JP5012347B2 - 軌道情報誤り検出装置、航法システム及びそれに用いる軌道情報誤り検知方法 - Google Patents

Description

本発明は軌道情報誤り検出装置、航法システム及びそれに用いる軌道情報誤り検知方法に関し、特にＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：全地球的衛星測位システム）衛星の軌道情報として衛星から放送されるエフェメリスデータ（軌道暦）を利用するＧＢＡＳ（Ｇｒｏｕｎｄ Ｂａｓｅｄ Ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：地上型補強システム）に関する。

航空機の着陸システムにおいて、空港付近の狭い覆域のＤＧＰＳ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＧＰＳ：ディファレンシャルＧＰＳ）は、ＧＢＡＳと呼ばれ、ＩＣＡＯ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｉｖｉｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ：国際民間航空機関）の標準（ＳＡＲＰｓ；Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅｓ）にしたがって精度、完全性、可用性、継続性等の要求がある。

このようなシステムでは、ＤＧＰＳの地上設備（以下、ＧＢＡＳ地上局とする）でＧＰＳ衛星からの測位信号を受信して衛星との間の距離を測定し、その測定値を基にＧＢＡＳ補正メッセージを生成し、ＶＨＦ（Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯のデータリンクを用いて航空機（ＧＢＡＳユーザ）にＧＢＡＳ補正情報を送信する。

このようなシステムで完全性の要求を満足させる場合、ＧＰＳ衛星の真の軌道位置と、ＧＰＳ衛星から放送されている軌道情報によって算出した軌道位置とに大きな差があった場合には、その衛星を誤って着陸誘導に用いることは、事故を招く可能性があるので、それを回避するためのモニタを具備する必要がある。

ここで、ＧＰＳ衛星はユーザの位置を算出するのに必要な測位信号を送信し、ＧＢＡＳ地上局はＧＰＳ衛星による航法の精度や安全性を向上させるため、ＧＢＡＳ補正情報を生成する。航空機はＧＰＳ衛星からの測位信号を受ける受信機と、ＧＢＡＳ補正情報を受ける受信設備とを備えている。

上記のように、ＧＰＳを航法に使用する場合、航空機の位置を算出にはＧＰＳ衛星から放送される軌道情報であるエフェメリスデータから算出される衛星位置が用いられる。エフェメリスデータは通常２時間に１回程度更新されるが、この更新時に誤った軌道情報が放送された場合、ユーザの測位誤差が増大し、安全な航法が実現できなくなる。

上記の軌道情報の誤差の検知方法としては、ＧＰＳ衛星の軌道情報として放送されるエフェメリスデータ（軌道暦）を利用する方式がある（例えば、非特許文献１のＹＥ−ＴＥ Ｍｅｔｈｏｄ）。

この検知方法は、エフェメリスデータの軌道要素の初期値から、ＩＳ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）−ＧＰＳ２００Ｄに記載されるアルゴリズム（例えば、非特許文献２，３参照）を利用して地球固定座標系で表現した衛星の３次元位置を時系列で算出し、新旧エフェメリスから算出した２種類の三次元位置同士で比較してその差が一定の閾値を越えていれば、更新されたエフェメリスデータは誤差が大きく使用できないと判断するものである。

尚、ＤＧＰＳに関する技術としては、以下の特許文献１，２に開示された技術がある。
特開平０６−３４２０５４号公報 特開平０７−０６３８３８号公報 ＩＯＮ−ＧＰＳ ２００１"Ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｌｅｖｅｌ Ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｍｏｎｉｔｏｒ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｆｏｒ ＧＢＡＳ：Ｓａｍ Ｐｕｌｌｅｎ他" ＩＳ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）−ＧＰＳ２００Ｄ（７ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００４），ｐｐ−９６ Ｔａｂｌｅ ２０−III ．Ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ＩＳ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）−ＧＰＳ２００Ｄ（７ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００４），ｐｐ９７−９８ Ｔａｂｌｅ ２０−IV．Ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ ｏｆ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ（ｓｈｅｅｔ １ ｏｆ ２）

上述した本発明に関連する誤差検知方式では、時系列で一定の時間間隔で衛星軌道位置を旧エフェメリスと新エフェメリスとでそれぞれ算出し、１秒間に２回程度の高頻度で位置算出を行う度にエフェメリスの妥当性チェックを行う必要があるため、衛星から更新されたエフェメリス情報を受信した時点ではエフェメリスの妥当性がチェックできないという課題がある。

また、本発明に関連する誤差検知方式では、エフェメリスデータのそれぞれの算出においてケプラー方程式と呼ばれる超越方程式を繰り返し計算で解くため、計算量が多いこと、ユーザ（航空機）に該当衛星の利用できないことを伝送するまでに時間が経過して、リアルタイム性が確保できないという課題がある。

つまり、本発明に関連する誤差検知方式では、この新旧比較をエフェメリスデータの有効期間の中で時系列に衛星位置をすべて確認するという計算が必要であるため、判断の迅速性に欠け、リアルタイム航法で安全に利用することが難しいという課題がある。

そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、ユーザへの警報通知時間を低減することができ、リアルタイム航法で安全に利用することができる軌道情報誤り検出装置、航法システム及びそれに用いる軌道情報誤り検知方法を提供することにある。

本発明による軌道情報誤り検出装置は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から放送される軌道情報であるエフェメリスデータの誤りを検出する軌道情報誤り検出装置であって、
前記エフェメリスデータの世代管理を行う管理手段と、前記管理手段にて管理するエフェメリスデータが更新されたことを検知する検知手段と、前記検知手段が前記更新を検知した時に相対軌道予測アルゴリズムによって前記エフェメリスデータの有効期間における衛星軌道位置の差の最悪値を算出する算出手段と、前記算出手段で算出された最悪値が予め設定された閾値より大きい場合に該当するＧＰＳ衛星を使用しないようにユーザへの補正データによって当該ＧＰＳ衛星の排除を行う手段とを備え、
前記管理手段は、少なくとも更新されたエフェメリスデータと更新前のエフェメリスデータとの２世代管理を行い、前記エフェメリスデータが更新されたことを前記エフェメリスの世代管理番号であるＩＯＤＥ（Ｉｓｓｕｅ Ｏｆ Ｄａｔｅ Ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ）によって検知し、
前記算出手段は、前記更新されたエフェメリスデータと前記更新前のエフェメリスデータとの差である相対軌道の位置誤差最大値を解析的に予測している。

本発明による航法システムは、上記の軌道情報誤り検出装置を地上局に用いることを特徴とする。

本発明による軌道情報誤り検知方法は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から放送される軌道情報であるエフェメリスデータの誤りを検出する軌道情報誤り検出装置に用いる軌道情報誤り検知方法であって、
前記軌道情報誤り検出装置が、前記エフェメリスデータの世代管理を行う管理処理と、前記管理処理にて管理するエフェメリスデータが更新されたことを検知する検知処理と、前記検知処理が前記更新を検知した時に相対軌道予測アルゴリズムによって前記エフェメリスデータの有効期間における衛星軌道位置の差の最悪値を算出する算出処理と、前記算出処理で算出された最悪値が予め設定された閾値より大きい場合に該当するＧＰＳ衛星を使用しないようにユーザへの補正データによって当該ＧＰＳ衛星の排除を行う処理とを実行し、
前記軌道情報誤り検出装置が、前記管理処理において、少なくとも更新されたエフェメリスデータと更新前のエフェメリスデータとの２世代管理を行い、前記エフェメリスデータが更新されたことを前記エフェメリスの世代管理番号であるＩＯＤＥ（Ｉｓｓｕｅ Ｏｆ Ｄａｔｅ Ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ）によって検知し、
前記軌道情報誤り検出装置が、前記算出処理において、前記更新されたエフェメリスデータと前記更新前のエフェメリスデータとの差である相対軌道の位置誤差最大値を解析的に予測している。

本発明は、上記のような構成及び動作とすることで、ユーザへの警報通知時間を低減することができ、リアルタイム航法で安全に利用することができるという効果が得られる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態による航法システムの構成例を示すブロック図である。図１において、本発明の第１の実施の形態による航法システムは、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：全地球的衛星測位システム）衛星１−１〜１−６と、ＤＧＰＳ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＧＰＳ：ディファレンシャルＧＰＳ）地上局２と、ＤＧＰＳユーザ（航空機）３とから構成されている。

本発明の第１の実施の形態による航法システムは、ＧＢＡＳ（Ｇｒｏｕｎｄ Ｂａｓｅｄ Ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：地上型補強システム）と呼ばれ、ＧＰＳを用いたＤＧＰＳ航法において、衛星軌道情報の更新時の誤りを迅速に検出するような誤り検知方式を具備した地上局データ処理を行うことを特徴としている。

図１において、ＧＰＳ衛星１−１〜１−６は１ＤＧＰＳユーザ３の位置を算出するのに必要な測位信号を送信し、ＤＧＰＳ地上局２はＧＰＳによる航法の精度や安全性を向上させるため、ＧＢＡＳ補正情報を生成する。ＤＧＰＳユーザ３はＧＰＳ衛星１−１〜１−６からの測位信号を受ける受信機（図示せず）と、ＧＢＡＳ補正情報の受信設備（図示せず）とを備えている。通常のＤＧＰＳの動作原理等については公知であるので、その詳細な説明については省略する。

本実施の形態では、ＤＧＰＳ地上局２においてＧＰＳ衛星１−１〜１−６から放送される軌道情報であり、定期的に更新されるエフェメリスデータの旧データと新データとを比較してその差が異常範囲でないことを確認する処理の高速化を実現することができる。

ここで、ＤＧＰＳ地上局２は、ＧＰＳアンテナ２１−１〜２１−４と、ＧＰＳ受信機２２−１〜２２−４と、データ処理部２３と、無線データリンク２４とを含んで構成されている。

ＧＰＳアンテナ２１−１〜２１−４及びＧＰＳ受信機２２−１〜２２−４は、ＧＰＳ衛星１−１〜１−６からのＬ１測位信号を受信することによって、ＧＰＳ衛星１−１〜１−６とＤＧＰＳ地上局２との擬似距離を測定するとともに、測位信号を復調して得られる航法メッセージからＧＰＳ衛星１−１〜１−６の軌道情報であるエフェメリスデータを取得する。

つまり、ＧＰＳアンテナ２１−１〜２１−４及びＧＰＳ受信機２２−１〜２２−４は、ＧＰＳ衛星１−１〜１−６からのＬ１測位信号を受信し、その捕捉追尾を行い、ＧＰＳ衛星１−１〜１−６から放送される航法メッセージの中のエフェメリスデータを抽出してその妥当性を検証するとともに、ＧＰＳ衛星１−１〜１−６とＤＧＰＳ地上局２のＧＰＳアンテナ２１−１〜２１−４との間の擬似距離の測定結果を基に、ＧＢＡＳの補正データを生成する。ＤＧＰＳの補正データや安全性を保証するための誤差情報等は無線データリンク２４を使ってＤＧＰＳユーザ３の受信設備へ伝送される。

データ処理部２３は、ＧＰＳ受信機２２−１〜２２−４で復調されたエフェメリスデータを２世代管理する。データ処理部２３は、エフェメリスデータが更新されたことをエフェメリスの世代管理番号であるＩＯＤＥ（Ｉｓｓｕｅ Ｏｆ Ｄａｔｅ Ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ）によって検知した際に、本発明の相対軌道予測アルゴリズムによって、エフェメリスデータの有効期間における衛星軌道位置の差の最悪値を算出する。

この最悪値が閾値より大きい場合、データ処理部２３は、該当するＧＰＳ衛星１−１〜１−６をＤＧＰＳユーザ３が使用しないよう、補正データによって衛星排除を行う。排除するＧＰＳ衛星１−１〜１−６の情報を含んだＤＧＰＳ補正データは、無線データリンク２４を使ってＤＧＰＳユーザ３に送られ、ユーザ受信端末におけるユーザ測位計算で異常なエフェメリスが使用され、誤ったエフェメリスを使う危険が回避され、安全な航法が確保される。

このように、本実施の形態では、旧エフェメリスデータと新エフェメリスデータとを比較する際に、相対軌道の変化を独自の解析的手法で算出するので、短時間で衛星軌道情報の異常を検知し、ＤＧＰＳユーザ３の着陸誘導等人命を左右するような目的でのＤＧＰＳ利用の安全性を高めることができる。

本実施の形態による解決手段では、相対軌道要素という考え方を導入することによって、旧エフェメリスデータと新エフェメリスデータとの差について迅速にエフェメリス更新の良し悪しを判断することができ、リアルタイム航法での安全性を向上させることが可能となる。

図２は図１のデータ処理部２３における軌道情報異常検知のデータ処理を示す図である。図２において、データ処理部２３は新旧２種類のエフェメリスデータから軌道の相対変化を予測し、それぞれのエフェメリスで算出した衛星軌道位置の最悪値を算出してそれを閾値と比較することによって、ＧＰＳ衛星１−１〜１−６の軌道情報の異常検知による該当衛星の利用排除を行う。

データ処理部２３における軌道情報異常検知のデータ処理Ａは、エフェメリスデータ世代管理処理Ａ１と、新旧エフェメリス相対軌道要素算出処理Ａ２と、ランデブー方程式の解法処理Ａ３と、衛星位置偏差最大値算出処理Ａ４と、最大位置偏差の閾値との比較による妥当性判定処理Ａ５とからなる。

データ処理部２３では、新旧エフェメリス相対軌道要素算出処理Ａ２において、新旧エフェメリスのケプラー軌道要素の初期値から、相対軌道要素Ｅ₁ 〜Ｅ₆ までの相対軌道要素を算出する。

次に、データ処理部２３は、衛星位置偏差最大値算出処理Ａ４においてエフェメリスデータが軌道計算に利用される範囲内での軌道誤差の最大値を算出する。ＤＧＰＳで着陸誘導を行うために必要なエフェメリスデータの新旧比較検証において、（１）式に示すランデブー方程式は、十分な近似精度を持つ。

新旧エフェメリスデータをそれぞれ使って算出した衛星位置同士の軌道半径方向の差をＲとし、新旧エフェメリスデータをそれぞれ使って算出した衛星位置同士の軌道接線方向の差をＬとし、新旧エフェメリスデータを使って算出した衛星位置同士の軌道面垂直方向の差をＫとすると、（１）式は、
Ｒ＝−（２／３）Ｅ₂ ＋Ｅ₃ ｃｏｓＴ＋Ｅ₄ ｓｉｎＴ
Ｌ＝Ｅ1 ＋Ｅ₂ Ｔ−２Ｅ₃ ｓｉｎＴ＋２Ｅ₄ ｃｏｓＴ
Ｋ＝Ｅ₅ ｃｏｓＴ＋Ｅ₆ ｓｉｎＴ ・・・（１）
となる。

ここで、Ｅ₁ は軌道面内相対離角、Ｅ₂ は軌道面内相対角の変化率、Ｅ₃ は相対軌道傾斜角ベクトルの第一成分、Ｅ₄ は相対軌道傾斜角ベクトルの第二成分、Ｅ₅ は相対離心率ベクトルの第一成分、Ｅ₆ は相対離心率ベクトルの第二成分である。また、Ｔは旧エフェメリスの軌道周期で正規化された時間で、Ｔ＝ｎｔであり、ｎは衛星の平均運動で、（２μ／ａ³ ）^1/2 であり、μは地球重力定数（３．９８６００５×１０¹⁴ｍ³ ／ｓ² ）である。（１）式の右辺の各係数パラメータＥ₁ 〜Ｅ₆ は、放送されるエフェメリスデータから容易に算出することができる。

また、（１）式のＲ、Ｌ、Ｋは三角関数、定数、時間の一次式の和の形式で表されているので、時系列で計算値を求めなくても、容易に有効時間範囲での最大値を算出することができる。

次に、軌道差分の最大値は、妥当性判定処理Ａ５において、閾値と比較されて更新されたエフェメリスの妥当性の判定が実施される。妥当性の判定が“良”の場合には、該当するＧＰＳ衛星１−１〜１−６の補正データをそのまま利用することができるようにＤＧＰＳユーザ３に伝送される。

また、妥当性の判定結果が“否”の場合においては、該当するＧＰＳ衛星１−１〜１−６がＤＧＰＳユーザ３に利用されないように、衛星排除の情報がＤＧＰＳユーザ３に伝送される。

以上、本実施の形態の構成例について述べたが、（１）式に示すランデブー方程式は、衛星関連技術者にとってよく知られており、またその導出方法は本発明とは直接関係しないので、その詳細な説明については省略する。

図３は本発明の第１の実施の形態における更新後のエフェメリスの妥当性評価期間を示す図であり、図４は本発明の第１の実施の形態における軌道誤差の時間的変化を示す図である。これら図１〜図４を参照して本発明の第１の実施の形態による衛星軌道情報の誤り検知データ処理の動作について説明する。

データ処理部２３は、エフェメリスデータ世代管理処理Ａ１において、ＧＰＳ衛星１−１〜１−６からのエフェメリス情報が更新される度に、旧エフェメリスデータと新エフェメリスデータとの二世代のエフェメリスデータが保存される。

データ処理部２３では、この新旧二組のエフェメリスデータがＧＰＳ衛星１−１〜１−６から放送されるエフェメリスデータが更新されると、速やかに新旧エフェメリス相対軌道要素算出処理Ａ２に渡されてケプラー６要素の差分としての相対軌道要素Ｅ₁ 〜Ｅ₆ が算出される。この相対軌道要素Ｅ₁ 〜Ｅ₆ の比較のため、図３にしめすような「更新後のエフェメリスの妥当性評価期間」の最初の時刻での相対軌道要素初期値がランデブー方程式の解法処理Ａ３に渡される。

データ処理部２３は、ランデブー方程式の解法処理Ａ３において、相対軌道要素Ｅ₁ 〜Ｅ₆ の値を基に、新エフェメリスデータの有効期間の間の新旧それぞれのエフェメリスデータから三次元の差分ベクトルのＲ，Ｌ．Ｋの計算式の各係数を算出する。この（１）式は簡単な解析式であるため、エフェメリスの有効期間での衛星位置の差の最大値を、衛星位置差最大値算出処理Ａ４において、良く知られているニュートンラフソン法等を使って容易に算出することができる。

（１）式に示される衛星軌道誤差の時間変化を具体化すると、（１）式のＬ成分が支配的で、図４に示すように、時間の一次関数で増加する項と軌道周期の三角関数との和となる。

このように、本実施の形態では、ＧＰＳのエフェメリスデータが更新時新旧エフェメリスの比較を計算負荷の低いアルゴリズムで迅速に行うことを可能としているので、ＤＧＰＳユーザ３への警報通知時間を低減することができる。

また、本実施の形態では、エフェメリスデータの不正による航法の誤差を排除することによって、ＤＧＰＳユーザ３の着陸等の人命にかかわるような航法における安全性を確保することができる。

ＤＧＰＳにおいて補正データの精度は、衛星軌道情報の誤差に比例して増加するため、軌道情報の誤りは実際の誤差がＤＧＰＳユーザ３上で仮定され、実際の誤差を越えないと認識している保護レベルを越えるという非常に危険な状況を生み出すので、これを回避することは安全性の保証に大いに貢献する。

図４に示す軌道誤差の時間的変化に基づいて、上記の効果について具体的に説明する。（１）式に示される衛星軌道誤差の時間変化を具体化すると、（１）式のＬ成分が支配的で、図４に示すように、時間の一次関数で増加する項と軌道周期の三角関数との和で表され、比較期間に対して容易に誤差の最大値を計算することができる。

上述した本発明に関連する誤差検知方法では、時々刻々、繰り返し軌道誤差を計算して比較しなければならず、即座に更新されたエフェメリスデータの良否を判断することができないが、本実施の形態では、即座に更新されたエフェメリスデータの良否の判断を実現することができる。

参考として、本発明に関連する誤差検知方法及び本実施の形態による誤差検知方法における計算時間の試算を行った。この計算時間の試算の前提条件として、比較期間を２時間として、本発明に関連する誤差検知方法であるケプラー方程式の繰り返し計算による解法と、本実施の形態による（１）式の最大値を求める計算とは同程度の計算機処理負荷と見積もられる。

本発明に関連する誤差検知方法による比較評価では、標準的なＧＢＡＳの計算処理周期である０．５秒毎に誤差を計算する必要があるので、２時間の間に１４４００回の計算を行う必要がある。

これに対し、本実施の形態による誤差検知方法では、ただ一回のみの計算で済み、処理負荷は１４４００分の１である。したがって、本実施の形態による誤差検知方法での計算に０．１秒を要する計算機を使用した場合、本発明に関連する誤差検知方法では１４４０秒（２４分）を要することになり、効果は歴然としている。

尚、上記の実施の形態では、補正データをＤＧＰＳユーザ３に伝送する手段として無線データリンク２４を用いているが、この手段にインタネット等の有線データリンクを用いてもよい。

図５は本発明の第２の実施の形態による航法システムの構成例を示すブロック図である。図５において、本発明の第２の実施の形態による航法システムは、ＤＧＰＳ地上局４においてデータ処理部２３の代わりにＤＧＰＳ補正データ処理装置４１を設け、無線データリンク２４の代わりにサーバ４２を設けるとともに、ＤＧＰＳユーザ３の代わりにＧＰＳ受信機５１とＤＧＰＳユーザ測位処理装置５２とインタネット等地上ネットワーク１００とを設けた以外は、図１に示す本発明の第２の実施の形態による航法システムと同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。

本実施の形態では、ＤＧＰＳユーザにＤＧＰＳの補正データを送る手段として、無線ではなく、有線を用いている。この場合、ＤＧＰＳ補正データはインタネット等地上ネットワーク１００を通じてＤＧＰＳユーザに配信される。

このように、本実施の形態では、無線によるデータリンクを利用する代わりに、インターネット等地上ネットワーク１００を通じてＤＧＰＳの補正データを送っているので、広範囲のユーザが低コストで利用することができるという効果が得られる。

尚、上述した本発明による軌道情報誤り検知方法は、ＧＰＳ衛星だけではなく、ＳＢＡＳ（Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｂａｓｅｄ Ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）静止衛星の軌道情報誤りを検出する機能にも適用することが可能である。

本発明の第１の実施の形態による航法システムの構成例を示すブロック図である。 図１のデータ処理部における軌道情報異常検知のデータ処理を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における更新後のエフェメリスの妥当性評価期間を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における軌道誤差の時間的変化を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による航法システムの構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１−１〜１−６ ＧＰＳ衛星
２，４ ＤＧＰＳ地上局
３ ＤＧＰＳユーザ
２１−１〜２１−４ ＧＰＳアンテナ
２２−１〜２２−４ ＧＰＳ受信機
２３ データ処理部
２４ 無線データリンク
４１ ＤＧＰＳ補正データ処理装置
４２ サーバ
５１ ＧＰＳ受信機
５２ ＤＧＰＳユーザ測位処理装置
１００ インタネット等地上ネットワーク
Ａ 軌道情報異常検知のデータ処理
Ａ１ エフェメリスデータ世代管理処理
Ａ２ 新旧エフェメリス相対軌道要素算出処理
Ａ３ ランデブー方程式の解法処理
Ａ４ 衛星位置偏差最大値算出処理
Ａ５ 最大位置偏差の閾値との比較による妥当性判定処理

Claims (9)

1. ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から放送される軌道情報であるエフェメリスデータの誤りを検出する軌道情報誤り検出装置であって、
   前記エフェメリスデータの世代管理を行う管理手段と、前記管理手段にて管理するエフェメリスデータが更新されたことを検知する検知手段と、前記検知手段が前記更新を検知した時に相対軌道予測アルゴリズムによって前記エフェメリスデータの有効期間における衛星軌道位置の差の最悪値を算出する算出手段と、前記算出手段で算出された最悪値が予め設定された閾値より大きい場合に該当するＧＰＳ衛星を使用しないようにユーザへの補正データによって当該ＧＰＳ衛星の排除を行う手段とを有し、
   前記管理手段は、少なくとも更新されたエフェメリスデータと更新前のエフェメリスデータとの２世代管理を行い、前記エフェメリスデータが更新されたことを前記エフェメリスの世代管理番号であるＩＯＤＥ（Ｉｓｓｕｅ Ｏｆ Ｄａｔｅ Ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ）によって検知し、
   前記算出手段は、前記更新されたエフェメリスデータと前記更新前のエフェメリスデータとの差である相対軌道の位置誤差最大値を解析的に予測することを特徴とする軌道情報誤り検出装置。
2. 前記ＧＰＳ衛星の排除を行う手段は、排除するＧＰＳ衛星の情報を含んだ補正データを作成して前記ユーザに送信することを特徴とする請求項１記載の軌道情報誤り検出装置。
3. ＤＧＰＳ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＧＰＳ）を用いた航法のＤＧＰＳ補正データを作成するＧＢＡＳ（Ｇｒｏｕｎｄ Ｂａｓｅｄ Ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）地上局に用いられることを特徴とする請求項１または請求項２記載の軌道情報誤り検出装置。
4. 前記ＧＰＳ衛星からの測位信号を受信することで当該ＧＰＳ衛星と前記ＧＢＡＳ地上局との擬似距離を測定するとともに、前記測位信号を復調して得られる航法メッセージから前記ＧＰＳ衛星の軌道情報であるエフェメリスデータを取得することを特徴とする請求項３記載の軌道情報誤り検出装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか記載の軌道情報誤り検出装置を地上局に用いることを特徴とする航法システム。
6. ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から放送される軌道情報であるエフェメリスデータの誤りを検出する軌道情報誤り検出装置に用いる軌道情報誤り検知方法であって、
   前記軌道情報誤り検出装置が、前記エフェメリスデータの世代管理を行う管理処理と、前記管理処理にて管理するエフェメリスデータが更新されたことを検知する検知処理と、前記検知処理が前記更新を検知した時に相対軌道予測アルゴリズムによって前記エフェメリスデータの有効期間における衛星軌道位置の差の最悪値を算出する算出処理と、前記算出処理で算出された最悪値が予め設定された閾値より大きい場合に該当するＧＰＳ衛星を使用しないようにユーザへの補正データによって当該ＧＰＳ衛星の排除を行う処理とを実行し、
   前記軌道情報誤り検出装置が、前記管理処理において、少なくとも更新されたエフェメリスデータと更新前のエフェメリスデータとの２世代管理を行い、前記エフェメリスデータが更新されたことを前記エフェメリスの世代管理番号であるＩＯＤＥ（Ｉｓｓｕｅ Ｏｆ Ｄａｔｅ Ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ）によって検知し、
   前記軌道情報誤り検出装置が、前記算出処理において、前記更新されたエフェメリスデータと前記更新前のエフェメリスデータとの差である相対軌道の位置誤差最大値を解析的に予測することを特徴とする軌道情報誤り検知方法。
7. 前記軌道情報誤り検出装置が、前記ＧＰＳ衛星の排除を行う処理において、排除するＧＰＳ衛星の情報を含んだ補正データを作成して前記ユーザに送信することを特徴とする請求項６記載の軌道情報誤り検知方法。
8. 前記軌道情報誤り検出装置を、ＤＧＰＳ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＧＰＳ）を用いた航法のＤＧＰＳ補正データを作成するＧＢＡＳ（Ｇｒｏｕｎｄ Ｂａｓｅｄ Ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）地上局に用いることを特徴とする請求項６または請求項７記載の軌道情報誤り検知方法。
9. 前記軌道情報誤り検出装置が、前記ＧＰＳ衛星からの測位信号を受信することで当該ＧＰＳ衛星と前記ＧＢＡＳ地上局との擬似距離を測定するとともに、前記測位信号を復調して得られる航法メッセージから前記ＧＰＳ衛星の軌道情報であるエフェメリスデータを取得することを特徴とする請求項８記載の軌道情報誤り検知方法。

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