
された反射特性から反射係数が求められ、これによりネ
ットワークアナライザ４５や測定系同軸ケーブル４３及
び校正系同軸ケーブル４４等の測定機器が校正される。

【００５７】次いで、同軸切換器４２を測定系に切り換
え、測定用送信アンテナ３１ａから電波２１を反射板３
７上の積雪２５面に照射して、その反射波を同様にして
測定用受信アンテナ３１ｂで受信し、ネットワークアナ
ライザ４５により反射特性が測定される。このように、
測定された反射特性から、同様に積雪時における反射係
数が求められる。この反射係数から積雪２５の誘電率が
算出される。このように、測定時には反射特性を測定
し、この反射特性から反射係数が求められる。校正時に
は同軸切換器４２により校正用アンテナ３５に切り換え
て時間経過・外気温の変化による測定系のドリフトをそ
の都度校正し、次いで、同軸切換器４２を測定系に切り
換えて、測定時における反射特性を測定し、この反射特
性から反射係数が求められ、長期的に積雪２５の誘電率
の変化を測定することが出来る。

【００５８】

【実施例３】第３の実施例では、誘電率測定装置１４ｃ
は、図７に示す校正用アンテナ３５と反射板３８との代
わりに、校正系にスルーした同軸ケーブル（以下、校正
用伝送ケーブル５０と記す）を用いたもので、以下、図
８に基づいて詳細に説明する。なお、上記実施例１及び
実施例２と同一のものは同一符号及び同一名称を用いる
とともに、その説明を省略する。

【００５９】測定用アンテナ３１は、実施例１と同様
に、測定用送信アンテナ３１ａと測定用受信アンテナ３
１ｂとにより構成されており、同軸切換器４２と測定用
アンテナ３１とを接続する測定系同軸ケーブル４３と測
定用アンテナ３１等とにより測定系が構成されている。

【００６０】校正系を構成する校正用伝送ケーブル５０
は、実施例２における校正用アンテナ３５と反射板３８
及び校正用アンテナ３５と同軸切換器４２とを接続する
校正系同軸ケーブル４４の代わりに、測定系の電気的特
性と全く等しい電気的特性を有する直線状のスルーの同
軸ケーブルで形成されている。なお、反射効率を改善す
るために設置されている反射板としては、実施例２にお
ける測定用の反射板３７のみが使用される。その他は上
記実施例２と同様である。

【００６１】この第３の実施例では、図９に示すよう
に、同軸切換器４２はネットワークアナライザ４５と２
本の同軸伝送線路５１、５２で接続されており、校正用
伝送ケーブル５０と測定系とを切り換える手段を有して
おり、測定用アンテナ３１の近傍に設置されている。

【００６２】又、図９に示すように、校正用伝送ケーブ
ル５０と、測定用送信アンテナ３１ａと同軸切換器４２
とを接続する同軸ケーブル５３と、測定用受信アンテナ
３１ｂと同軸切換器４２とを接続する同軸ケーブル５３
ｂとは、同種の線材のケーブルを用いるとともに、同軸
ケーブル５３ａと同軸ケーブル５３ｂとの電気長の和
が、校正用伝送ケーブル５０の電気長に等しく、線路長
も短いほうが望ましい。

【００６３】図８、図９に基づいて、実際に反射板３７
上に降り積もった積雪２５の誘電率εを求める場合につ
いて説明する。先ず、この第３の実施例の概略を述べる
と以下の通りである。即ち、温度変化によるネットワー
クアナライザ４５の変動や同軸ケーブル部分の伸縮等に
よる測定誤差を排除するために、まず、積雪２５の無い
状態の時に測定用アンテナ３１で測定したネットワーク
アナライザ校正係数から、校正用伝送ケーブル５０側に
切り換えて得られるネットワークアナライザ校正係数を
差し引いたアンテナ間透過係数を求める。さらに、同様
の手順で、測定用送信アンテナ１ａと測定用受信アンテ
ナ１ｂの相対位置を変えず天空方向を向けた状態でのア
ンテナ間結合係数を測定して、前記のアンテナ間透過係
数からベクトル的に減算する。これは、基本的にはアン
テナ間の結合と同軸ケーブル部分の影響を除いた測定機
器校正値を測定したことになり、この値を測定機器校正
値の初期値としてパソコン４６に保存しておく。そし
て、この測定機器校正値（初期値）は、測定用アンテナ
３１のアンテナ特性が変動しないがぎり、固有の値であ
る。

【００６４】次に、積雪状態において、同軸ケーブル部
分の校正値を測定し、保存されている測定機器校正値
（初期値）に加算して新たな測定機器校正値（積雪時に
おける校正値）とする方法で、測定用送信アンテナ３１
ａから測定用受信アンテナ３１ｂへの直接波成分による
測定誤差、測定時における温度変化によるネットワーク
アナライザ４５の変動や同軸ケーブル部分の伸縮等によ
る校正値誤差をなくし、反射板７と測定用アンテナ３１
からなる空間開放型の校正系における不安定要素を解消
することが出来る。以下、さらに詳細に説明する。

【００６５】まず、積雪のない状態におけるネットワー
クアナライザ４５の校正法（上記初期値を求める方法）
について説明する。この測定では、積雪のない季節に実
行され、長期測定時のために取得しておくデータが得ら
れる。まず、上記初期値を保存する手順は、以下のよう
な手順で実行されて求められる。同軸切換器４２を測定
用アンテナ３１側に切り換えて、レスポンススルー校正
を行う。測定用受信アンテナ３１ｂで受信した反射波か
らネットワークアナライザ４５で校正特性を測定し、こ
の校正特性から求めた校正係数Ｃ_＃１（複素数）のデー
タをパソコンに保存する。次に、同軸切換器４２を校正
用伝送ケーブル５０側に切り換えて、レスポンススルー
校正を行う。同様にしてネットワークアナライザ４５で
校正特性を測定し、この校正特性から求めた校正係数Ｃ
_＃２（複素数）のデータをパソコンに保存する。ここ
で、校正係数Ｃ_♯１＝｜Ｓ_♯１｜ε^j♯1、校正係数Ｃ
_♯２＝｜Ｓ_♯２｜ε^{j ♯２}とすると、測定用送信アンテ
ナ３１ａ及び測定用受信アンテナ３１ｂのコネクタ端か
らみた透過係数は、下記式（６）で表される。 Ｓ_２１ ^Ｒ＝（Ｃ_＃１／Ｃ_＃２）＝｜Ｓ_♯１｜ε^j♯1／｜Ｓ_♯２｜ε^j♯２ （６） ＝｜Ｓ_♯１／Ｓ_♯２｜ε^（j♯1−ε^j♯２）＝｜Ｓ^Ｒ _２１｜ε^ｊφＲ ₂₁ 従って、透過係数Ｓ^Ｒ _２１は、校正係数Ｃ_♯1及び校正
係数Ｃ_♯2から算出出来るがアンテナ間結合を含むので
これを補正する。まず、アンテナ間の相対位置を固定し
たまま、反射板３０が存在しない状態（例えば真上の天
空方向に２つのアンテナ開口を向けた状態）で、〜
の手順を実行して、アンテナ間の結合係数Ｓ^Ｄ _２１を測
定し保存しておく。この結果、透過係数Ｓ^Ｒ _２１からア
ンテナ間の結合係数Ｓ^Ｄ _２１をベクトル的に引くことで
結合を含まない送受信アンテナ間透過係数Ｓ^Ｃ _２１が求
められる。つまり、Ｓ^Ｃ _２１＝Ｓ^Ｒ _２１−Ｓ^Ｄ _２１は固
有の値であり、測定用アンテナ１の特性（結合度、利
得、コネクタ反射特性）が変わらない限り、気温変動に
よりケーブル長が変化した状態で実行して、送受信アン
テナ間透過係数Ｓ^Ｃ _２１値を求めても変動することは無
い。従って、これを測定時における測定機器校正値の初
期値としてパソコン４６に保存しておく。

【００６６】次いで、積雪時における測定は、以下の手
順で実行される。同軸切換器４２を校正用伝送ケーブル
５０側に切り換え、レスポンスルー校正を行う。この時
ネットワークアナライザ４５で校正特性を測定し、この
校正特性から求めた校正係数Ｃ_＃２ ^Ｍデータを取得す
る。校正係数Ｃ_＃２ ^Ｍ＝｜Ｓ_♯２ ^Ｍ｜ε^ｊ _φ２ ^Ｍとし、
保存してある透過係数Ｓ_２１ ^Ｃとの積を求めると、下記
式（７）となる。 Ｃ_＃２ ^ＭＳ_２１ ^Ｃ＝｜Ｓ_♯２ ^Ｍ｜ε^ｊ _φ２ ^Ｍ・｜Ｓ^Ｃ _２１｜ε^ｊφＣ ₂₁＝Ｓ_２１ ^Ｍ （７） この積Ｓ_２１ ^Ｍが、積雪時における新たなレスポンス校
正係数として、ネットワークアナライザ４５へ転送され
る。次いで、現在の測定データを追跡する。この値が、
積雪時に測定した時の実際の測定値となる。

【００６７】このようにして、積雪時における実際の透
過係数Ｓ_２１を求め、この値から反射法により積雪２５
の透過誘電率εを求める。この積雪３の透過誘電率εを
求めるためには、ＴＥ波が積雪面に入射した時の積雪面
反射係数Γ_TEを精度良く測定する必要がある。以下、積
雪面反射係数Γ_TEの測定について説明する。

【００６８】ここで、図１０に示すように、測定用アン
テナ３１の送信アンテナ３１ａ及び受信アンテナ３１ｂ
の両アンテナ高さＨ、アンテナ指向性利得Ｇ、両アンテ
ナ間の間隔をＳとする。図１０は、校正用の完全反射面
を無限大とし、反射板３０面上に厚さｄの積雪２５（誘
電率εr＝εs-jεs）がある状態を示している。

【００６９】測定用送信アンテナ３１ａから送信電界Et
で照射された電波２１は、積雪２５面で反射し、測定用
受信アンテナ３１ｂで受信される。ここで、両アンテナ
３１ａ、３１ｂのアンテナ軸Ｐａ、Ｐ_ｂは、完全反射面
上の反射点Ｐに向いているものとする。又、送信球面波
に対する積雪面反射係数は、平面波入射時の反射係数Γ
_TEで近似出来る（積雪層内では平面波伝搬と見なす）も
のと仮定し、両アンテナ３１ａ、３１ｂ間結合（直接
波）やアンテナ−積雪面間の多重反射の影響は無視出来
るものとする。

【００７０】積雪の無いときの受信電界強度Ｅ_ｒｍは、
下記の式（９）のように示される。

【００７１】

【００７２】ｋ_０は自由空間中の伝搬定数、測定に用い
た電波のλは波長である。測定用送信及び受信アンテナ
利得は、いずれもＧとする。積雪２５の深さｄにおける
受信電界Ｅ_ｒｓは、Γ_TEを用いて下記の式（１０）で表
す。

【００７３】

【００７４】従って、無積雪時の受信電界強度Ｅ_ｒｍを
基準とした積雪３の深さｄにおける受信電界Ｅ_ｒｓ、即
ち測定された伝達特性（反射係数を求めるためのもの）
Ｓ_{２ １}は、

【００７５】 となる。

【００７６】ここで、式（１１）において、ｒ／ｒ_ｓは
金属面反射時と積雪面反射時の伝搬線路長差であり、送
信球面波の拡散にともなう伝搬損失の比を表し、アンテ
ナ高Ｈが積雪２５の深さｄに較べて充分長い距離であれ
ば１と見なせる。Ｇ（θ_Ｓ）／Ｇ（θ）は、金属反射面
での入射角度の違いによるアンテナ利得変動比である。
これらの２つの項は、１と見なせない場合には、Γ_ＴＥ
の振幅誤差となる。ｅ
^{−ｊ２ｋ（２ｋＤ（ｒｓ−ｒ）}は、伝搬経路長さに伴う
位相差分である。測定されたＳ_２１は、これらの係数を
補正しているので、誘電率を求めるための精度の良い反
射係数が得られる。

【００７７】上記のようにして算出された積雪２５の誘
電率は、Ｃバンドの周波数帯で測定された結果であるの
で、ＶＨＦ〜マイクロ波帯における特定周波数で測定さ
れた実験的に導出されている実験式に基づいて、外挿法
により空港に設置されているグライドパスの周波数帯に
換算して誘電率を算出する。この換算法については、す
でに、実施例２において説明したので、その説明を省略
する。

【００７８】このようにして実施例１〜実施例３に述べ
たいずれかの誘電率測定装置１４（１４ａ、１４ｂ、１
４ｃ）を用いて誘電率が求められ、雪深測定装置１５に
より、その時の雪深が求められる。さらに、形状デー
タ、地形データなどの各種のデータに基づいて、ＧＰ進
入コース８及びパス幅の変化が予測される。以下、これ
について図１１に示すシステムブロック図も参照して、
詳細に説明する。

【００７９】先ず、基本データとして、誘電率測定装置
１４により測定されたフレネル反射面２の代表的な積雪
の誘電率が、又、雪深測定装置１５により、この誘電率
の時の雪深がそれぞれデータファイル６０から読み出さ
れて、適宜ＧＰ進入コース予測装置１の予測計算装置１
８に入力される（ステップ６１）。

【００８０】次いで、この予測計算装置１８には、デー
タファイル６０に格納されている前方地形データが読み
込まれる（ステップ６２）。同様に、データファイル６
０に５ｍ間隔のデータ列として格納されている階段状積
雪構造の形状データが読み込まれ、２次の補間公式を示
す下記式（１２）により、式（１３）に示す微少間隔の
データ列（１ｍ間隔のデータ列）に変換される（ステッ
プ６３）。

【００８１】

【００８２】又、３素子のアンテナがオフセットされ、
滑走路１２からのＧＰアンテナ８１がオフセットされる
（ステップ６２）。又、ＧＰアンテナ８１素子の高さデ
ータが予測計算装置１８に入力される（ステップ６
４）。

【００８３】次いで、直接波、反射波、回析波の計算が
それぞれ行われる。以下、これらの計算方法について、
順次説明する（ステップ６５）。ここで、図１２はＧＰ
進入コース８のパス形成概念図を示しており、航空機９
においては、ＧＰアンテナ８１からの直接波、階段状積
雪構造からの地面反射波、前方地形７の丘１０などから
の回析波の３種類の電波が受信される。そして、ＧＰの
周波数は、３３０ＭＨｚ、偏波面は水平偏波、ＧＰ反射
面６への入射角Φ（Φ＝Ｖ_ｉｎ）（図１３参照）は、３
°≦Φ＜６°である。

【００８４】まず、階段状積雪構造のＧＰ反射面６にお
ける圧雪面３の反射波の解析について説明する。図１３
に示すように、階段状積雪構造の圧雪面領域、即ち、雪
質が一様、積雪の厚さｔが一定の圧雪面３における電波
の反射・透過モデルを示している。なお、Ｒ_０１は圧雪
面３の表面反射、Ｒ_１０は圧雪面３の表面からの再反
射、Ｔ_０１は圧雪面３から積雪内に透過した透過波、Ｔ
_１０は積雪から自由空間への透過波、Ｖ_ｉｎは入射角で
ある。

【００８５】積雪の複素誘電率εをε＝ε’−ｊε”と
すると、圧雪面３の反射係数Ｒ_ｈは図１４に示すＲｅｆ
１に相当する。送受信点が決まれば下記式（１４）に示
す反射係数より、反射波が求められる。

【００８６】

【００８７】なお、図１３は積雪が最も単純な場合であ
る。雪質が異なる積雪層が堆積している場合、各層の厚
さと誘電率がわかれば解析することが出来る。誘電率測
定装置１４により求められる誘電率は、各層の平均値に
なるので、図１３の反射・透過モデルより解析すること
が出来る。

【００８８】次に、階段状積雪構造における傾斜面４の
反射波について解析する（ステップ６５）。発明者等の
行った飛行検査では、図１４に示す階段状積雪構造の傾
斜面４の先に位置する自然積雪面５の雪深が１ｍ以上に
なると、パス角よりも、パス幅の感度が顕著に広がって
しまい、運用規定値を越えるという自体が発生した。こ
れは、一定角度で立ち上がる傾斜面４で、図１４に示す
ように、１回反射のｒｅｆ−２と圧雪面３で反射した後
に傾斜面４でさらに反射する２重反射ｒｅｆ−１２のよ
うな反射波が発生するためと考えられる。

【００８９】ここで、階段状積雪構造の傾斜面４の形状
条件について検討すると、以下の通りである。積雪の雪
深ｔは、ＧＰアンテナ８１の高さを下から順次、Ｈ_Ｌ、
Ｈ_Ｍ、Ｈ_Ｕとすると、Ｈ_Ｌ＝４．４ｍ、Ｈ_Ｍ＝８．４
ｍ、Ｈ_Ｕ＝１２．５ｍに対して、０＜ｔ≦１ｍになり、
Ｈ≫ｔが成立する。階段状積雪構造のＧＰ反射面６の形
状は、浮体としてのメガロフロート（海上空港）と同様
に上下の変形が緩やかである。傾斜面４の長さを数十ｍ
とすると、変形の周期は約Ｌ_λ＝４×５０＝２００ｍに
なり、Ｌ_λ≫Ｄ_ｈが成立する。以上の条件により、傾斜
面４による反射波を求めるには、浮体としてのメガロフ
ロートが波浪動揺により動的に弾性変形をするので、そ
の解析法として発明者等が発明した以下に述べる折れ線
近似による反射波解析法で解析することが出来る。

【００９０】以下、折れ線近似による反射波の解析法に
ついて図１５に基づいて説明する。図１１に示すデータ
ファイル６０から雪深データを読み込み、２次の補間式
（１２）により、微少間隔の座標列｛……、（ｘ_ｆ、ｙ
_ｆ）を求める。微少間隔の座標の２点から接線を引き、
その接線に線対称になるようにＧＰアンテナ８１の座標
変換をすると、イメージアンテナの座標（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）
が、下記式（１５）に示すように、求められる。 ｘ_ｉ＝−ｘ_０，ｙ_ｉ＝−ｙ_ａｔ＋２ｙ_０ （１５） イメージアンテナの座標（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）と受信点を結ぶ
直線を ｙ＝ａｘ＋ｂとして、その直線と任意の浮体上
の座標（ｘ_ｆ、ｙ_ｆ）との距離ｍ_ｄを求め、上記のと
の処理を繰り返し、ｍ_ｄの最小値（ｘ_ｆ−２、ｙ
_ｆ−２）を算出する。ＧＰアンテナ８１のアンテナ素子
からＧＰ反射面６の入射角をΦとすると、曲面上の反射
波Ｅ_ｒは、下記式（１６）より求められる。

【００９１】 ここで、反射波の反射係数は、下記式（１７）により求
められる。

【００９２】 ここで、εはＧＰ反射面６の複素誘電率である。

【００９３】このようにして、予測計算装置１８のデー
タファイル６０に格納されている誘電率データ、その時
の雪深データ及び形状データとからＧＰ反射面６の反射
係数が算出される（ステップ６５）。

【００９４】次に、前方地形７における丘１０や谷１１
等による回析波の算出について説明する。図１及び図１
６に示すように、前方地形７にある丘１０や谷１１等に
よる回析波の解析では、丘１０から航空機（図示せず）
方向に発生する経路１の回析波と丘１０で発生した回析
波の一部が谷１１で反射してから航空機の受信方向に反
射する経路２の伝搬経路の異なる２種類の回析波を計算
する（ステップ６５）。

【００９５】ここで、前方地形データ発生部１７で作成
され、データファイル６０に格納されている地形データ
のデータ列は、２５ｍ間隔である。そこで、２次の補間
式（１２）を用いて２５ｍ間隔のデータを補間して、微
少間隔のデータ列に変換する（ステップ６２）。特に、
図１６に示すように、経路２の場合には、地面の形状が
曲面になるので、受信点の方向に反射点の位置を決定
し、受信点における回析波の電界強度を計算する（ステ
ップ６５）。

【００９６】このようにして、直接波、反射波、回析波
をＧＰアンテナ８１から受信点までの距離を変えて、次
々と計算する（ステップ６６）。

【００９７】このようにして、直接波、反射波、回析波
等の各種の必要なデータからＧＰ進入コースやパス幅の
変化が求められ（ステップ６７）、ＧＰ進入コースが予
測される。以下、ＧＰ進入コースの予測計算の基本計算
式について説明する。

【００９８】ここで、わが国では、ＧＰアンテナ８１
は、２周波３素子ＧＰアンテナが標準方式として採用さ
れている。このＧＰアンテナ８１は、８ｋＨｚ離れてい
る２つのＵＨＦ帯（３２９〜３３５ＭＨｚ）の搬送波を
使用しており、低仰角の感度の低下を補強したアンテナ
系である。

【００９９】一方、予測計算装置１８には、ＧＰアンテ
ナ８１の高さに関するデータ、Ｈ_Ｌ＝４．４ｍ、Ｈ_Ｍ＝
８．４ｍ、Ｈ_Ｕ＝１２．５ｍが入力されている（ステッ
プ６４）。

【０１００】ＧＰアンテナ８１は開口面の大きい縦型空
中線列で、ｒ_ｐはアンテナ中心から航空機９迄の距離、
θをアンテナ中心から航空機９迄のなす角、Φをアンテ
ナ中心から航空機９迄の仰角の関数とすると、ＧＰ進入
コースの予測式Ｆ（ｒ_ｐ，θ，φ）は、下記式（１８）
となる。

【０１０１】

【０１０２】ここで、Ａ_ｎｄはアンテナ素子のアンテナ
電流、Ｌ_ｎｄはアンテナ素子から航空機９迄の距離、Ａ
_ｎｇはイメージアンテナ素子のアンテナ電流、Ｌ_ｎｇは
イメージアンテナ素子から航空機９迄の距離である。予
測式（１８）において、ｎはアンテナ素子数で、ｎ＝３
になる。また、地面構造による反射係数で、地面が積雪
面であれば、式（１７）により積雪面の反射係数が求め
られる。予測式（１８）のカッコの第３項目のＤ_ｉ（Φ
_１、Φ_２、ｌ_ｄｉｆｆ）は回析成分である。前方の丘１
０による回析波を計算する場合、図１６に示す経路１と
経路２より、ｋ＝２となる。Φ_１、Φ_２及びｌ_ｄｉｆｆ
は回析ポイントの境界条件である。

【０１０３】ここで、航空機９で受信されるＧＰ信号
は、ＵＨＦ帯の連続波を等振幅の９０Ｈｚと１５０Ｈｚ
とで振幅変調した場合のデレクショナル系の搬送波成分
Ｅ_{ｃａ ｒ}、同じＵＨＦ波を９０Ｈｚと１５０Ｈｚとで平
衡変調した場合のデレクショナル系の側波帯成分Ｅ_ｓｂ
よりなる。クリアランス系は、８ＫＨｚ異なるＵＨＦ波
を１５０Ｈｚで振幅変調した搬送波成分Ｅ_ｃｌからな
り、それぞれ下記式（１９）で表すことが出来る。

【０１０４】

【０１０５】ここで、Ｆ_ｃａｒ、Ｆ_ｓｂはそれぞれＧＰ
アンテナ８１のデレクショナル系の搬送波成分の指向性
及びデレクショナル系の側波帯成分の指向性、Ｆ_ｃｌは
ＧＰアンテナ８１のクリアランス系の搬送波成分の指向
性である。指数項の角周波数（ω_０ｔ＋φ）とω_０ｔの
差分φの周波数が８ｋＨｚである。又、ｍ_ｃ、ｍ_ｓはデ
レクショナル系の搬送波成分の変調度、デレクショナル
系の側波帯成分の変調度で、共に、０．４に設定されて
いる。又、Ｍ_ｃｌはクリアランス系の搬送波成分で、
０．８に設定されている。但し、ｍ_ｓの符号は、進入す
る航空機９から見てパスの下側では、１５０Ｈｚの変調
成分が優勢に、上側では９０Ｈｚ変調成分が優勢になる
ように設定される。又、９０Ｈｚ変調周波数の角周波数
は、ρ_１＝２π・９０とρ_２＝２π・１５０になり、搬
送波の角周波数は、ω_０＝２π・ｆ _０になる。ｆ_０はＧ
Ｐの搬送波で、その周波数範囲はｆ_０＝３２８〜３３６
ＭＨｚで、ｋは伝搬定数である。

【０１０６】ここで、航空機９側で受信される２周波
数、９０Ｈｚと１５０Ｈｚ信号の復調方法について説明
する。降下中の航空機９で受信される受信信号は、デレ
クショナル系とクリアランス系の搬送波と側帯波との和
となり、式（２０）で表される。

【０１０７】

【０１０８】上記式（２０）の右辺の最初の｛｝内が、
９０Ｈｚ変調成分がｍ_９０、次の｛｝内が１５０Ｈｚの
変調成分がｍ_１５０である。受信機では９０Ｈｚと１５
０ＨｚのフィルタをＤＣ変換するが、それらは、式（２
１）により表すことが出来る。

【０１０９】

【０１１０】１ここで、９０Ｈｚ変調成分はデレクショ
ナル系のみであるが、１５０Ｈｚ変調成分には、デレク
ショナル系とクリアランス系の復調係数であるｄＲ_ｍ／
ｄＥ_{ｃ ａｒ}とｄＲ_ｍ／ｄＥ_ｃｌが含まれている。ｄＲ_ｍ
／ｄＥ_ｃａｒ復調係数は、下記式（２２）によって求め
られる（ステップ６７）。

【０１１１】

【０１１２】ここで、Ｅ（ｋ）は第２種の完全楕円積
分、Ｋ（ｋ）は第１種の完全楕円積分で求められる係数
である。９０Ｈｚ変調成分はデレクショナル系のみ、１
５０Ｈｚ変調成分はデレクショナル系とクリアランス系
の両成分が含まれている。最終的に求める航空機９上の
指示値ＤＤＭは、下記式（２３）から求められる（ステ
ップ６７）。

【０１１３】 ＤＤＭ＝｜ｍ_９０｜〜｜ｍ_１５０｜ （２３） となる。以上が予測計算の基本計算式である。

【０１１４】このようにして求めた結果は、データ画面
及び回析結果出力画面としてそれぞれ表示部１９に表示
される（ステップ６８）。データ画面では、入力したフ
ァイルの中身が図形表示され、階段状積雪構造の形状デ
ータや前方地形データ等がグラフ表示され、さらに、誘
電率や雪深データが表示される。

【０１１５】次いで、発明者等は、解析１の計算を行っ
た。解析１は、現状の積雪状況の時の進入コース特性を
計算する場合である。航空機９が３度のアプローチ飛行
した時の進入コース特性と１２５０フィートのレベル飛
行をした時の計算を行い、その結果である３度のパスス
トラクチャーとパス幅特性が表示される。

【０１１６】次に、解析２の計算を行った。解析２は、
豪雪予報が発令された時の積雪後の状態を想定して、予
め実施するモードで、除雪対策を決定するために、不可
欠である。フレネル反射面の積雪に降雪分を見込んで、
パスストラクチャーとパス幅特性を計算した。

【０１１７】さらに、解析３の計算を行った。解析３
は、上記の解析２の計算をしたが、規定を外れる可能性
が生じた場合である。このモードでは、傾斜面４の位置
移動と傾斜角度及び自然積雪面５の領域における雪深を
変えて、パスストラクチャーとパス幅特性を計算した。
これらのデータは、運用を継続できる階段状積雪構造を
決定し、除雪等等の次の作業を出来るようにするための
判断データとしている。以上求めたデータ及び結果は、
表示部１９に表示される（ステップ６８）。

【０１１８】

【発明の効果】請求項１及び請求項２に係わる発明によ
れば、降雪地にある空港において、正確に求められた積
雪の誘電率やＧＰ反射面の地形及びこの前方に存在する
前方地形をデータとしてＧＰ進入コースを予測すること
が出来る。そして、この予測したＧＰ進入コースに基づ
いて、フレネル反射面上の許容され得る積雪などのデー
タを入手することが出来る。又、ＧＰ進入コースに最も
影響のある階段状積雪構造の傾斜面領域における傾斜角
度や位置をずらす等のシュミレーションを行うことによ
って、ＧＰ進入コースの上下偏位を許容値内に維持する
ことも出来る。

【０１１９】請求項３〜請求項５に係わる発明によれ
ば、請求項１及び請求項２に記載の発明の効果に加え
て、積雪の正確な誘電率が得られるから、それだけＧＰ
進入コースの予測が正確となる。

【０１２０】さらに、請求項４に係わる発明によれば、
請求項１及び請求項２に記載の発明の効果に加えて、反
射型の誘電率測定装置を利用して誘電率を求めているの
で、積雪に人為的な作業が施されることがないので、自
然の積雪状態における誘電率を測定することが出来ると
ともに、測定機器の校正時における反射板上の積雪を除
去する必要は全くなく、常にリアルタイムで誘電率をよ
り正確に測定することが出来るから、より正確な誘電率
のデータを利用して、ＧＰ進入コースの予測をすること
が出来る。

【０１２１】又、請求項５に係わる発明は、請求項４に
係わる発明の効果に加えて、さらに測定用アンテナや同
軸ケーブル等の測定データに影響を与える測定機器を屋
外に設置し、長期間の測定の場合にも、周囲の環境温度
変化による同軸ケーブル等の伸縮や風圧振動等による測
定用アンテナと反射板との間隔の相対的な位置の変動に
対しても全く考慮する必要がなく、従って、校正系と測
定系との電気的特性が相違することもなくなり、より正
確な誘電率が得られるから、このより正確な誘電率のデ
ータを利用して、ＧＰ進入コースをより正確に予測する
ことが出来る。

【０１２２】請求項６に係わる発明によれば、測定用ア
ンテナの形状を小型化出来る周波数帯（例えば、Ｃバン
ド）を用いて測定し、これを求める周波数帯（例えば、
ＩＬＳのグライドパス周波数）に換算することが出来る
ので、形状の大きなアンテナ等を用いる必要がない。従
って、従来のように、風圧の影響によるアンテナの振動
や外来波により測定値の変動、又、測定用アンテナの高
さ等の問題を除去することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１〜３を示すもので、ＧＰ進
入コースに影響を与える地形図である。

【図２】この発明の実施例１〜３を示すもので、階段状
積雪構造を示すＧＰ反射面の地形断面図である。

【図３】この発明の実施例１〜３を示すもので、積雪の
誘電率とパス角の変化を示す図である。

【図４】この発明の実施例１〜３を示すもので、積雪の
雪深とパス角変化を示す図である。

【図５】この発明の実施例１〜３を示すシステム構成図
である。

【図６】この発明の第１の実施例を示すもので、透過法
による誘電率測定装置を示す図である。

【図７】この発明の第２の実施例を示すもので、反射法
よる誘電率測定装置を示す図である。

【図８】この発明の第３の実施例を示すもので、反射法
よる誘電率測定装置を示す図である。

【図９】この発明の第３の実施例を示すもので、反射法
よる誘電率測定装置の説明図である。

【図１０】この発明の第３の実施例を示すもので、反射
法よる誘電率測定装置の説明図である。

【図１１】この発明の実施例１〜３を示すシステムブロ
ック図である。

【図１２】ＧＰ進入コースの形成概念図ある。

【図１３】階段状積雪構造の圧雪面の反射モデルであ
る。

【図１４】階段状積雪構造の傾斜面の反射モデルであ
る。

【図１５】折れ線近似による曲面上の反射点の算出法概
念図である。

【図１６】丘１０による回析波の説明図である。

【図１７】従来例を示す斜視図である。

【符号の説明】

２ フレネル反射面 ３ 圧雪面 ４ 傾斜面 ５ 自然積雪面 ６ ＧＰ反射面 ７ 前方地形 ８ ＧＰ進入コース ９ 航空機 １３ ＧＰ進入コース予測装置 １４ 誘電率測定装置 １５ 雪深測定装置 １６ 階段状積雪形状データ発生部 １７ 前方地形データ発生部 １８ 予測計算装置 １９ 表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000134257 エヌイーシートーキン株式会社 宮城県仙台市太白区郡山６丁目７番１号 (72)発明者 横山尚志 埼玉県新座市西堀２−11−22 (72)発明者 中田和一 青森県青森市幸畑２丁目３−１青森大学内 (72)発明者 戸川 斉 神奈川県川崎市高津区子母口398株式会社 トーキン・イ・エム・シ・エンジニアリン グ内 Ｆターム(参考） 5H180 AA26 BB04 CC12 EE13 FF21

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＩＬＳのグライドパス進入コースに影響
   する積雪の反射面は、フレネル反射面を形成する一定雪
   深の圧雪面から傾斜面を介して自然積雪面へと連設した
   階段状積雪構造のＧＰ反射面とこのＧＰ反射面の前方に
   位置する前方地形が形成する前方地形反射面とが形成さ
   れ、 前記階段状積雪構造を表す形状データを求め、 前記ＧＰ反射面の前方に位置する前記前方地形の前方地
   形データを求め、 前記階段状積雪構造をなす積雪の代表的な誘電率とこの
   誘電率の測定時における雪深を求め、 前記形状データと前記代表的な誘電率とこの時の雪深と
   から前記階段状積雪構造の地面反射係数を受信点におい
   て求めるとともに、その時の反射波の電界強度を求め、 前記前方地形による電波の回析波を求め、 この回析波の受信点における回析波の電界強度を求め、 前記受信点における直接波の電界強度を求め、 前記受信点における前記反射波と前記直接波と前記回析
   波のそれぞれ電界強度とからパス角の変化とパス幅の変
   化とを求めてＧＰ進入コースを予測することを特徴とす
   る積雪によるＩＬＳのグライドパス進入コース予測方
   法。
2. 【請求項２】 ＩＬＳのグライドパス進入コースに影響
   する積雪の反射面は、フレネル反射面を形成する一定雪
   深の圧雪面から傾斜面を介して自然積雪面へと連設した
   階段状積雪構造のＧＰ反射面とこのＧＰ反射面の前方に
   位置する前方地形が形成する前方地形反射面とが形成さ
   れ、 前記階段状積雪構造を表す形状データを発生する階段状
   積雪形状データ発生部と、 前記ＧＰ反射面の前方に位置する前方地形の前方地形デ
   ータを発生する前方地形データ発生部と、 前記階段状積雪構造をなす積雪の代表的な誘電率を測定
   する誘電率測定装置と、 前記誘電率の時の雪深を求める雪深測定装置と、 前記形状データと前記代表的な誘電率と雪深とから前記
   階段状積雪構造の地面反射係数を求める機能と、この地
   面反射係数から受信点における電界強度を求める機能
   と、前記前方地形からの回析波を求める機能と、前記受
   信点における前記反射波と前記直接波と前記回析波のそ
   れぞれ電界強度とからパス角の変化とパス幅の変化とを
   求めてＧＰ進入コースを予測する機能とを有する予測計
   算装置と、 を備えたことを特徴とする積雪によるＩＬＳのグライド
   パス進入コース予測装置。
3. 【請求項３】 前記誘電率測定は、地面に設置され、電
   波が透過可能な透過ボードと、この透過ボードの上方及
   び下方（地下）に対向して配置した送信用及び受信用ア
   ンテナと、受信された透過波の透過特性を測定するネッ
   トワークアナライザとを有し、前記測定した前記透過特
   性から透過係数を求め、この透過係数から前記積雪の誘
   電率を求める機能とを有する透過法による誘電率測定装
   置を用いたことを特徴とする請求項２に記載の積雪によ
   るＩＬＳのグライドパス進入コース予測装置。
4. 【請求項４】 前記誘電率測定装置は、それぞれ電気的
   特性及び形状が同一で、前記積雪に電波を照射する測定
   用送信アンテナと前記積雪からの反射波を受信する測定
   用受信アンテナとからなる測定用アンテナと、 この測定用アンテナとそれぞれ電気的特性及び形状が同
   一で、測定機器の校正時に電波を照射する校正用送信ア
   ンテナとその反射波を受信する校正用受信アンテナとか
   らなる校正用アンテナと、 反射特性を測定するネットワークアナライザに接続さ
   れ、校正系及び測定系同軸ケーブルによりそれぞれ前記
   校正用アンテナと前記測定用アンテナとに接続されてい
   るとともに、前記校正用アンテナと前記校正系同軸ケー
   ブルとを有する校正系と前記測定用アンテナと前記測定
   系同軸ケーブルとを有する測定系とを切り換える手段を
   有する同軸切換器と、 この同軸切換器を介して前記校正系と前記測定系とに接
   続されているとともに、前記校正系からの反射波と前記
   測定系からの反射波との反射特性をそれぞれ測定する前
   記ネットワークアナライザと、 このネットワークアナライザでそれぞれ求めた前記校正
   系からの反射特性と前記測定系からの反射特性とに基づ
   いて前記積雪の誘電率を算出する機能と、 を有する反射法による誘電率測定装置を用いたことを特
   徴とする請求項２に記載の積雪によるＩＬＳのグライド
   パス進入コース予測装置。
5. 【請求項５】 電気的特性及び形状の等しい測定用送信
   アンテナと測定用受信アンテナとからなる測定用アンテ
   ナと、 この測定用アンテナを同軸切換器に接続する同軸ケーブ
   ルと前記測定用アンテナとを有する測定系が構成され、 この測定系の電気的特性と等しい電気的特性を有し、前
   記同軸切換器に接続されたスルーの校正用伝送ケーブル
   と、 ネットワークアナライザに接続され、前記校正用伝送ケ
   ーブルと前記測定系とを切り換える手段を有する前記同
   軸切換器と、 この同軸切換器を介して前記校正用伝送ケーブルと前記
   測定系とに接続されているとともに、前記校正用伝送ケ
   ーブル及び測定系からの校正特性と前記測定系からの反
   射特性及びアンテナ間結合特性を測定する前記ネットワ
   ークアナライザと、 前記反射特性、前記校正特性からそれぞれ校正係数、反
   射係数、結合係数を算出する機能と、前記測定機器校正
   値の初期値を求める機能と、これらの値を保存する機能
   と、測定した前記積雪の反射係数から前記積雪の誘電率
   を算出する機能と、を有する反射法による誘電率測定装
   置を用いたことを特徴とする請求項２に記載の積雪によ
   るＩＬＳのグライドパス進入コース予測装置。
6. 【請求項６】 前記誘電率測定装置は、前記電波の周波
   数帯において求めた前記積雪の誘電率を、ＶＨＦ〜マイ
   クロ波帯において導出されている実験式に基づいて、外
   挿法により測定に使用した電波の周波数帯から他の周波
   数帯に換算する機能を有することを特徴とする請求項３
   〜請求項５にそれぞれ記載の積雪によるＩＬＳのグライ
   ドパス進入コース予測装置。