JP3752169B2 - Ｉｌｓのグライドパスのｇｐ進入コース予測方法及びｉｌｓのグライドパスのｇｐ進入コース予測装置 - Google Patents

Description

【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）のＧＰ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、ＧＰ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８１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】
【問題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、ＩＬＳのグライドパスのＧＰ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する階段状積雪構造の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からなり、ＧＰ反射面と前方地形反射面の各雪深を、雪深測定装置で測定し、階段状積雪構造を表す形状データを、階段状積雪形状データ発生部で作成し、この作成した形状データをデータファイルに格納し、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、前方地形データ発生部で作成し、この作成した前方地形データをデータファイルに格納し、階段状積雪構造をなす積雪の代表的な誘電率を、誘電率発生装置により計測し、この計測した誘電率をデータファイルに格納するとともに、このデータファイルに格納されている各誘電率のそれぞれ測定時における各雪深を、雪深測定装置により測定し、グライドパスのＧＰアンテナの高さデータを予測計算装置に入力し、それぞれ求めた形状データと前方地形データと代表的な誘電率とこの時の雪深とを、データファイルから読み出して予測計算装置に入力し、この予測計算装置において、階段状積雪構造の圧雪面及び傾斜面における反射係数を、ＧＰアンテナから受信点迄の距離を変えて順次求めるとともに、これらの求めた各反射係数からそれぞれ反射波の電界強度を求め、同様にして前方地形による電波の回折波を、順次求めるとともに、これらの求めた各回折波の電界強度を求め、さらに、受信点における直接波を、ＧＰアンテナから受信点迄の距離を変えて順次求めるとともに、これらの求めた各直接波の電界強度を求め、予測計算装置において、ＧＰアンテナの高さデータとこのＧＰアンテナから受信点迄の距離を変えて求めた各反射波と各直接波と各回折波のそれぞれ各電界強度を求め、パス角の変化とパス幅の変化とを求めてグライドパスのＧＰ進入コースを予測するようにしたＩＬＳのグライドパスのＧＰ進入コース予測方法である。
【００１２】
請求項２に係る発明は、ＩＬＳのグライドパスのＧＰ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する階段状積雪構造の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からなり、このＧＰ反射面と前方地形反射面の各雪深を、雪深測定装置で測定し、圧雪面と傾斜面の傾斜角度とから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、ＧＰ反射面の前方に位置する前方地形の傾斜角度から前方地形データを発生する前方地形データ発生部と、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、誘電率を測定した時の雪深を求める雪深測定装置と、少なくともそれぞれ求めた形状データと前方地形データと代表的な誘電率とこの誘電率を測定した時の雪深とを格納するデータファイルと、下記（イ）〜（ニ）に記載する機能を有する予測計算装置と、（イ）階段状積雪構造の圧雪面及び傾斜面における反射係数を、ＧＰアンテナから受信点迄の距離を変えて順次求めるとともに、これらの求めた各反射係数からそれぞれ反射波の電界強度を求める機能と、（ロ）同様にして前方地形による電波の回折波を、順次求めるとともに、これらの求めた各回折波の電界強度を求める機能と、（ハ）受信点における直接波を、ＧＰアンテナから受信点迄の距離を変えて順次求めるとともに、これらの求めた各直接波の電界強度を求める機能と、（ニ）ＧＰアンテナの高さデータとこのＧＰアンテナから受信点迄の距離を変えて求めた各反射波と各直接波と各回折波のそれぞれ各電界強度の和によって受信点の受信信号を求め、この受信信号をＩＬＳ受信機内部と等価な振幅変調の復調処理を施すことにより、パス角の変化とパス幅の変化とを求めてグライドパスＧＰ進入コースを予測する機能とを備えたＩＬＳのグライドパスのＧＰ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、誘電率測定装置は、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、測定した透過特性から透過係数を求め、この透過係数から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ＩＬＳのグライドパスのＧＰ進入コース予測装置である。
【００１４】
請求項４に係わる発明は、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、積雪に電波を照射する測定用送信アンテナと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校正用アンテナと測定用アンテナとに接続されているとともに、校正用アンテナと校正系同軸ケーブルとを有する校正系と測定用アンテナと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校正系と前記測定系とに接続されているとともに、校正系からの反射波と測定系からの反射波との反射特性をそれぞれ測定する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校正系からの反射特性と測定系からの反射特性とに基づいて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ＩＬＳのグライドパスのＧＰ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、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、校正用伝送ケーブルと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校正用伝送ケーブルと測定系とに接続されているとともに、校正用伝送ケーブル及び測定系からの校正特性と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ネットワークアナライザと、反射特性、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、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、測定した積雪の反射係数から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ＩＬＳのグライドパスのＧＰ進入コース予測装置である。
【００１６】
請求項６に係わる発明は、誘電率測定装置は、電波の周波数帯において求めた積雪の誘電率を、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ＩＬＳのグライドパスのＧＰ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のみならず、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８３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は空港へ進入する航空機で、ＧＰ信号の受信点である。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。なお、図２に示すように、前方に丘や谷等のような地形ではなく、平坦な地形の場合には、ＧＰ反射面６は、フレネル反射面２と一致する。
【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＝０．１５ｍ、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（３３０ＭＨｚ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（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）を用いて、この誘電率測定装置１４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１４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１２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１０や谷１１等の地形の傾斜角度からこ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１４ａ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（ＶＨＦ〜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１４ａ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３１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３８の上方に取り付けられており、校正用送信アンテナ３５ａ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３７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３１ｂ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５３ｂ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３１ａ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。

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、▲１▼〜▲３▼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。

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_２１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、１４ｃ）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１８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６０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６４）。
【００８３】
次いで、直接波、反射波、回折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などからの回折波の３種類の電波がそれぞれ電界強度の和として受信点で受信される。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Ｒｅｆ１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＝８．４ｍ、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▲１▼と▲２▼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等による回折波の算出について説明する。図１及び図１６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の回折波と丘１０で発生した回折波の一部が谷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種類の回折波を計算する（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、受信点における回折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、回折波を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、回折波の和によって受信点の受信信号を求め、この受信信号をＩＬＳ受信機内部と等価な振幅変調の復調処理を施すことにより、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１０による回折波を計算する場合、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は回折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_ｃａｒ、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ＧＰの搬送波で、その周波数範囲はｆ_０＝３２８〜３３６ＭＨｚ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１５０ＨｚのフィルタをＤＣ変換するが、それらは、式（２１）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_ｃａｒ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、１５０Ｈｚ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による回折波の説明図である。
【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

Claims (6)

1. ＩＬＳのグライドパスのＧＰ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する階段状積雪構造の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からなり、
   前記ＧＰ反射面と前記前方地形反射面の各雪深を、雪深測定装置で測定し、
   前記階段状積雪構造を表す形状データを、階段状積雪形状データ発生部で作成し、この作成した形状データをデータファイルに格納し、
   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、前方地形データ発生部で作成し、この作成した前方地形データをデータファイルに格納し、
   前記階段状積雪構造をなす積雪の代表的な誘電率を、誘電率発生装置により計測し、この計測した誘電率をデータファイルに格納するとともに、このデータファイルに格納されている前記各誘電率のそれぞれ測定時における各雪深を、雪深測定装置により測定し、
   グライドパスのＧＰアンテナの高さデータを予測計算装置に入力し、
   それぞれ求めた前記形状データと前記前方地形データと前記代表的な誘電率とこの時の前記雪深とを、前記データファイルから読み出して前記予測計算装置に入力し、
   この予測計算装置において、前記階段状積雪構造の圧雪面及び傾斜面における反射係数を、前記ＧＰアンテナから受信点迄の距離を変えて順次求めるとともに、これらの求めた各反射係数からそれぞれ反射波の電界強度を求め、同様にして前記前方地形による電波の回折波を、順次求めるとともに、これらの求めた各回折波の電界強度を求め、さらに、前記受信点における直接波を、前記ＧＰアンテナから受信点迄の距離を変えて順次求めるとともに、これらの求めた各直接波の電界強度を求め、
   前記予測計算装置において、前記ＧＰアンテナの高さデータとこのＧＰアンテナから受信点迄の距離を変えて求めた前記各反射波と前記各直接波と前記各回折波のそれぞれ前記各電界強度とから、パス角の変化とパス幅の変化とを求めてグライドパスのＧＰ進入コースを予測すること
   を特徴とするＩＬＳのグライドパスのＧＰ進入コース予測方法。
2. ＩＬＳのグライドパスのＧＰ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する階段状積雪構造の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からなり、
   前記ＧＰ反射面と前記前方地形反射面の各雪深を、雪深測定装置で測定し、
   前記圧雪面と前記傾斜面の傾斜角度とから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傾斜角度から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、
   前記フレネル反射面に設置されており、前記誘電率を測定した時の雪深を求める前記雪深測定装置と、
   少なくともそれぞれ求めた前記形状データと前記前方地形データと前記代表的な誘電率とこの誘電率を測定した時の前記雪深とを格納するデータファイルと、
   下記（イ）〜（ニ）に記載する機能を有する予測計算装置と、
   （イ）前記階段状積雪構造の圧雪面及び傾斜面における反射係数を、前記ＧＰアンテナから受信点迄の距離を変えて順次求めるとともに、これらの求めた各反射係数からそれぞれ反射波の電界強度を求める機能と、
   （ロ）同様にして前記前方地形による電波の回折波を、順次求めるとともに、これらの求めた各回折波の電界強度を求める機能と、
   （ハ）前記受信点における直接波を、前記ＧＰアンテナから受信点迄の距離を変えて順次求めるとともに、これらの求めた各直接波の電界強度を求める機能と、
   （ニ）前記ＧＰアンテナの高さデータとこのＧＰアンテナから受信点迄の距離を変えて求めた前記各反射波と前記各直接波と前記各回折波のそれぞれ前記各電界強度の和によって受信点の受信信号を求め、この受信信号をＩＬＳ受信機内部と等価な振幅変調の復調処理を施すことにより、パス角の変化とパス幅の変化とを求めてグライドパスのＧＰ進入コースを予測する機能と
   を備えたことを特徴とするＩＬＳのグライドパスのＧＰ進入コース予測装置。
3. 前記誘電率測定装置は、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ＩＬＳのグライドパスのＧＰ進入コース予測装置。
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ＩＬＳのグライドパスのＧＰ進入コース予測装置。
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ＩＬＳのグライドパスのＧＰ進入コース予測装置。
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ＩＬＳのグライドパスのＧＰ進入コース予測装置。

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