JP5369475B2 - 航法データ更新通知システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、衛星航法補強システム（GBAS；Ground Based Augmentation System）を構成する地上システムと機上システムとで使用するSBASデータが異なることに起因する測位精度の悪化を回避して安全性の向上を図る航法データ更新通知システム及び方法に関する。

４以上の測位衛星を例えば飛行機などの飛翔体の航法に使用するシステムが運用されている（特許文献１〜４）。

飛翔体が航空機である場合、高い安全性と信頼性が要求される。これらの要求に応えるには、精度，完全性，サービスの継続性及び利用可能性が必要であるが、GPS衛星を使った航法システムでは前記４つの要件を満足できないものであり、補強システムが必要となる。

前記補強システムとして地上補強型衛星航法システム（GBAS；Ground Based Augmentation System）が提案されている。前記GBASは、地上システムと機上システムと測位衛星（GPS衛星やSBAS衛星）とから構成される。地上システムでは、空港内に設置された複数の基準局にて前記測位衛星からのデータを収集し、測位衛星からのレンジング信号に含まれる誤差を推定して、機上システムに送信する。機上システムでは、地上システムから受信した補正データを使用して、機上システムで受信したレンジング信号を補正することによりディファレンシャル測位を行い、規定飛行ルートからの変位を算出してパイロットに提供する。

SARPs Annex10（International Standards and Recommended Practices：以下、SARPsと呼ぶ）にGBAS Type1データ仕様が記載されている。ここで、SARPs Annex10は、国際民間航空機関ICAO（International Civil Aviation Organization）が発行する電波航法装置に関する国際標準である。前記仕様に基づいて標準的な設計方法で生成されたGBAS Type1データを用いる場合、地上システムがGBAS Type1データを生成する際に使用したSBAS航法データを、機上システム側で知ることができない。

このため、SBAS航法データが更新されたタイミングでは、地上システムがGBAS Type1データを生成する際に使用したものとは異なるSBAS航法データを、機上システムが測位に使用してしまう。SBAS航法データはSBAS衛星の衛星位置や時計補正量の計算に使用するデータであるため、地上システムと機上システムとで異なるデータを使用することは、測位精度の悪化につながる。GBASは航空機の航法に使用されるシステムであるため、測位精度の悪化は人命に係わる可能性があり、回避する必要がある。

前記ディファレンシャル補正を精度よく行うためには、地上システムが補正データを生成した際に使用するSBAS航法データと、機上システムが測位に使用するSBAS航法データが一致している必要がある。

地上システムから機上システムへ送信するGBAS Type1データにはレンジング信号に対する補正データを格納するフィールド、完全性に関する情報を格納するフィールド、および地上システムが補正データを生成した際に使用した航法データを特定するためのIODフィールドと呼ばれるフィールド等がある。

SARPsの規定では補正対象衛星がGPS衛星であるとき、前記IODフィールドにはGPS航法データ内のIODEを設定することとなっており、これにより機上システムは地上システムが使用したGPS航法データの特定を行うことができる。これに対して、SARPsの規定では補正対象衛星がSBAS衛星であるとき、前記IODフィールドには全て１(1111 1111)を設定することとなっている。このため、補正対象衛星がSBAS衛星であるとき、機上システムは、地上システムが使用したSBAS航法データを特定することができない。

前記課題を解決するために特許文献１の航法システムを応用することが考えられる。
特開２０００−２７５３１７号公報 特開２００３−１８０６１号公報 特開平５−２３４０００号公報 特開２００４−１９８２９１号公報

ところで、特許文献１はGPS衛星のみを用いたGPS航法システムを利用した広域測位システムを対象とするものであり、特許文献２では、地上システムから補正データを航空機に向けて送信し、航空機が前記補正データを受信して正確に自機の位置を決定するものである。

上述したように特許文献１では、GPS衛星のみを使用したシステムであって、情報を受信する対象となる衛星がGPS衛星に限られており、本発明にて提案しているシステムのように種類の異なる衛星を使用して航法をコントロールするものではなく、SBAS衛星の航法データの更新を監視する必要がない。したがって、特許文献１では、地上システムから送信する補正データに付加して、SBAS航法データが更新されたことを通知する必要がない。

したがって、特許文献１の技術をGBAS地上システムとGBAS機上システムとからなるGBASシステムにそのまま適用した場合、SBAS衛星が放送しているSBAS航法データが更新されたタイミングでは、地上と機上とでSBAS航法データの更新タイミングのずれによるSBAS候補データの不一致が発生してしまい、測位誤差の悪化を来す虞がある。

本発明の目的は、衛星航法補強システム（GBAS；Ground Based Augmentation System）に採用することにより、地上システムと機上システムとで使用する航法データを一致させて測位精度の悪化を回避して安全性の向上を図る航法データ更新通知システム及び方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る航法データ更新通知システムは、測位衛星としてGPS衛星とSBAS衛星とを使用し、前記測位衛星からの情報を航法に利用する衛星航法補強システムに装備するSBAS衛星の航法データ更新通知システムであって、
前記測位衛星から受信したレンジング信号に含まれる誤差を推定し、その推定した誤差を修正するための補正情報をフォーマッティングして送信する地上システムと、
前記フォーマッティングされた補正情報と、前記SBAS衛星から受信した航法データとに基づいてディファレンシャルGPS測位演算し規定ルートからの変位を表示する機上システムとを有し、
前記地上システムは、前記補正情報を生成する際に使用したSBAS衛星の航法データが更新された際に航法データの更新を前記補正情報に付加して通知する通知手段を有し、
前記機上システムは、前記地上システムから送信される前記SBAS衛星の航法データ更新の通知を検出する検出手段と、前記SBAS衛星の航法データ更新の通知を検出した際に更新された航法データに切り替えて前記ディファレンシャルGPS測位演算する演算手段とを有することを特徴とするものである。

本発明に係る航法データ更新通知方法は、測位衛星としてGPS衛星とSBAS衛星とを使用し、前記測位衛星から提供される情報を航法に利用する衛星航法補強システムにおける航法データ更新通知方法であって、
前記衛星から受信したレンジング信号に含まれる誤差を推定し、その推定した誤差を修正するための補正情報をフォーマッティングして、前記補正情報を生成する際に使用した航法データが更新された際に航法データの更新を前記補正情報に付加し、これらの情報を地上システムから機上システムに通知し、
前記機上システム側において、前記地上システムから送信される前記航法データ更新の通知を検出し、前記航法データ更新の通知を検出した際に更新された航法データに切り替えてディファレンシャルGPS測位演算することを特徴とするものである。

本発明によれば、地上システムが使用するSBAS航法データと機上システムが使用するSBAS航法データとを一致させ、地上システムと機上システムとで使用するSBAS航法データが異なることに起因する測位精度の悪化を回避して安全性の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。

本発明の実施形態に係る航法データ更新通知システムは図１に示すように、SBAS衛星１とGPS衛星４１〜４ｎとから提供される情報とを航法に利用する衛星航法補強システムに装備する航法データ更新通知システムであって、基本的な構成として、前記衛星から受信したレンジング信号Ｄ２に含まれる誤差を推定し、その推定した誤差を修正するための補正情報をフォーマッティングして送信する地上システム２と、前記レンジング信号と前記フォーマッティングされた補正情報とに基づいてディファレンシャルGPS測位演算し規定ルートからの変位を表示する機上システム３とを有している。

さらに、前記地上システム２は、前記補正情報を生成する際に使用したSBAS衛星の航法データが更新された際に航法データの更新を前記補正情報に付加して通知する通知手段を有し、前記機上システム３は、前記地上システムから送信される前記航法データ更新の通知を検出する検出手段と、前記航法データ更新の通知を検出した際に更新された航法データに切り替えて前記ディファレンシャルGPS測位演算する演算手段とを有している。

本発明の実施形態においては、衛星から受信したレンジング信号に含まれる誤差を推定し、その推定した誤差を修正するための補正情報をフォーマッティングして、前記補正情報を生成する際に使用した航法データが更新された際に航法データの更新を前記補正情報に付加し、これらの情報を地上システムから機上システムに通知し、前記機上システム側において、前記地上システムから送信される前記航法データ更新の通知を検出し、前記航法データ更新の通知を検出した際に更新された航法データに切り替えてディファレンシャルＧＰＳ測位演算する。

次に図１に示すように、測位衛星としてGPS衛星４１〜４ｎと、SBAS衛星１とを用いたGBAS（Ground Based Augmentation System）に本発明の実施形態を適用した例に基づいて本発明の実施形態をさらに具体的に説明する。

図１に示す本発明の実施形態では、GPS衛星やSBAS衛星を航空機の航法に使用するための補強システムであるGBASシステムにおいて、GBAS地上システム２にSBAS航法データの更新タイミングを通知する機能を追加し、さらにGBAS機上システム３に地上システム２からの更新通知を検出する機能とを追加することにより、地上システム２が前記補正情報を生成する際に使用するSBAS航法データと機上システム３が使用するSBAS航法データとを一致させ、地上システム２と機上システム３とで使用するSBAS航法データが異なることに起因する測位精度の悪化を回避して安全性の向上を図るものである。ここに、前記SBAS航法データは、SBAS衛星が放送している航法データであり、SBAS衛星の位置および時計誤差を算出するために使用されるものである。

図１において、GBAS地上システム２は、SBAS衛星１からのSBAS航法データＤ１，GPS衛星４１〜４ｎからのGPS航法データＤ３及びSBAS衛星、GPS衛星からのレンジング信号Ｄ２を受信し、レンジング信号Ｄ２に含まれる誤差を推定してGBAS Type1データＤ８としてGBAS機上システム３に送信する。SBAS航法データが更新されたときには、更新を通知する必要があるため、地上システム２はSBAS航法データ更新を通知する通知手段（２２２）を有している。

前記通知手段（２２２）は、図２に示すGBASType1データの補正情報部Ｄ８３の先頭である補正情報部＃１フィールドＤ８３１を利用して、SBAS航法データ更新通知を行っている。具体的には前記通知手段（２２２）は、補正情報部＃１フィールドＤ８３１に、SBAS航法データの更新がないときにはGPS衛星に対する補正情報をセットし、SBAS航法データが更新された時のみSBAS衛星に対する補正情報をセットすることにより、SBAS航法データが更新されたことの通知を行っている。

機上システム３は、地上システム２から受信したGBAS Type1データＤ８を使用して、SBAS衛星及びGPS衛星からのレンジング信号Ｄ２に含まれる誤差をディファレンシャル補正して測位演算を行い、高精度で自位置を算出している。測位演算を行う際に、地上システム２がGBAS Type1データＤ８を生成する際に使用したSBAS航法データと同一のSBAS航法データを使用する必要があるため、機上システム３は、SBAS航法データ更新通知を検出する検出手段（３２１，３２２）と、演算手段（３２３）とを有している。前記検出手段は、地上システム２から受信したGBAS Type1データＤ８の補正情報部＃１フィールドＤ８３１がSBAS衛星に対する補正情報であるとき、地上システム２が使用するSBAS航法データが更新されたと判断し、更新通知を検出する。さらに前記検出手段は、新旧２世代のSBAS航法データを管理し、機上システム３が受信したSBAS航法データが更新されても、更新通知を検出するまでの期間中に旧世代のSBAS航法データを前記演算手段に送る。

前記検出手段は更新通知を検出すると、新世代のSBAS航法データを前記演算手段に送り、旧世代のSBAS航法データを廃棄する。前記演算手段は、航法データ管理機能から入力されたSBAS航法データを用いてディファレンシャルGPS測位演算し、規定ルートからの変位を算出する。測位演算結果および規定ルートからの変位は機上表示装置３３にて表示され、パイロットに提供される。

以上説明したように本発明の実施形態によれば、地上システム２が補正情報（GBAS Type1データＤ８）を生成する際に使用したSBAS航法データと、機上システム３が測位に使用するSBAS航法データとを一致させることができ、使用するSBAS航法データの不一致に起因する測位誤差の悪化を回避することができる。

次に、本発明の実施形態を、図１に示すGPS衛星やSBAS衛星を航空機の航法に使用するGBASシステムに適用した例を実施形態１として説明する。

本発明の実施形態１に係る航法データ更新通知システムは図１に示すように、SBAS衛星１と、GBAS地上システム２と、GBAS機上システム３と、GPS衛星４１〜４ｎとを含んでいる。

SBAS衛星１は静止衛星であり、SBAS航法データＤ１とレンジング信号Ｄ２とを放送している。SBAS航法データＤ１は、SBAS衛星１の位置及び時計誤差を算出するために使用されるデータである。レンジング信号Ｄ２は、SBAS衛星１とユーザとの擬似距離を測定するための信号である。この測定した距離は擬似距離と呼ばれる。ここに、前記ユーザとしては、航空機等に搭載されて移動する機上システム３が該当する。レンジング信号Ｄ２から測定した擬似距離には、衛星軌道誤差，衛星クロック誤差，信号が電離層や対流圏を通過してくるときに生じる電離層遅延誤差，対流圏遅延誤差が含まれる。

GPS衛星４１〜４ｎはGPS航法データＤ３とレンジング信号Ｄ２とを放送している。航法データＤ３とレンジング信号Ｄ２は、前記SBAS衛星１から放送されるSBAS航法データＤ１とレジング信号Ｄ２と同様のものである。

GBAS地上システム２は、基準局２１１〜２１ｎと、補正データ生成装置２２と、データ送信装置２３とを含んでいる。

基準局２１１〜２１ｎは、SBAS衛星１から放送されるSBAS航法データＤ１及びレンジング信号Ｄ２、GPS衛星４１〜４ｎから放送されるGPS航法データＤ３及びレンジング信号Ｄ２をそれぞれアンテナ２１ａで受信し、その受信信号を受信機２１ｂにより補正データ生成装置２２に送る。前記受信信号には、SBAS航法データＤ１，レンジング信号Ｄ２，GPS航法データＤ３が含まれる。

補正データ生成装置２２は、補正値生成ユニット２２１と、SBAS航法データ更新通知ユニット２２２とを含んでいる。補正値生成ユニット２２１は、各衛星１，４１〜４ｎから放送される航法データＤ１，Ｄ３とレンジング信号Ｄ２とに基づいて、各衛星１，４１〜４ｎのレンジング信号Ｄ２に含まれる誤差の推定を行う。SBAS航法データ更新通知ユニット２２２は、SBAS衛星１から放送されるSBAS航法データＤ１が更新されたとき、この更新を通知するための情報をGBAS Type1データＤ８へ付加する。この更新を通知するための情報の生成方法については後述する。データ送信装置２３は、補正データ生成装置２２が生成したGBAS Type1データＤ８をデジタル変調してVHF帯にてGBAS機上システム３へ送信する。

GBAS機上システム３は航空機等に搭載されて移動するものであり、データ受信装置３１と、機上演算装置３２と、機上表示装置３３とを含んでいる。

データ受信装置３１は、VHFアンテナ３１１と、Lバンドアンテナ３１２と、受信機３１３とを含んでいる。VHFアンテナ３１１が、GBAS地上システム２から送信されるGBAS Type1データＤ８を受信する。Lバンドアンテナ３１２が、SBAS衛星１及びGPS衛星４１〜４ｎから放送される航法データＤ１，Ｄ３及びレンジング信号Ｄ２を受信する。受信機３１３は、アンテナ３１１と３１２で受信した信号データを機上演算装置３２へ送る。

機上演算装置３２は、SBAS航法データ更新通知検出ユニット３２１と、航法データ管理ユニット３２２と、測位演算ユニット３２３とを含んでいる。

SBAS航法データ更新通知検出ユニット３２１はGBAS地上システム２から送信されるSBAS航法データ更新通知（GBAS Type1 データＤ８）を検出し、SBAS航法データ更新通知を検出したことを示す更新通知Ｄ９を航法データ管理ユニット３２２へ送る。航法データ管理ユニット３２２は、データ受信装置３１から送られるSBAS航法データＤ１及びGPS航法データＤ３を入力し、新旧２世代のSBAS航法データＤ１を管理する。新旧２世代の航法データＤ１には、前回のSBAS航法データ更新通知がされた際のSBAS航法データＤ１と、データ受信装置３１で受信した最新のSBAS航法データＤ１とが含まれる。そして、航法データ管理ユニット３２２は、Lバンドアンテナ３１２で受信したSBAS航法データＤ１と、SBAS航法データ更新通知検出ユニット３２１から送られる更新通知Ｄ９とに基づいて、使用すべきSBAS航法データＤ１を判断し、その判断したSBAS航法データＤ１を測位演算ユニット３２３に送る。測位演算ユニット３２３は、データ受信装置３１で受信したSBAS衛星１およびＧＰＳ衛星４１〜４ｎからのレンジング信号Ｄ２とGPS衛星からのGPS航法データＤ３と、データ受信装置３１で受信したGBAS地上システム２から送信されたGBAS Type1 データＤ８と、航法データ管理ユニット３２２から送られるSBAS航法データＤ１を用いてディファレンシャルGPS測位演算を行い、機上システム３を搭載した航空機等の規定のルートに対する変位を算出する。

機上表示装置３３は、機上演算装置３２が算出した測位演算結果Ｄ１０及び規定ルートからの変位Ｄ１１を画面に表示し、必要な情報をパイロットに提供する。ここに、変位Ｄ１１は、上述した機上システム３を搭載した航空機等の規定のルートに対する変位である。

次に、本発明の実施形態１に係る航法データ更新通知システムの動作について詳細に説明する。本発明の実施形態１に係る航法データ更新通知システムは基本的な構成として、GBAS地上システム２からGBAS機上システム３にSBAS航法データ更新の通知を行い、その通知をGBAS機上システム３側で検出して、地上システム２と機上システム３で使用するSBAS航法データを一致させている。以下では、具体的に説明する。

基準局２１１〜２１ｎの受信機２１ｂは、SBAS衛星１及びGPS衛星４１〜４ｎから放送されてアンテナ２１ａで受信したレンジング信号Ｄ２に基づいて衛星１，４１〜４ｎと基準局２１１〜２１ｎとの間の擬似距離Ｄ４を測定し、その測定した擬似距離Ｄ４を、SBAS衛星１から放送されて受信したSBAS航法データＤ１、GPS衛星４１〜４ｎから放送されて受信したGPS航法データＤ３とともに補正データ生成装置２２へ送る。

補正データ生成装置２２の補正値生成ユニット２２１は、幾何学的に衛星１，４１〜４ｎと基準局２１１〜２１ｎとの間の距離を算出し、その算出した距離と前記擬似距離Ｄ４とを用いて、擬似距離Ｄ４に含まれる誤差の推定を行い、その推定した誤差を修正するために必要な擬似距離補正値Ｄ５を決定する。補正値生成ユニット２２１は、航法データＤ１，Ｄ３から算出した衛星１，４１〜４ｎの位置と、既知の基準局２１１〜２１ｎの位置とに基づいて、前記幾何学的な距離を算出する。その算出方法は一般的であるため、その詳細な説明を省略する。

補正値生成処理ユニット２２１は、複数の基準局２１１〜２１ｎにて共通に観測される全ての衛星１，４１〜４ｎについて擬似距離補正値Ｄ５を算出し、その算出データをSBAS航法データ更新通知ユニット２２２に送る。補正値生成処理ユニット２２１は、擬似距離補正値Ｄ５を送る際に、前記擬似距離補正値Ｄ５を算出する際に使用したSBAS航法データＤ１の識別子Ｄ６及びGPS航法データＤ２の識別子Ｄ７を付加して、これらをSBAS航法データ更新通知ユニット２２２に送る。実際のGBASでは擬似距離補正値Ｄ５以外に、いくつかの情報を生成する必要があるが、それらの生成処理は本発明とは関連がないので、その説明を省略する。

SBAS航法データ更新通知ユニット２２２はSARPsの規定に則り、SBAS航法データが更新されたときにその更新をGBAS機上システム３に通知することが可能なように、補正値Ｄ５をフォーマッティングしてGBAS Type1データＤ８を作成し、そのデータＤ８をデータ送信装置２３に送る。SBAS航法データ更新通知ユニット２２２がGBAS Type1データD８を利用して、SBAS航法データ更新を通知する場合を図２および図３を用いて示す。

まず、GBAS Type1データＤ８の概要を説明する。図２に、SARPsで既定されているGBAS Type1データＤ８の内容を示す。GBAS Type1データＤ８は図２に示すように、メッセージ情報部Ｄ８１，低頻度データ部Ｄ８２及び補正情報部Ｄ８３に大分類される。補正情報部Ｄ８３は最大１８個の衛星１，４１〜４ｎについての補正情報を含めることができる。補正情報の内容については後述する。図２では、SBAS航法データ更新通知ユニット２２２が、ｎ個の衛星についての前記補正情報を送っていると仮定し、前記補正情報を含めるための領域として補正情報部＃1 Ｄ８３１〜補正情報部＃ｎ Ｄ８３ｎを設定している。SBAS航法データ更新通知ユニット２２２は、補正情報部＃１ Ｄ８３１に、図２に示すような９種類のデータＤ８３１ａ〜Ｄ８３１ｉを含める。SBAS航法データ更新通知ユニット２２２は、Ranging Source IDフィールドＤ８３１ａに、前記補正情報部＃１ Ｄ８３１に含まれる前記補正情報の対象である衛星のＰＲＮ番号（衛星番号）をセットする。SBAS航法データ更新通知ユニット２２２は、IODフィールドＤ８３１ｂに、GPS衛星に対する前記補正情報を送るときに補正値生成ユニット２２１から受信したGPS航法データに対する識別子Ｄ７を、SBAS衛星に対する前記補正情報を送るときに全て1 (1111 1111)をセットする。SBAS航法データ更新通知ユニット２２２は、PRCフィールドＢ８３１ｃに、補正値生成ユニット２２１により算出された擬似距離補正値（補正情報）Ｄ５をセットする。その他のデータフィールドは本発明とは関係がないので、説明を省略する。

次に、低頻度データ部Ｄ８２と補正情報部Ｄ８３との関係について説明する。低頻度データ部Ｄ８２としては１個の衛星に対する領域しか設定されておらず、SBAS航法データ更新通知ユニット２２２は、低頻度データ部Ｄ８２に、補正情報部Ｄ８３の先頭である補正情報部＃１ Ｄ８３１の衛星に関する情報を格納する。以降、補正情報部Ｄ８３の先頭データである補正情報部＃１ Ｄ８３１を先頭補正情報部と呼ぶ。複数の衛星に対する低頻度データを送信するため、SBAS航法データ更新通知ユニット２２２は、補正情報部Ｄ８３の情報を、各衛星が順番に先頭補正情報部に入るようにローテーションする。また、航法データが更新された衛星に対しては、他の衛星よりも優先して低頻度データを送る必要があるため、SBAS航法データ更新通知ユニット２２２は、通常のローテーションに割り込みをかけて、航法データが更新された衛星を先頭補正情報部＃１ Ｄ８３１に入れる。この様子を示したのが図３である。図３の例では、５個のGPS衛星４１，４２，４３，４４，４５と、１個のSBAS衛星１とが観測されている場合を図示している。図３では、GPS衛星４１をGPS１、GPS衛星４２をGPS２、GPS衛星４３をGPS３、GPS衛星４４をGPS５、GPS衛星４５をGPS５として表記している。また、SBAS衛星を１２９として表記している。

図３では、GPS衛星が５つとSBAS衛星が１つ観測されていて、時刻ｔ３でGPS５に対する航法データが更新された状況を示している。SBAS航法データ更新通知ユニット２２２は、先頭補正情報部＃１ Ｄ８３１に入れる衛星を先頭レンジングソースのキューにより管理し、時刻ｔ０〜ｔ２では、どの衛星に対しても航法データの更新がないため、GPS１，GPS２，GPS３の順番に先頭補正情報を格納する。そして、SBAS航法データ更新通知ユニット２２２は、先頭補正情報となった衛星を次の時刻にキューの最後尾に入れ、全衛星が先頭となった後に再度先頭となるようにする。ここで、本実施形態では、SBAS衛星に対する補正は、このローテーションに含めない。これは後述するSBAS航法データの更新通知に先頭補正情報部＃１ Ｄ８３１を使用するためである。

時刻ｔ３でGPS５の航法データが更新されると、SBAS航法データ更新通知ユニット２２２は、キューの先頭３つ分にGPS５を割り込ませ、GPS５が３回連続で先頭補正情報となるようにする。SBAS航法データ更新通知ユニット２２２は、GPS衛星に対する航法データが更新されたことの判断を、補正値生成ユニット２２１から受け取った、GPS航法データ識別子Ｄ７により行う。３回連続で先頭とするのは、GPS航法データ更新時のSARPsの規定からである。GPS５が３つ存在する状態となったキューを、各衛星が１つずつ存在する通常のキューに戻すため、SBAS航法データ更新通知ユニット２２２は、時刻ｔ４，ｔ５では1つ前の時刻にキューの先頭にあったGPS５をキューの最後に戻さず排除する。

次に、SBAS衛星の航法データであるSBAS航法データが更新された場合のSBAS航法データ更新通知ユニット２２２による処理について説明する。図４は先の例と同様にGPS衛星が５つとSBAS衛星が１つ観測されている場合である。図４では、GPS衛星４１をGPS１、GPS衛星４２をGPS２、GPS衛星４３をGPS３、GPS衛星４４をGPS５、GPS衛星４５をGPS５として表記している。また、SBAS衛星をSBAS１２９として表記している。

図４に示す例は、時刻ｔ３でSBAS航法データが更新された例である。図４中でSBAS１２９がＳＢＡＳ衛星を表している。先の例と同様、時刻ｔ０〜ｔ２では、GPS１〜GPS３が順番に先頭補正情報となる。ここでも、先の例と同様SBAS衛星は通常時のローテーションに含めない。

時刻ｔ３でSBAS１２９のSBAS航法データが更新されたとき、SBAS航法データ更新通知ユニット２２２は、キューの先頭３つ分に、これまでローテーションに加わっていなかったSBAS衛星を割り込ませ、SBAS１２９が３回連続で先頭補正情報となるようにする。SBAS航法データ更新通知ユニット２２２は、SBAS衛星に対する航法データが更新されたことの判断を、補正値生成ユニット２２１から受け取った、SBAS航法データ識別子Ｄ６により行う。３回連続で先頭とするのは、GBAS機上システム３が何らかの理由により、SBAS１２９が先頭補正情報となったGBAS Type1データＤ８の受信に失敗した場合を考慮した処理である。SBAS航法データ更新通知ユニット２２２は、時刻ｔ４〜ｔ６では1つ前の時刻にキューの先頭にあったSBAS１２９をキューの最後に戻さず排除して、時刻ｔ６でキュー内にSBAS１２９が存在しない通常のキューに戻させる。SBAS航法データ更新通知ユニット２２２は、時刻ｔ７からは時刻ｔ０〜ｔ３と同様にGPS衛星だけでのローテーションを行う。

ここで述べたようにSBAS航法データ更新通知ユニット２２２は、SBAS航法データが更新されたときに、SBAS衛星を先頭補正情報部とすることにより、SBAS航法データ更新の通知を行う。SBAS航法データ更新通知ユニット２２２が生成したGBAS Type1データＤ８は、データ送信装置２３により、GBAS機上システム３に送られる。

データ受信装置３１には、VHFアンテナ３１１とLバンドアンテナ３１２との２つのアンテナがあり、VHFアンテナ３１１は地上システム２からのデータを、Lバンドアンテナ３１２はSBAS衛星１およびGPS衛星４１〜４ｎからの信号をそれぞれ受信する。これら２つのアンテナ３１１，３１２により受信されたデータは、受信機３１３を介して機上演算装置３２に送られる。

SBAS航法データ更新通知検出ユニット３２１は、データ受信装置３１から送られてくるGBAS Type1データＤ８の先頭補正情報部のRanging Source IDフィールドＤ８３１ａに格納されているＰＲＮ番号からSBAS航法データ更新通知の検出を行う。SBAS航法データ更新通知検出ユニットは、前回と今回の２つのＰＲＮ番号を管理し、今回取得したＰＲＮ番号がSBAS衛星であり、かつ、前回のＰＲＮ番号と異なる場合にSBAS航法データが更新されたものと判断する。後者の条件（前回のＰＲＮ番号と異なる）は、SBAS航法データが更新された際、既述したようにGBAS地上システム２から３回連続で更新通知が送られてくるためである。SBAS航法データ更新通知検出ユニット３２１は、更新を検出された場合、更新通知を航法データ管理ユニット３２２に送る。

次に、航法データ管理ユニット３２２について説明する。航法データ管理ユニット３２２は、新旧２世代のSBAS航法データについて図６に示す５つの状態を管理し、SBAS航法データＤ１の受信および更新通知Ｄ９の受信の２つをイベントとして図６の各状態間で状態遷移を行い、状態に応じて使用すべき航法データを測位演算ユニット３２３に送る。図５に、各状態にて発生したイベントに対する状態遷移を示す。この状態遷移について、最初に通常時の遷移について説明し、次にその他の遷移について説明する。

まず通常時の遷移を図５に基づいて説明する。SBAS航法データが２世代とも存在しない初期状態Ｓ１でSBAS航法データを受信すると、航法データ管理ユニット３２２は、新世代のSBAS航法データとして登録する。このとき、航法データ管理ユニット３２２は、SBAS航法データ更新通知検出ユニット３２１から更新通知Ｄ９を受け取っていないため、新世代のデータとして登録されたSBAS航法データを使用せず、更新通知待ち状態となる。この状態で、更新通知Ｄ９を受け取ると、航法データ管理ユニット３２２は、状態Ｓ３に遷移し、新世代のSBAS航法データを使用可能と判断する。状態Ｓ３にて、新たにSBAS航法データを受信すると、航法データ管理ユニット３２２は、新たに受信したSBAS航法データを新世代のものとして登録し、それまで新世代として登録されていたSBAS航法データを旧世代に移して状態Ｓ４に遷移する。状態Ｓ４では航法データ管理ユニット３２２は、新世代のSBAS航法データに対する更新通知を受信していないので、旧世代のSBAS航法データの使用を継続する。状態Ｓ４にて、更新通知を受け取ると、航法データ管理ユニット３２２は、旧世代のSBAS航法データを廃棄し状態Ｓ３に遷移して、新世代のSBAS航法データの使用を開始する。

次に、上で説明していないその他の遷移を図５に基づいて説明する。初期状態Ｓ１の全くＳＢＡＳ航法データがない状態にて更新通知を受け取ると、航法データ管理ユニット３２２は、使用可能なGEO航法データがないため状態Ｓ１を継続する。状態Ｓ２にてSBAS航法データを受信すると、航法データ管理ユニット３２２は、更新通知待ちをしていたSBAS航法データを廃棄し、新たに受信したSBAS航法データを新世代に登録し、状態Ｓ２を継続する。状態Ｓ３にて更新通知を受け取ると、地上システム２がSBAS航法データを更新しているにもかかわらず機上システム３が新しいSBAS航法データを受信していない状態となるので、航法データ管理ユニット３２２は、新世代のSBAS航法データを廃棄してSBAS航法データの受信待ち状態として、状態Ｓ５に遷移する。状態Ｓ５では使用可能なSBAS航法データは存在しない。状態Ｓ５でSBAS航法データを待っている状態で更新通知を受け取ると、機上システムがSBAS航法データを受信する前に、地上システムがSBAS航法データを更新したことになるので、航法データ管理ユニット３２２は、待っていた航法データの受信をあきらめて、初期状態Ｓ１に戻る。状態Ｓ４にてSBAS航法データを受信すると、航法データ管理ユニット３２２は、新世代のSBAS航法データに対する更新通知が来る前に、さらに新しいSBAS航法データを受信したことになるので、受信したSBAS航法データを新世代に登録して、状態Ｓ２に遷移する。

航法データ管理ユニット３２２は上記のような遷移により決定された状態に応じて、使用すべきSBAS航法データを測位演算ユニット３２３に送る。各状態にて使用する航法データは図６に示した通りである。

次に、測位演算ユニット３２３について説明する。測位演算ユニット３２３は、受信機３１３から入力されたSBAS衛星１およびGPS衛星４１〜４ｎからの擬似距離Ｄ４に対して、地上システム２から送信されたGBAS Type1データＤ８でディファレンシャル補正を行い、ディファレンシャルGPS測位演算を行って規定ルートからの変位を算出して、機上表示装置３３に送る。測位演算ユニット３２３は、ディファレンシャルＧＰＳ測位演算を行う際にSBAS衛星の位置が必要になるが、このSBAS衛星の位置を計算する際、航法データ管理ユニット３２２から受信したSBAS航法データを使用する。機上表示装置３３は、測位演算ユニット３２３から受け取った、測位演算結果Ｄ１０および規定ルートからの変位Ｄ１１を表示して情報をパイロットに提供する。

以上説明したように本発明の実施形態１によれば、地上システムと機上システムとで使用するSBAS航法データが異なることに起因するスパイク状の測位誤差の悪化を排除できる。その理由は、GBAS地上システムにSBAS航法データの更新を通知する機能を追加し、さらにGBAS機上システムに地上システムからの更新通知を検出する機能と、新旧２世代のSBAS航法データを管理し測位に使用すべきSBAS航法データを選択する機能とを追加することにより、地上システムが使用するSBAS航法データと機上システムが使用するSBAS航法データとを一致させることを可能としたためである。

次に、シミュレーションによって本発明の実施形態１による効果を説明する。図７は、本発明の実施形態１を適用する前の機上システムの測位シミュレーション結果を示している。図７に示すシミュレーションでは、機上システムのが機上演算装置の機能を実装したソフトウェアをＰＣ（パーソナルコンピュータ）上で動作させて模擬している。図７では測位誤差とともに、SBAS航法データ更新タイミングもプロットしている。図７において、×はSBAS航法データ更新タイミングをプロットしたものである。

図７には、機上演算装置３２の測位演算ユニット３２３によるディファレンシャルＧＰＳ測位結果と既知の位置との誤差を示している。誤差の算出結果をそのままプロットすると、３本のグラフが重なってしまうため、Ｘ誤差は＋３ｍ、Ｚ誤差は−３ｍオフセットさせてプロットしている。図７から明らかなように、本発明の実施形態に係る航法データ更新通知システムを適用しない場合、SBAS航法データが更新されるタイミングで測位誤差にスパイク状の測位誤差Ｐが見られることが分る。

図８は、本発明の実施形態を適用してシミレーションした場合の結果を示すものであり、図７と比較して、SBAS航法データ更新タイミングでのスパイク状の測位誤差はなくなっていることが分る。図７において、×はSBAS航法データ更新タイミングをプロットしたものである。

図７及び図８に示すシミュレーションの結果からも明らかなように、本発明の実施形態１によれば、GBAS地上システムにSBAS航法データの更新を通知する機能を追加し、さらにGBAS機上システムに地上システムからの更新通知を検出する機能と、新旧２世代のSBAS航法データを管理し測位に使用すべきSBAS航法データを選択する機能とを追加することにより、地上システムが補正データを生成する際に使用するSBAS航法データと機上システムがディファレンシャルGPS測位演算に使用するSBAS航法データとを一致させることができるため、地上システムと機上システムとで使用するSBAS航法データが異なることに起因するスパイク状の測位誤差の悪化を排除できる。

次に、本発明の実施形態２について説明する。本実施形態２は、その構成が上述した実施形態１と同じであるが、GBAS地上システム２のSBAS航法データ更新通知ユニット２２２およびGBAS機上システム３のSBAS更新通知検出ユニット３２１の機能に若干の変更を加えている点が相違している。

本実施形態２では、図２に示すGBAS
Type1データＤ８のIODフィールドＤ８３１ｂにSBAS航法データＤ１に含まれる時間ｔ０の下位８ビットを設定することにより、地上システム２と機上システム３とで使用するSBAS航法データを一致させるものである。

SBAS航法データＤ１の時刻ｔ０は、SBAS航法データＤ１を適用する際の規準となる時刻（元期と呼ぶ）を表すものであり、SBAS航法データＤ１が更新される度に値が変わるものであるため、前記時間ｔ０を通知することができれば、地上システム２と機上システム３とで使用するSBAS航法データＤ１を一致させることができる。しかしながら、GBAS TypeデータＤ８のIODフィールドは８ビットであるのに対し、SBAS航法データＤ１の時間ｔ０は１３ビットあるため、そのままでは時間ｔ０をIODフィールドＤ８３ｂにセットすることはできない。

そこで、本実施形態２では、時刻ｔ０の下位８ビットをIODフィールドＤ８３ｂにセットしている。

本実施形態２では、１３ビットある時間ｔ０の下位８ビットのみをセットするため、下位８ビットまでは同一であるが、９ビット目以降が異なる時間ｔ０との区別がつかなくなる。しかしながら、時間ｔ０のLSBが１６であるという信号仕様から、９ビット目以降が異なる時間ｔ０は少なくとも４０９６秒だけ異なる時刻のものであり、現状のSBASで２５０秒程度に１度の頻度でSBAS航法データＤ１が更新されていることを考えると、時間ｔ０の下位８ビットまでが同一で９ビット目以降が異なるSBAS航法データＤ１を同一の航法データと判断する可能性はほとんどない。但し、ここで説明した実施形態は「SBAS衛星に対するIODは全て１(1111 1111)をセットすること」というSARPs要求に反するため、SARPsを制定しているICAO（International Civil Aviation Organization）に問題提起をし、SARPs要求を変更する必要があるが、実現可能な構成である。

本発明は、GPS衛星やSBAS衛星等の測位衛星を航空機の航法に利用するための補強システムであるGBASシステムにおいて、SBAS衛星を補正対象とするシステムに適用可能である。

本発明の実施形態に係る航法データ更新通知システムを示す構成図である。 GBAS Type1データの構造を示す図である。 SBAS航法データ更新通知ユニットによる、GPS航法データが更新された場合の先頭補正情報制御を説明する図である。 SBAS航法データ更新通知ユニットによる、SBAS航法データが更新された場合の先頭補正情報制御を説明する図である。 航法データ管理ユニットによる状態遷移を説明する図である。 航法データ管理ユニットが管理する状態の説明と、各状態で測位演算ユニットが使用するSBAS航法データを示す図である。 地上システムで使用するSBAS航法データと機上システムで使用するSBAS航法データが不一致であるときの測位精度をシュミレーションした結果を示す図である。 地上システムで使用するSBAS航法データと機上システムで使用するSBAS航法データを一致させた時の測位精度をシュミレーションした結果を示す図である。

符号の説明

１ SBAS衛星
２ GBAS地上システム
３ GBAS機上システム
２２ 補正データ生成装置
３２ 機上演算装置
４１〜４ｎ GPS衛星

Claims (8)

1. 測位衛星として複数のGPS衛星とSBAS衛星とを使用し、前記測位衛星からの情報を航法に利用する衛星航法補強システムに装備するSBAS衛星の航法データ更新通知システムであって、
   地上システムと、機上システムとを有し、
   前記地上システムは、
   前記SBAS衛星及び前記GPS衛星から放送されてアンテナで受信したレンジング信号に基づいて前記衛星と基準局との間の擬似距離を測定し、その測定した擬似距離を、前記SBAS衛星から放送されて受信したSBAS航法データ、前記GPS衛星から放送されて受信したGPS航法データとともに出力する基準局の受信機と、
   幾何学的に算出した前記衛星と前記基準局との間の距離と前記擬似距離とを用いて、前記擬似距離に含まれる誤差の推定を行い、その推定した誤差を修正するために必要な擬似距離補正値を、前記複数の基準局にて共通に観測される全ての前記衛星について算出する補正値生成処理ユニットと、
   SBAS衛星の航法データであるSBAS航法データが更新された場合、キューの先頭３つ分にこれまでローテーションに加わっていなかったSBAS衛星を割り込ませ、SBAS衛星が３回連続で先頭補正情報となるようにすることにより、SBAS航法データが更新されたことを通知するSBAS航法データ更新通知ユニット、を有し、
   前記機上システムは、
   前記地上システムから送られてくるGBAS Type1データに基づいて、前回と今回の２つの衛星番号を管理し、今回取得した衛星番号がSBAS衛星であり、かつ、前回の衛星番号と異なる場合にSBAS航法データが更新されたものと判断するSBAS航法データ更新通知検出ユニットと、
   地上から送られる前記航法データの受信および前記SBAS航法データ更新通知検出ユニットからの前記更新通知の受信の２つをイベントとして、前記SBAS航法データ更新通知ユニットから送られる更新した航法データを出力する航法データ管理ユニットと、
   前記地上システムから送られた前記擬似距離に対して、前記地上システムから送られた前記GBAS Type1でディファレンシャル補正を行い、前記航法データ管理ユニットからの更新された航法データを使用してディファレンシャルGPS測位演算を行い規定ルートからの変位を算出する測位演算ユニットとを有することを特徴とする航法データ更新通知システム。
2. 前記SBAS航法データ更新通知ユニットは、前記補正情報を送るためにフォーマッティングされたデータフィールドのうち補正情報部の先頭位置に、航法データが更新されたSBAS衛星を識別する情報を割り込ませて格納し、前記補正情報を送信するものである請求項１に記載の航法データ更新通知システム。
3. 前記SBAS航法データ更新通知検出ユニットは、前記補正情報を送るためにフォーマッティングされたデータフィールドのうち補正情報部の先頭位置に格納された情報に基づいて、SBAS衛星に対する航法データの更新通知を検出する請求項１に記載の航法データ更新通知システム。
4. 前記SBAS航法データ更新通知検出ユニットは、SBAS衛星の航法データを管理し、SBAS衛星から放送された航法データの受信と、前記航法データの更新通知の受信とをイベントとして航法データの切替えを行う請求項１に記載の航法データ更新通知システム。
5. 前記測位演算ユニットは、前記地上システムから送信された前記補正情報で、GPS衛星およびSBAS衛星から受信したレンジング信号から擬似距離を測定し、その測定した擬似距離に含まれる誤差にディファンレンシャル補正を行い、そのディファレンシャル補正された擬似距離と更新された航法データとに基づいて前記ディファレンシャルGPS測位演算する請求項１に記載の航法データ更新通知システム。
6. 前記SBAS航法データ更新通知ユニットは、前記補正情報を送るためにフォーマッティングされたデータフィールドに、SBAS衛星からの航法データを適用する際の規準となる時間情報を格納し、前記補正情報を送信するものである請求項１に記載の航法データ更新通知システム。
7. 前記SBAS航法データ更新通知検出ユニットは、前記補正情報を送るためにフォーマッティングされたデータフィールドに格納されたSBAS衛星からの航法データを適用する際の規準となる前記時間情報に基づいて、SBAS衛星からの航法データの更新通知を検出する請求項１に記載の航法データ更新通知システム。
8. 測位衛星としてGPS衛星とSBAS衛星とを使用し、前記測位衛星からの情報を航法に利用する衛星航法補強システムにおけるSBAS衛星の航法データ更新通知方法であって、
   地上システムにおいて、
   前記SBAS衛星及び前記GPS衛星から放送されてアンテナで受信したレンジング信号に基づいて前記衛星と基準局との間の擬似距離を測定し、その測定した擬似距離を、前記SBAS衛星から放送されて受信したSBAS航法データ、前記GPS衛星から放送されて受信したGPS航法データとともに出力し、
   幾何学的に算出した前記衛星と前記基準局との間の距離と前記擬似距離とを用いて、前記擬似距離に含まれる誤差の推定を行い、その推定した誤差を修正するために必要な擬似距離補正値を、前記複数の基準局にて共通に観測される全ての前記衛星について算出し、
   SBAS衛星の航法データであるSBAS航法データが更新された場合、キューの先頭３つ分にこれまでローテーションに加わっていなかったSBAS衛星を割り込ませ、SBAS衛星が３回連続で先頭補正情報となるようにすることにより、SBAS航法データが更新されたことを通知し、
   機上システムにおいて、
   前記地上システムから送られてくるGBAS Type1データに基づいて、前回と今回の２つの衛星番号を管理し、今回取得した衛星番号がSBAS衛星であり、かつ、前回の衛星番号と異なる場合にSBAS航法データが更新されたものと判断し、
   地上から送られる前記航法データの受信および前記更新通知の受信の２つをイベントとして、前記SBAS航法データ更新通知ユニットから送られる更新した航法データを出力し、
   前記地上システムから送られた前記擬似距離に対して、前記地上システムから送られた前記GBAS Type1でディファレンシャル補正を行い、前記航法データ管理ユニットからの更新された航法データを使用してディファレンシャルGPS測位演算を行い規定ルートからの変位を算出することを特徴とする航法データ更新通知方法。

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