JP6721394B2 - 電離層遅延によって生じる空間非相関誤差を軽減するためのコードマイナスキャリア測定値の使用 - Google Patents

電離層遅延によって生じる空間非相関誤差を軽減するためのコードマイナスキャリア測定値の使用 Download PDF

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Description

本発明は、電離層遅延によって生じる空間非相関誤差を軽減するためのコードマイナスキャリア測定値の使用に関する。
[0001]地上型補強システム(GBAS)は、進入及び着陸操作中に航空機を支援するために使用される。GBASの地上局は擬似距離補正値及び完全性情報を航空機へブロードキャストし、これは航空機のGNSS受信機によって処理される衛星測定値に影響を与える全地球的航法衛星システム(GNSS)の誤差を除去するのに役立つ。GBASを使用することにより、航空機は、正確な進入、出発手順及びターミナルエリアでの操作のための連続性、可用性及び完全性の性能を改善している。
[0002]航空機のGNSS受信機の誤差の主な原因は電離層により引き起こされ、これは電離層を通過するGNSS信号を遅延させる。電離層遅延による誤差は、GBAS地上局と航空機のGNSS受信機との間で電離層が均一であるとき、公称条件下でGBASによってほぼ完全に軽減することができる。というのは、GBAS地上局及びGNSS受信機によって受信される信号の電離層遅延が類似するからである。しかし、電離層の擾乱(例えば、電離層嵐又は他の異常な電離層の活動)は不均一な電離層を生成し(電離層勾配と呼ばれる)、GBAS地上局及び航空機のGNSS受信機によって受信される信号の電離層遅延は異なるものとなり得る。電離層遅延におけるこの差は、GBAS地上局によりブロードキャストされて航空機によって適用される擬似距離補正値の精度を低くする可能性がある。GBAS地上局と航空機の間に大きな距離がある場合には、電離層遅延の変動が航空機のナビゲーション位置解において許容できないほど大きな位置誤差を生じさせる可能性がある。大きな電離層勾配の軽減は、(1)航空機とGBAS地上局との間での協調的な軽減(緩和)、又は(2)最悪の場合の電離層勾配の仮定と組み合わせた最悪の場合のGNSS衛星のジオメトリ(配置、geometry)に基づく保存的なスクリーニングによって達成することができる。第1の選択肢は地上システムと空中システムの両方のために高価な装置を必要とする一方、第2の選択肢はシステムの連続性及び可用性の劣化につながる。
[0003]すべての可能なGNSS衛星ジオメトリのリアルタイムの評価が行われ、最悪の場合の電離層勾配の存在下で許容できない位置誤差につながる可能性のある測定値が除去される。より具体的には、GBASは、自動的に、最悪の場合の電離層勾配が常に存在していると仮定し得る。航空機が使用している可能性のある可能なジオメトリ構成をGBAS地上局がチェックすると、最悪の場合の電離層勾配が存在すると仮定して、許容誤差限界より大きな誤差を生成する任意のGNSS衛星ジオメトリが、それを使用すべきでないという指示とともに航空機へブロードキャストされる。
[0004]利用可能なジオメトリのセットはまた、使用可能なジオメトリのみが航空機にとって利用可能であるように、完全性に関連するパラメータ(例えば、ブロードキャスト・シグマ)を膨張させることによって制限される場合がある。例示的な実施形態では、これは、(1)すべての信頼性できる衛星ジオメトリを特定すること、(2)垂直位置の最大電離層誤差(MIEV)を計算すること、(3)信頼できるジオメトリのこの潜在的に危険なサブセットに対して可能な限り最小の垂直保護限界(VPL)を計算すること、(4)このサブセット内の任意のジオメトリが所望の種類の正確な進入のために垂直警告限界(VAL)よりも小さいVPLを有するときに、信頼できるジオメトリのサブセット内のすべてのジオメトリについてVALを超えるVPLを含む最小のインフレーションファクタ(inflation factor)を見つけるための探索を開始することを含む。
[0005]1つのこのような完全性関連パラメータは、垂直電離層勾配(VIG)の標準偏差であり、ここではシグマ−vig(σvig)と呼ぶ。一般的に、σvigは、いずれGBASを考慮することになるGNSS衛星に基づいて将来の時刻について計算される。GNSS衛星は、時間とともに、恒星日ごとに2回地球を周回するので、異なるGNSS衛星はGBASの視点から昇って沈む。すべてのサイクルの間、σvigの計算が、すべての予測されるサブジオメトリにおいて将来の時刻においてGBASを考慮するすべての予測されるGNSS衛星についての後続の時期(epoch)に対して実行される。将来の1つの時間ステップについて計算されるσvigと現在の時間ステップについて以前に計算されたσvig値とのうちの大きな方の値が航空機にブロードキャストされる。
[0006]本開示の実施形態は、電離層遅延によって生じる空間非相関誤差を軽減するためにコードマイナスキャリア測定値を使用するための方法及びシステムを提供する。
[0007]地上型補強システム(GBAS)は、全地球的航法衛星システム(GNSS)信号を受信して処理するように構成された複数のGNSS基準受信機を含む。GBASは、さらに、複数のGNSS基準受信機に通信可能に結合された少なくとも1つの処理モジュールを含み、当該少なくとも1つの処理モジュールは、少なくとも1つのGNSS衛星からのコードマイナスキャリア測定値を使用して、複数の観測可能なGNSS衛星のうちの少なくとも1つのGNSS衛星の見通し線に沿ってそれぞれの電離層品質メトリックを決定するように構成される。少なくとも1つの処理モジュールは、さらに、それぞれの電離層品質メトリックが閾値を満たす場合に、少なくとも1つのGNSS衛星について少なくとも1つのオーバーバウンド(overbounded)垂直電離層勾配標準偏差(σvig)を設定するように構成される。少なくとも1つの処理モジュールは、さらに、少なくとも1つのオーバーバウンドσvigが適用可能である1つ又は複数の有効電離層領域を定義するように構成される。少なくとも1つの処理モジュールは、さらに、複数の観測可能なGNSS衛星のうちのどのGNSS衛星が、少なくとも1つのオーバーバウンドσvigが適用可能である1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するかを決定するように構成される。少なくとも1つの処理モジュールは、さらに、少なくとも1つのオーバーバウンドσvig、及びどのGNSS衛星が1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するかについての指示を出力するように構成される。
[0008]図面は例示的な実施形態のみを描いたものであり、したがって範囲を限定するものと考えるべきではないものであるとの理解のもとで、例示的な実施形態が添付の図面を用いてさらに具体的且つ詳細に説明される。
[0009]本開示の一実施形態による例示的な地上型補強システム(GBAS)である。 [0010]本開示の一実施形態による例示的なGBAS処理モジュールである。 [0011]本開示の一実施形態による、GNSS衛星からのコードマイナスキャリア測定値を使用して定義される例示的な有効電離層領域を示す空の図である。 [0012]本開示の一実施形態による、GNSS衛星を使用してGBAS電離層脅威軽減技術を選択する1つの例示的な方法を示すフロー図である。
[0013]一般的な方法に従って、様々な説明される特徴は一定の縮尺で描かれず、例示的な実施形態に関連する特定の特徴を強調するように描かれる。
[0014]以下の詳細な説明においては、本明細書の一部を形成する添付の図面が参照され、特定の例示的な実施形態が例として示される。しかし、他の実施形態が利用され得ること、論理的、機械的及び電気的変更がなされ得ることが理解されるべきである。したがって、図面及び詳細な説明において提示される方法は、個々のステップが実行され得る順序を限定するものとして解釈されるべきではない。
[0015]大きな電離層勾配に起因する空間非相関誤差を軽減するために、上述の幾何学的スクリーニング及びインフレーション技術を使用することにより、GBASの連続性及び可用性の性能は著しく低下する。さらに、米国において最悪のケースの電離層勾配は歴史的に10年ごとに約1回しか生じていないので、最悪のケースを仮定することは、多くの場合、リソースを十分に活用しないことにつながる。
[0016]以下に説明する実施形態は、電離層が正常である空の領域を定義するために、観測可能なGNSS衛星からのコードマイナスキャリア測定値を使用する、地上型補強システム(GBAS)を実装することによって、電離層勾配に関連付けられる上記の問題に対処する。当該領域は、有限の期間の間有効な電離層領域であるとみなされる。有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するGNSS衛星については、上述の技術に代えて、簡易なオーバーバウンド緩和技術が衛星測定値に適用されてもよい。有限の期間中に有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有する任意の観測可能なGNSS衛星からの測定値に基づく微分補正値は、オーバーバウンド技術を使用して完全性が保護され(integrity−protected)、GBASを利用する車両によって使用することができる。
[0017]図1Aは、本開示の一実施形態による、例示的な地上型補強システム(GBAS)の地上局100である。図1に示すように、GBAS地上局100は、処理モジュール102、複数の基準受信機104、及びブロードキャストモジュール108を含む。
[0018]基準受信機104は、位置が正確に知られた地上基準受信機である。各基準受信機104は、アンテナを有する無線周波数受信機である。図1Aに示される実施形態において、GBAS地上局100は4つの基準受信機を含む。他の実施形態では、より多くの数又はより少ない数の基準受信機が使用される。基準受信機104は、有線又は無線リンクを介して、処理モジュール102に通信可能に結合される。
[0019]基準受信機104は、各々が、複数の観測可能なGNSS衛星110からGNSS信号を受信して処理するように構成される。例示的な実施形態では、GNSS衛星100は、単一周波又は多周波GNSS衛星である。GNSS衛星110によって送信されるGNSS信号は、信号の送信時間及び送信時におけるGNSS衛星の位置などの情報を含むが、これらに限定されない。本明細書において、この情報はGNSSデータとも呼ばれる。
[0020]各基準受信機104は、自身がそこからGNSS信号を受信したGNSS衛星110についてのGNSS信号の送信時間を使用して、自身の位置を計算する。送信時間は、GNSS信号がそれぞれのGNSS衛星110から送信された時刻と基準受信機104がGNSS信号を受信した時刻との間の差である。各基準受信機104は、微分補正に使用するために処理モジュール102にその計算した位置を送信する。
[0021]基準受信機104はまた、複数の観測可能なGNSS衛星110からコード及びキャリア測定値を受信して処理するように構成される。基準受信機104は、当該2つの測定値の間の差を計算してコードマイナスキャリア測定値を取得し、これは本質的には電離層遅延の変化率の尺度(程度、measure)である。基準受信機104は、複数の観測可能なGNSS衛星110のコードマイナスキャリア測定値を処理モジュール102に送信する。
[0022]図1Bに示すように、処理モジュールは、1つ又は複数の処理デバイス114を含む。1つ又は複数の処理デバイス114は、デジタル信号プロセッサ(DSP)、中央処理ユニット(CPU)、マイクロコントローラ、算術論理ユニット(ALU)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、又は当業者に知られた他のものなどの、任意の適切な処理デバイスを含むことができる。
[0023]1つ又は複数の処理デバイス114は、本明細書に記載の機能において使用される、様々な方法、処理タスク、計算及び制御機能を実行するための、ソフトウェアプログラム、ファームウェア、又は命令117などの他のコンピュータ読み取り可能な命令を含むか、又はこれらによって機能してもよい。例示的な実施形態において、命令117は、本明細書に記載の機能を実装するために、微分補正モジュール118及び電離層正常性(health)モジュール120を含むことができる。例示的な実施形態では、微分補正モジュール118及び電離層正常性モジュール120は同じモジュールであってもよい。
[0024]これらの命令117は1つ又は複数のデータ記憶デバイス116上に記憶される。例示的な実施形態では、1つ又は複数のデータ記憶デバイス116は、コンピュータ読み取り可能な命令又はデータ構造の記憶のために使用される任意の適切なコンピュータ読み取り可能な媒体を含むことができる。コンピュータ読み取り可能な媒体は、汎用又は専用のコンピュータもしくはプロセッサ、又は任意のプログラム可能な論理デバイスによってアクセスできる、任意の利用可能な媒体として実装することができる。適切なプロセッサ読み取り可能な媒体は、磁気又は光媒体などの記憶媒体やメモリ媒体を含むことができる。例えば、記憶媒体又はメモリ媒体は、従来のハードディスク、コンパクトディスク−読み出し専用メモリ(CD−ROM)、(同期ダイナミックランダムアクセスメモリ(SDRAM)、ダブルデータレート(DDR)RAM、RAMBUSダイナミックRAM(RDRAM)、スタティックRAM(SRAM)などを含むがこれらに限定されない)ランダムアクセスメモリ(RAM)などの揮発性又は不揮発性の媒体、読み出し専用メモリ(ROM)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM)、フラッシュメモリなどを含んでもよい。適切なプロセッサ読み取り可能な媒体はまた、ネットワーク及び/又は無線リンクなどの通信媒体を介して搬送される、電気信号、電磁信号又はデジタル信号などの伝送媒体を含むことができる。
[0025]微分補正モジュール118は、基準受信機104から位置計算値を受信するように構成される。微分補正モジュール118は、位置計算値、及び基準受信機104の正確に知られた位置を使用して、GNSSベースの計算値の誤差の推定値を決定する。例示的な実施形態では、GNSSベースの計算値におけるこれらの誤差は、ブロードキャストモジュール108を使用して航空機112上のGNSS受信機に微分補正値を提供するために使用される。他の実施形態では、微分補正値はまた、他の車両、物体、物又は人に提供することができる。
[0026]微分補正項の適用後に残留誤差(残差)が残る。GBAS地上局はまた、σvigなどの微分補正値とともに、航空機112の位置誤差を統計的に結び付けることを可能にする、完全性に関連するパラメータをブロードキャストする。例示的な実施形態では、位置は、垂直方向成分及び横方向成分を有する航空機112の周囲の、保護限界と呼ばれる円筒状の境界によって固定される(bound)。他の実施形態では、他の形状を有する境界が使用される。例示的な実施形態では、垂直成分は、航空機が確率が高い(1−10−7など)と考える場所の10メートル以内に航空機が実際に存在するように、10メートル未満に固定される。
[0027]電離層正常性モジュール120は、電離層の品質を決定するために、基準受信機104からのコードマイナスキャリア測定値を使用する。例示的な実施形態では、電離層正常性モジュール120は、基準受信機104によって提供されるコードマイナスキャリア測定値を使用して、複数の観測可能なGNSS衛星110のうちの第1のGNSS衛星の見通し線に沿ってそれぞれの電離層品質メトリックを決定する。例示的な実施形態では、第1のGNSS衛星110の見通し線に沿ってそれぞれの電離層品質メトリックを決定することは、第1のGNSS衛星110のそれぞれの見通し線に沿って全電子計数(total electron count)の変化率を決定することを含む。電離層正常性モジュール120は、次いで、全電子計数の変化率を使用して、見通し線についてそれぞれの電離層品質メトリックを決定する。例示的な実施形態では、電離層品質メトリックは、全電子計数の変化率とは反比例(逆相関)する。例示的な実施形態では、電離層品質メトリックは、正常性な電離層から電離層嵐に至るまでのスケールに対応する数値範囲を用いて定義することができる。
[0028]第1のGNSS衛星の見通し線に沿った電離層品質メトリックが閾値を満たす場合、第1のGNSS衛星は、オーバーバウンドされた(overbounded、オーバーバウンド)σvigを使用する軽減(緩和)にとって安全であると考えられる。すなわち、GBAS処理モジュール102によって使用される複雑な幾何学的スクリーニングやσvigインフレーション法は、第1のGNSS衛星については保留(中断)することができ、σvigをオーバーバウンドする、より簡易な手法を用いることが可能である。例示的な実施形態では、σvigのオーバーバウンドは、Kファクター及び/又はシグマ乗算器を追加することによって、航空機112からの誤差境界距離を増加させることにより達成することができる。例えば、1メーター・1シグマの誤差は、67%の時間、航空機112が1メートル以内にありガウス分布することを示す。1シグマ(1−シグマ)は、それに2を乗じて、この測距源にオーバーバウンドされた2メートルのσvigが存在することをユーザへブロードキャストすることによって、統計的に95%へとオーバーバウンドすることができる。これは、95%の時間、障害のない状態の間に距離誤差が2メートルを超えないことを保証する。
[0029]例示的な実施形態では、処理モジュール102は、状況に基づいて、オーバーバウンド技術とより複雑なスクリーニング技術との間で切り替えることができる。例示的な実施形態では、使用される技術に応じて、より多い又はより少ないGNSS衛星110が使用されてもよい。例示的な実施形態では、処理モジュール102は、オーバーバウンド技術とスクリーニング技術との間で切り替えを行ってもよいし、シームレスに使用されるGNSS衛星110の数を切り替えてもよい。
[0030]σvigをオーバーバウンドする技術を使用することができるとき、電離層正常性モジュール120は、それぞれの見通し線及び第1のGNSS衛星の電離層ピアースポイントを囲む空の領域について、オーバーバウンドされた(overbounded)σvigを設定する。それぞれの基準受信機からの衛星の見通し線が電離層について定義された2次元シェル(two−dimensional shell)と交わる点は、特定の衛星のピアースポイントである。電離層品質メトリックがしきい値を満たす電離層ピアースポイントを取り囲む空の領域は、有限の期間の間、有効な電離層領域として定義される。例示的な実施形態では、有効電離層領域のエリアは、ピアースポイントにおける電離層の品質に依存して変化する。例えば、電離層が正常であると判断された場合、有効電離層領域はピアースポイントから50海里延びてもよい。しかし、電離層が正常性に満たない場合、有効な電離層領域のエリアは、電離層の劣化した品質の重度に応じて比例して小さくなる。
[0031]例示的な実施形態において、このプロセスは、それぞれの電離層品質メトリックが閾値を満たす1つ又は複数のさらなる観測可能なGNSS衛星110について繰り返される。例示的な実施形態では、1つ又は複数のさらなる観測可能なGNSS衛星110は、観測可能なGNSS衛星110の総量の半分未満である。いくつかの実施形態では、第1のGNSS衛星について設定された同じオーバーバウンドσvigが、それぞれの電離層品質メトリックが閾値を満たすGNSS衛星110のうちの各々についての有効電離層領域に適用することができる。他の実施形態では、2つ以上の異なるオーバーバウンドσvig値を有効電離層領域のサブセットに適用可能である。
[0032]図2は、GBAS地上局100などの、GBAS地上局の視点から見た第1のGNSS衛星の軌道の例示的な有効電離層領域を示す空の図である。図2に示す例では、第1のGNSS衛星は軌道220に沿って移動する。GBAS地上局は、このGNSS衛星を観測し、処理モジュールは、上述したように、GNSS衛星からのコードマイナスキャリア測定値を使用して、軌道220の周囲の電離層が正常であるか否かを判断する。電離層品質メトリックが時間間隔Tにおいて閾値を満たす場合、電離層領域201は、時間Tの有限の期間の間、有効な電離層領域として定義される。第1のGNSS衛星は、その軌道経路に沿って移動し、その後軌道220に沿って移動する。処理モジュールは、電離層が軌道220に沿って各時間間隔において正常であるか否かをチェックする。図2において、処理モジュールは、電離層が各時間間隔(T−T)において正常であると判断する。したがって、領域201−206は、それぞれの時間間隔の間、有効電離層領域として定義される。例示的な実施形態では、時間間隔の長さは約20分である。他の実施形態では、時間間隔は、電離層の状態に応じて、より短い又はより長い長さを有することができる。例示的な実施形態では、領域は、第1のGNSS衛星がその電離層領域内に含まれるピアースポイントを有する有限の期間の間、有効であると見なされるにすぎない。
[0033]上述したように有効電離層領域を定義することに加えて、複数のGNSS衛星110の各々についてのコードマイナスキャリア測定値はまた、さらなる有効電離層領域を定義するために、電離層正常性モジュール120によって使用することができる。例示的な実施形態では、電離層正常性モジュール120は、GNSS衛星110のピアースポイントの電離層品質メトリックを分析して、電離層勾配がそれらの間に存在することができるかどうかを判断する。一実施形態では、電離層正常性モジュール120は、互いの閾値距離内にあるGNSS衛星110のピアースポイントの電離層品質メトリックを比較する。例示的な実施形態では、閾値距離は、直線距離又は半径方向距離であってもよい。例示的な実施形態では、閾値距離は約100kmである。他の実施形態では、閾値距離は、電離層の状態に応じて、より短くてもよいし又はより長くてもよい。互いに対して閾値距離内のGNSS衛星110のピアースポイントにおける電離層品質メトリックの間の差が閾値未満である場合、電離層正常性モジュール120は、ピアースポイントの間の空の領域において電離層勾配が存在しないと仮定することができる。したがって、ピアースポイント間のこれらの領域はまた、有効電離層領域として定義される。このプロセスは、閾値を満たす電離層品質メトリックを有する全てのGNSS衛星110について繰り返すことができる。例示的な実施形態では、有効電離層領域は(図2に示すように)矩形である。他の実施形態では、有効電離層領域は円形又は任意の他の幾何学形状である。
[0034]有効電離層領域を定義するためにすべての観測可能なGNSS衛星110が使用されるわけではない可能性が高い。したがって、有効電離層領域が定義された後、電離層正常性モジュール120は、有効電離層領域内に含まれる電離層ピアースポイントをどのさらなるGNSS衛星110が有するかをさらに分析することができる。有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有する任意のGNSS衛星110は、オーバーバウンドされたσvigによる軽減にとって安全とみなされる。すなわち、GBAS処理モジュール102によって使用される複雑な幾何学的スクリーニング及びσvigインフレーション技術は、これらのGNSS衛星110については中断(保留)することができ、σvigをオーバーバウンドする、より簡易な手法を用いることができる。この分析を行うことにより、電離層正常性モジュール120は、有効電離層領域を利用し、さらなるGNSS衛星測定値からのどの微分補正値を航空機112に対してブロードキャストすることができるかを決定することができる。GNSS衛星110が有効電離層内にピアースポイントを有していない場合、そのGNSS衛星110からの測定値は、オーバーバウンドされたσvigによる緩和のためには安全でないと見なされる。例示的な実施形態では、複数の観測可能なGNSS衛星110の各々は、それらのそれぞれの電離層ピアースポイントが有効電離層領域内にあるかどうかを判断するために評価される。
[0035]図2は、軌道210に沿ってGBAS地上局100によって見られるような第2のGNSS衛星とともにこのプロセスを示す。GBAS地上局100は、第2のGNSS衛星のピアースポイントが有効電離層領域内に含まれる所与の有限期間中、第2のGNSS衛星信号のための微分補正値をブロードキャストしてもよい。すなわち、第2のGNSS衛星のピアースポイントが第1のGNSS衛星が現在共同で占有している電離層領域内に存在し、電離層正常性モジュール120が、第1のGNSS衛星についての品質メトリックに基づいて、電離層領域を有効電離層領域であると判断した場合、処理モジュール102は、第2のGNSS衛星に関連付けられる微分補正値をブロードキャストするときにその判断を利用することができる。例えば、図2に示す第2のGNSS衛星の信号は、第2のGNSS衛星が第1のGNSS衛星の軌道210のピアースポイントに最も近いピアースポイントを有するとき、(有効電離層領域201及び202内で)時間間隔T1及びT2において最も信頼性が高い。時間間隔T6までに、第2のGNSS衛星のピアースポイントの軌道210は、第1のGNSS衛星の軌道220から大きく離れて移動しており、その結果、第2のGNSS衛星のピアースポイントは、もはや有効電離層領域内にない。
[0036]例示的な実施形態では、複数の観測可能なGNSS衛星110のうちのどれが有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するかを決定した後、処理モジュール102は、オーバーバウンドσvigによる軽減にとって安全と考えられるGNSS衛星110の数(the number of GNSS satellites 110)が、所望の正確な進入のために必要な垂直警告限界(VAL)を満たす垂直保護限界(VPL)を生成することができるか否かを判断してもよい。例示的な実施形態では、カテゴリーIの進入のためのVALは10メートルである。例示的な実施形態では、計算されたVPLがVALよりも小さい場合、GBAS地上局100は、オーバーバウンドσvig、及び有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するGNSS衛星110の指示(indication)をブロードキャストする。例示的な実施形態では、GBAS地上局100は、VPLの判断にかかわらず、有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するGNSS衛星110及びそうでないGNSS衛星110についての指示をブロードキャストする。このような実施形態では、有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するGNSS衛星110は、使用のために安全であるものとしてマークされ、有効電離層領域の外に電離層ピアースポイントを有するGNSS衛星110は、使用のため安全でないものとしてマークされる。
[0037]例示的な実施形態では、特定のレベルの電離層嵐(又は他の電離層干渉)が現在存在すると処理モジュール102が判断する場合、処理モジュール102は、電離層正常性モジュール120の動作を再開する前に、(ある長さの分及び/又は時間などの)一定のタイムアウト期間だけ待機することにより、ヒステリシスを適用する。例示的な実施形態では、タイムアウト期間は、このタイムアウト期間の増加及び/又は減少が勾配の分布にどのように影響するかを判断するために、多くの日数にわたって多くの局からのデータを見ることにより、決定される。例示的な実施形態では、勾配分布が崩れてこれらの電離層嵐が存在しない静穏日における勾配分布と類似するようなタイムアウト期間を選択するために、感度分析がタイムアウト期間に対して実行される。したがって、例示的な実施形態において、タイムアウト期間は、特定の地理的エリアの電離層勾配の分布が、特定の低減した電離層品質メトリックにより通常の日において予想されるものへと歴史的に崩壊したときの期間であるように選択される。例示的な実施形態では、処理モジュール102は、一旦電離層勾配の特定のしきい値が満たされると、システムが十分に機能することができないと判断し、タイムアウト期間を使用するヒステリシスは、有効なデータを提供するのに十分適切に機能していると考えられる前にGBAS地上局100がより通常の状態に到達することを可能にする。
[0038]上述したGBAS地上局は、従来のGBAS地上局よりも多くの利点を提供する。電離層が正常である空の領域をマッピングすることにより、GBAS地上局は、計算集約的な幾何学的スクリーニングやインフレーションプロセスを使用する必要がないよう、GNSS衛星の測定値を利用することができる。また、オーバーバウンドσvigによる軽減が可能である状況では、最悪の場合の電離層勾配を想定する必要がないので、GBASはより良い連続性及び可用性を有することになる。
[0039]さらに、GBAS地上局は、他の提案された解決策による場合のような基準受信機に対する変更を必要としない。具体的には、基準受信機は、多周波衛星信号又は空間型補強システム(SBAS)衛星信号を受信して処理するように構成する必要はない。また、本開示の実施形態は、多周波衛星のみ又はSBAS衛星のみを使用することに限定されるのではなく、有効電離層領域を定義する際にすべてのGNSS衛星からの信号を利用することができる。したがって、本開示の実施形態は、他の提案された解決策よりも安価で、より良い連続性及び可用性を提供する方法で、電離層勾配に関連する問題に対処する。
[0040]例示的な実施形態では、GBAS地上局100は、さらに、単にGBASが補正値をブロードキャストしているコンステレーションではなく、有効電離層領域を定義するときに、複数のGNSSコンステレーションのうちの観測可能なGNSS衛星110からのコードマイナスキャリア測定値を利用するように変更することができる。GBAS地上局100のこの変更は、基準受信機104が複数のGNSSコンステレーションからGNSSデータを受信するように構成されることを必要とする。例示的な実施形態では、GNSSコンステレーションは、米国の全地球測位システム(GPS)、ロシアのGlobal’naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sisterna(GLONASS)、中国の北斗及びコンパス、並びに欧州連合のガリレオを含み得る。例示的な実施形態では、GBAS地上局100は、単一のGNSSコンステレーションからGNSS衛星110のための微分補正値をブロードキャストするにすぎない。例えば、GPSのために構成される場合、処理モジュール102は、有効電離層領域を定義する際に、GPS、GLONASS及びガリレオのコンステレーションのうちのGNSS衛星からのコードマイナスキャリア測定値を利用することができるが、GPS衛星用の微分補正値をブロードキャストするにすぎない。複数のGNSSコンステレーションのうちのGNSS衛星110からのコードマイナスキャリア測定値を使用することにより、空のうちのより大きなエリアを上記の技術を使用して定義することができる。これにより、GBAS地上局100がより複雑でないオーバーバウンドされたσvig軽減技術を利用できる可能性が高まる。
[0041]図3は、本開示の一実施形態の例示的な方法300を示すフローチャートである。一実施形態では、方法300の1つ又は複数の要素は、図1A−1B及び図2のいずれかに関して上述されたGBAS地上局100などのGBAS地上局内で実施される。方法300は、電離層勾配により引き起こされる空間非相関誤差を緩和するために、GNSS衛星測定値を使用して実施される。いくつかの実施形態では、図3の方法は、上述のGBAS地上局又はその要素の任意の実施形態を使用して実施することができる。
[0042]方法はブロック302で開始し、少なくとも1つのGNSS衛星からのコードマイナスキャリア測定値を使用して、複数のGNSS衛星のうちの少なくとも1つのGNSS衛星の見通し線に沿って電離層の品質メトリックを決定する。いくつかの実施形態では、電離層の品質メトリックを決定することは、少なくとも1つのGNSS衛星の見通し線に沿って全電子計数の変化率を計算することを含む。
[0043]方法はブロック303に進み、電離層の品質メトリックが閾値を満たすかどうかをチェックする。電離層の品質メトリックが閾値を満たさない場合、方法はブロック305に進み、軽減の代替的な方法を利用し、これは、いくつかの実施形態では、航空機が電離層遅延を補償するのを支援するためにGBAS地上局によって使用される幾何学的スクリーニング及びインフレーション法を含み得る。例示的な実施形態では、電離層の品質メトリックは、GNSS衛星の測定値をブロードキャストから除外する必要があるほど十分に深刻となり得る。
[0044]電離層の品質メトリックが閾値を満たすとき、方法はブロック304に進み、少なくとも1つのGNSS衛星からの測定値について、少なくとも1つのオーバーバウンド垂直電離層勾配(VIG)標準偏差(σvig)を設定する。例示的な実施形態では、当該オーバーバウンドは、Kファクター及び/又はシグマ乗算器を追加することによって、航空機からの誤差境界距離を増加させることによって設定することができる。
[0045]方法はブロック306に進み、少なくとも1つのオーバーバウンドσvigが適用できる、所与の期間における1つ又は複数の有効電離層領域を定義する。この方法のいくつかの実施形態では、有効電離層領域は、複数のコンステレーションからのGNSS衛星を利用して定義することができる。
[0046]方法はブロック308に進み、複数のGNSS衛星のうちのどの衛星が、少なくとも1つのオーバーバウンドσvigが適用できる1つ又は複数の有効な電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するかを決定する。いくつかの実施形態では、方法300は、さらに、1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するGNSS衛星からの測定値を用いて微分補正値を計算することを含む。
[0047]方法はブロック310に進み、少なくとも1つのオーバーバウンドσvig及び1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するGNSS衛星のリストを出力する。この方法の実施において、少なくとも1つのオーバーバウンドσvig及び1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するGNSS衛星のリストを出力することは、この情報を車両(例えば、航空機)にブロードキャストすることを含む。例示的な実施形態では、少なくとも1つのオーバーバウンドσvig及び1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するGNSS衛星のリストを出力することは、オーバーバウンドσvigを介した軽減にとって安全であると考えられるGNSS衛星の数が、所望の正確な進入に必要な垂直警告限界(VAL)を満たすことになる垂直保護限界(VPL)を生成することができる場合に生じる。
[0048]本明細書において具体的な実施形態を示して説明したが、当業者であれば、同じ目的を達成するためになされる任意の構成を、示された特定の実施形態の代わりに使用することができることが理解されよう。したがって、本発明は、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されることが明白に意図される。
例示的な実施形態
[0049]例1は、全地球的航法衛星システム(GNSS)衛星信号を受信して処理するように構成された複数のGNSS基準受信機と、複数のGNSS基準受信機に通信可能に結合された少なくとも1つの処理モジュールとを備える地上型補強システム(GBAS)を含み、少なくとも1つの処理モジュールは、少なくとも1つのGNSS衛星からのコードマイナスキャリア測定値を使用して複数の観測可能なGNSS衛星のうちの少なくとも1つのGNSS衛星の見通し線に沿ってそれぞれの電離層品質メトリックを決定し、それぞれの電離層品質メトリックが閾値を満たす場合に、少なくとも1つのGNSS衛星について少なくとも1つのオーバーバウンド(overbounded)垂直電離層勾配標準偏差(σvig)を設定し、少なくとも1つのオーバーバウンドσvigが適用できる1つ又は複数の有効電離層領域を定義し、複数の観測可能なGNSS衛星のうちのどのGNSS衛星が、少なくとも1つのオーバーバウンドσvigが適用できる1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するかを決定し、少なくとも1つのオーバーバウンドσvigと、どのGNSS衛星が1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するかについての指示(indication)とを出力するように構成される。
[0050]例2は、例1のGBASを含み、少なくとも1つのオーバーバウンドσvig及びどのGNSS衛星が1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するかについての指示を出力することは、少なくとも1つのオーバーバウンドσvig及びどのGNSS衛星が1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するかについての指示を、ブロードキャストモジュールによってブロードキャストすることを含む。
[0052]例3は、例1−2のいずれかのGBASを含み、処理モジュールは、さらに、1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するGNSS衛星からの測定値について微分補正値を計算してブロードキャストするように構成される。
[0052]例4は、例3のGBASを含み、複数の観測可能なGNSS衛星は、複数のGNSSコンステレーションからの衛星を含む。
[0053]例5は、例4のGBASを含み、微分補正値が、ただ1つのGNSSコンステレーションからのGNNS衛星についてブロードキャストされる。
[0054]例6は、例1−5のいずれかのGBASを含み、少なくとも1つの処理モジュールは、さらに、どのGNSS衛星が1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有していないかについての指示を出力するように構成され、当該指示は、1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有していないGNSS衛星からの信号がオーバーバウンドσvigを使用した緩和のために安全ではないという通知を含む。
[0055]例7は、例1−6のいずれかのGBASを含み、少なくとも1つのGNSS衛星の見通し線に沿ったそれぞれの電離層品質メトリックは、複数の観測可能なGNSS衛星のうちの少なくとも1つのGNSS衛星の見通し線に沿った全電子計数の変化率に対応する。
[0056]例8は、電離層勾配によって引き起こされる地上型補強システム(GBAS)における空間非相関誤差を軽減する方法を含み、当該方法は、少なくとも1つのGNSS衛星からのコードマイナスキャリア測定値を使用して複数のGNSS衛星のうちの少なくとも1つのGNSS衛星の見通し線に沿って電離層の品質メトリックを決定するステップと、少なくとも1つのGNSS衛星の見通し線に沿った電離層の品質メトリックが閾値を満たす場合に少なくとも1つのGNSS衛星からの測定値について少なくとも1つのオーバーバウンド垂直電離層勾配標準偏差(σvig)を設定するステップと、少なくとも1つのオーバーバウンドσvigが適用できる、所与の期間における1つ又は複数の有効電離層領域を定義するステップと、複数のGNSS衛星のうちのどのGNSS衛星が、少なくとも1つのオーバーバウンドσvigが適用できる1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するかを決定するステップと、少なくとも1つのオーバーバウンドσvigと、1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するGNSS衛星のリストとを出力するステップとを含む。
[0057]例9は、例8の方法を含み、電離層の品質メトリックを決定するステップは、複数のGNSS衛星のうちの少なくとも1つのGNSS衛星の見通し線に沿って全電子計数の変化率を決定するステップを含む。
[0058]例10は、例8−9のいずれかの方法を含み、オーバーバウンドσvigが適用できる、所与の期間における1つ又は複数の有効電離層領域を定義するステップは、互いの閾値距離内にある複数のGNSS衛星の複数の見通し線に沿って電離層の品質メトリックを比較するステップと、品質メトリック間の差が閾値未満であるかどうかを判断するステップとを含む。
[0059]例11は、例8−10のいずれかの方法を含み、1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するGNSS衛星の数が、所望の正確な進入に必要な垂直警告限界(VAL)を満たす垂直保護限界(VPL)を生成することができるかどうかを判断するステップをさらに含む。
[0060]例12は、例11の方法を含み、1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するGNSS衛星の数が、所望の正確な進入に必要なVALを満たすことができるVPLを生成することができない場合に、動作を再開する前にタイムアウト期間待つステップをさらに含む。
[0061]例13は、例8−12のいずれかの方法を含み、1つ又は複数の有効電離層領域の外に電離層ピアースポイントを有するGNSS衛星のリストを出力するステップをさらに含む。
[0062]例14は、例13の方法を含み、1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するGNSS衛星を、オーバーバウンドσvigを使用する軽減のために安全なものとしてマークするステップと、1つ又は複数の有効電離層領域の外に電離層ピアースポイントを有するGNSS衛星を、オーバーバウンドσvigを使用する軽減のために安全でないものとしてマークするステップとをさらに含む。
[0063]例15は、全地球的航法衛星システム(GNSS)の測定値を受信して処理するように構成された複数のGNSS基準受信機と、複数のGNSS基準受信機に通信可能に結合された少なくとも1つの処理モジュールとを備える地上型補強システム(GBAS)を含み、少なくとも1つの処理モジュールは、複数の観測可能なGNSS衛星からのコードマイナスキャリア測定値を使用して、複数の観測可能なGNSS衛星のうちの各々のGNSS衛星の見通し線に沿ってそれぞれの電離層品質メトリックを決定し、少なくとも1つのそれぞれの電離層品質メトリックが閾値を満たす、1つ又は複数の有効電離層領域を定義し、複数の観測可能なGNSS衛星のうちのどのGNSS衛星が1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するかを決定し、1つ又は複数の有効電離層領域に対応する少なくとも1つのオーバーバウンド垂直電離層勾配標準偏差(σvig)と、どの観測可能なGNSS衛星が1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するかについての指示とを出力するように構成される。
[0064]例16は、例15のGBASを含み、1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有する複数の観測可能なGNSS衛星のうちの各々のGNSS衛星の衛星測定値は、少なくとも1つのオーバーバウンドσvigを使用して完全性保護される(integrity−protected)。
[0065]例17は、例15−16のいずれかのGBASを含み、複数の観測可能なGNSS衛星は複数のGNSSコンステレーションからのものである。
[0066]例18は、例17のGBASを含み、どの観測可能なGNSS衛星が1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するかについての指示は、単一のGNSSコンステレーションからの衛星を含むにすぎない。
[0067]例19は、例18のGBASを含み、単一のGNSSコンステレーションは全地球測位システム(GPS)である。
[0068]例20は、例15−19のいずれかのGBASを含み、σvigは、Kファクター及びシグマ乗数器のうちの少なくとも1つを使用して誤差境界距離を増加させることによってオーバーバウンドされる。

Claims (3)

  1. 地上型補強システム(GBAS)(100)であって、
    全地球的航法衛星システム(GNSS)衛星(110)の信号を受信して処理するように構成された複数のGNSS基準受信機(104)と、
    前記複数のGNSS基準受信機(104)に通信可能に結合された少なくとも1つの処理モジュール(102)とを備え、
    前記少なくとも1つの処理モジュール(102)は、
    少なくとも1つのGNSS衛星(110)からのコードマイナスキャリア測定値を使用して、複数の観測可能なGNSS衛星(110)のうちの前記少なくとも1つのGNSS衛星(110)の見通し線に沿ってそれぞれの電離層品質メトリックを決定し、
    前記それぞれの電離層品質メトリックが閾値を満たす場合に、前記少なくとも1つのGNSS衛星(110)について少なくとも1つのオーバーバウンド(overbounded)垂直電離層勾配標準偏差(σvig)を設定し、
    前記少なくとも1つのオーバーバウンドσvigが適用できる1つ又は複数の有効電離層領域を定義し、
    前記複数の観測可能なGNSS衛星(110)のうちのどのGNSS衛星(110)が、前記少なくとも1つのオーバーバウンドσvigが適用できる前記1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するかを決定し、
    前記少なくとも1つのオーバーバウンドσvigと、どのGNSS衛星(110)が前記1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するかについての指示とを出力する
    ように構成される、GBAS(100)。
  2. 前記少なくとも1つオーバーバウンドσvigと、どのGNSS衛星(110)が前記1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するかについての前記指示とを出力することは、前記少なくとも1つのオーバーバウンドσvigと、どのGNSS衛星(110)が前記1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するかについての前記指示とを、ブロードキャストモジュールによってブロードキャストすることを含み、
    前記複数の観測可能なGNSS衛星(110)は複数のGNSSコンステレーションからの衛星を含み、
    微分補正値が、ただ1つのGNSSコンステレーションからのGNNS衛星(100)についてブロードキャストされる、請求項1に記載のGBAS(100)。
  3. 電離層勾配によって引き起こされる地上型補強システム(GBAS)における空間非相関誤差を軽減する方法(300)であって、
    少なくとも1つのGNSS衛星(110)からのコードマイナスキャリア測定値を使用して、複数のGNSS衛星(110)のうちの少なくとも1つのGNSS衛星(110)の見通し線に沿って電離層の品質メトリックを決定するステップ(302)と、
    前記少なくとも1つのGNSS衛星(110)の見通し線に沿った前記電離層の品質メトリックが閾値を満たす場合に、前記少なくとも1つのGNSS衛星(110)からの測定値について少なくとも1つのオーバーバウンド垂直電離層勾配標準偏差(σvig)を設定するステップ(304)と、
    前記少なくとも1つのオーバーバウンドσvigが適用できる、所与の期間における1つ又は複数の有効電離層領域を定義するステップ(306)と、
    前記複数のGNSS衛星(110)のうちのどのGNSS衛星(110)が、前記少なくとも1つのオーバーバウンドσvigが適用できる前記1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するかを決定するステップ(308)と、
    前記少なくとも1つのオーバーバウンドσvigと、前記1つ又は複数の有効電離層領域内に電離層ピアースポイントを有するGNSS衛星(110)のリストとを出力するステップとを含む、方法。
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