JPWO2015129243A1 - 衛星測位用電波干渉検知機構、衛星測位用電波干渉検知方法および該衛星測位用電波干渉検知機構を備えた補強情報送信システム - Google Patents

Abstract

処理負荷を増大させることなくGPS信号への電波干渉の有無を高精度に判定できる衛星測位用電波干渉検知機構を提供する。衛星測位用電波干渉検知機構は、受信されたGPS信号の信号対雑音比を取得する信号対雑音比取得手段、信号対雑音比の所定時間内における時間変化率を算出する変化率算出手段および算出された時間変化率に基づいて受信したGPS信号への電波干渉の有無を判定する判定手段を備える。

Description

本発明は全地球測位システム(GPS：Global Positioning System)信号の電波干渉の有無を判定するシステム及び方法に関する。

現代の航空機の航行は、地上の無線施設や衛星を使った航法援助システムによって支えられている。近年、衛星を使った航法援助システムは、地上の地形や形態（陸/海）を問わず高精度、高信頼度の航法を全地球的規模で実現できることから、先進国で技術開発やシステムの導入が盛んに行われている。さらに、航空機の航行上最も安全性能が求められる空港への精密進入及び着陸の支援には、地上型衛星補強システム（GBAS：Ground-Based Augmentation System)が導入されている。GBASは、GPS、GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System)などの測位衛星を用いて、衛星航法する航空機に対し、測位補強情報を提供するシステムである。

GBASは地上システムで補強情報を作成し、VHF信号にて、DGPS(Differential GPS)による補正情報、インテグリティ情報、FAS(Final Approach Segment)やTAP(Terminal Area Path)の経路情報、などを航空機に送信する。航空機上の装置が受信した補強情報を用いることによって、GPS単独では得られない航法の安全性や精度が保証される。

しかし、GPS衛星から出力電力50Wで発信されるGPS信号は、測位基準局まで伝搬してくる間に通過する媒質による影響を受け、測位基準局で受信されるころには受信電力10⁻¹⁶W程度の微弱電波となっている。そのため、この電波を受信する測位基準局が他の電波発信源からの電波と干渉した場合、測位信号の波形がひずみ、正常な受信処理が阻害されて測位計算できない状態となる。この場合、GBASにおいて、高精度、高信頼度の補強情報を作成できなくなる。

そのため、GBASでは、電波干渉の有無を検出し、電波干渉を受けた状態で作成された補強情報が航空機の安全航行に影響を与えるか判定する。電波干渉によって安全な航行を阻害する補強情報が作成される可能性がある場合、航空機への補強情報の送信を停止する。

電波干渉の有無、ひいてはGPS信号の信頼性の有無を判定する方法としては、大きく2種類の手法が提案されている。1つは擬似距離誤差を用いる方法、もう1つは搬送波電力対雑音電力比を用いる方法である。

特開2011-242296号公報には、算出された擬似距離に対して電離層の影響を補正した後に、補正結果に関する平均値及び標準偏差から所定の閾値を設定し、この閾値を用いてGPS衛星の故障の有無を判定する技術が開示されている。

また、特開2012-58185号公報には、搬送波電力対雑音電力比と、搬送波電力対雑音電力比の度数分布表における検出失敗確率、誤警報確率及び下限確率を用いて算出したモニタ閾値と、に基づいてGPS信号の信頼性を判断する技術が開示されている。

特開２０１１−２４２２９６号公報 特開２０１２−０５８１８５号公報

GPS受信機等が出力する擬似距離を基にその誤差で電波干渉の有無を判定する場合、閾値の設定や判定に要する計算量が多く計算機への負荷が問題となっている。また、疑似距離の誤差は必ずしも電波干渉のみで発生するわけではなく、電波伝搬過程（電離層、対流圏）の状態や受信機またはGPS衛星の状態（故障等）等、様々な原因が考えられる。搬送波電力対雑音電力比を用いて電波干渉の有無を判定する場合、検知したい干渉波の種類によって閾値を変える必要があるが、特許文献2記載の技術ではそのような内容は全く記載されていない。

本発明は、処理負荷を増大させることなくGPS信号への電波干渉の有無を高精度に判定できる衛星測位用電波干渉検知機構、衛星測位用電波干渉検知方法および該衛星測位用電波干渉検知機構を備えた補強情報送信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る衛星測位用電波干渉検知機構は、受信されたGPS信号の信号対雑音比を取得する信号対雑音比取得手段と、前記取得された信号対雑音比の所定時間内における時間変化率を算出する変化率算出手段と、前記算出された時間変化率に基づいて受信したGPS信号への電波干渉の有無を判定する判定手段と、を備える。

上記目的を達成するために本発明に係る補強情報送信システムは、前記受信されたGPS信号を用いて補強情報を生成する補強情報生成手段と、衛星測位用電波干渉検知機構と、電波干渉が無いと判定された場合は前記生成された補強情報を移動体へ送信し、電波干渉が有ると判定された場合は前記生成された補強情報を送信しない制御手段と、を備える。

上記目的を達成するために本発明に係る衛星測位用電波干渉検知方法は、受信されたGPS信号の信号対雑音比を取得し、前記取得された信号対雑音比の所定時間内における時間変化率を算出し、前記算出された時間変化率が所定の範囲内に含まれる場合はGPS信号への電波干渉が無いと判定し、前記算出された時間変化率が所定の範囲内に含まれない場合はGPS信号への電波干渉が有ると判定する。

上述した本発明の態様によれば、処理負荷を増加させることなくGPS信号への電波干渉の有無を高精度に判定できる。

第一の実施形態に係る補強情報送信システムにおいて使用する各種パラメータの概念を説明するための図である。 第一の実施形態に係る補強情報送信システムのシステム構成図である。 第一の実施形態に係る電波干渉検出器3のブロック構成図である。 第一の実施形態に係るC/No記憶部3bに記憶されているデータの一例である。 第一の実施形態に係るσ記憶部3cに記憶されているデータの一例である。 パルス波による電波干渉の有無によるC/No及びDetectの変化の違いを説明するための図である。 第一の実施形態に係るf(σ)記憶部3gに記憶されている検出確率分布f(σ)の一例である。 第一の実施形態に係る補強情報送信システムの動作フロー図である。 第一の実施形態に係る補強情報送信システムの動作フロー図である。 第一の実施形態に係る補強情報送信システムのC/No判定時の動作フロー図である。 Thres.が時間変化する場合の許可領域の一例を示した図である。 定状波による電波干渉の有無によるC/No及びDetectの変化の違いを説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る補強情報送信システム10のシステム構成図である。 本発明の実施の形態に係る衛星測位用電波干渉検知機構30のブロック構成図である。

本発明の実施の形態について説明する。補強情報送信システムのシステム構成図を図12に、衛星測位用電波干渉検知機構のブロック構成図を図１3に示す。図12において、補強情報送信システム10は、補強情報生成手段20、衛星測位用電波干渉検知機構30および制御手段40から成る。

補強情報生成手段20は、GPS衛星から発信された測位用のGPS信号を受信し、受信したGPS信号を用いて補強情報を生成する。ここで補強情報とは、GPS信号に含まれる誤情報を補い、移動体の精確な位置を算出するために必要な情報である。

衛星測位用電波干渉検知機構30は、受信されたGPS信号への電波干渉の有無を判定する。図13において、衛星測位用電波干渉検知機構30は、信号対雑音比取得手段31、変化率算出手段32および判定手段33を備える。

信号対雑音比取得手段31は、受信されたGPS信号の信号対雑音比を取得して変化率算出手段32へ出力する。

変化率算出手段32は、取得された信号対雑音比の所定時間内における時間変化率を算出して判定手段33へ出力する。

判定手段33は、入力された信号対雑音比の時間変化率に基づいてGPS信号への電波干渉の有無を判定する。本実施形態に係る判定手段33は、例えば、信号対雑音比の時間変化率が所定の範囲内に含まれない場合、GPS信号への電波干渉が有ると判定する。一方、判定手段33は、信号対雑音比の時間変化率が所定の範囲内に含まる場合、GPS信号への電波干渉が無いと判定する。

制御手段40は、衛星測位用電波干渉検知機構30において電波干渉が無いと判定された場合、補強情報生成手段20において生成された補強情報を移動体へ送信する。一方、制御手段40は、電波干渉が有ると判定された場合、生成された補強情報を送信しない。

以上のように、補強情報送信システム10において、衛星測位用電波干渉検知機構30は、受信されたGPS信号の信号対雑音比の時間変化率に基づいてGPS信号の電波干渉の有無を判定する。これにより、処理負荷が増加することなくGPS信号への電波干渉の有無を高精度に検出できる。

さらに、補強情報送信システム10において、制御手段40は、衛星測位用電波干渉検知機構30において電波干渉が有ると判定された場合は、補強情報を送信しない。これにより、信頼性の低い補強情報が移動体に送信されることを抑制することができる。

［第一の実施形態］
［構成の説明］
図1を用いて第一の実施形態に係るシステムにおいて使用する各種パラメータの概念について説明する。本システムでは、図示しない妨害電波元からの電波干渉の有無を判定するため、測位基準局2において受信したGPS信号の信号電力C[W]と測定雑音電力No[W]との比C/No[dBHz]、及び擬似距離誤差σ[m]を用いる。

擬似距離とは、GPS衛星1と測位基準局2との間でのGPS信号伝搬時間に、光速を掛けたものとして定義される。ただしGPS信号はその伝搬過程において電離層や対流圏などの影響を受けるため、電離層や対流圏などの影響がなかった場合に測定される距離とは異なる。また、擬似距離は、測位基準局2からGPS衛星1を見る仰角θ[deg.]によっても変化する。

電離層や対流圏などの影響がなかった場合に測定される距離と、実際に測定した擬似距離との差を擬似距離誤差という。擬似距離誤差は、実際に観測したデータを用いて計算できるが、ここでは単純にするため擬似距離誤差σと、上記の信号対雑音比C/Noとの理論計算式を用いる。すなわち、ホワイトノイズを仮定した場合、C/Noとσは1式を満たす。
1式

ここで、c、T_c、d、Tはそれぞれ光速[m/s]、チップ幅[s]、チップ長さ[s]、平均化時間[s]である。本システムではC/No及び上述のσがそれぞれ所定の条件を満たすか否か判定を行い、所定の条件を満たす場合、電波干渉無しと判定する。以下、C/Noに関する判定をC/No判定、σに関する判定をσ判定と呼ぶ。

本実施形態に係る補強情報送信システムについて説明する。本システムのシステム構成図を図２に示す。本システムは、GPS衛星群を構成する複数のGPS衛星1、測位基準局群を構成する複数の測位基準局2、電波干渉検出器3、補強情報作成器4を備える。

GBASに用いるGPS信号は、複数のGPS衛星1からそれぞれ発信される。GPS衛星1は地球を周回しながら測位用のGPS信号を地上に向けて発信する。本実施形態では4機のGPS衛星1(PRN#1-PRN#4)を備える。GPS信号は、RF正弦波信号からなる搬送波、PRNコードとC/AコードとP(Y)コードとを含む測距コード、衛星の健康状態とエフェリメスとアルマナックと時計バイアスパラメータとを含む航法データ、から構成される。

測位基準局群は、各GPS衛星1から発信されたGPS信号を受信する複数の測位基準局2からなる。本実施形態において、各測位基準局2はΔT[s]周期でGPS信号を受信する。一般的にΔT=1〜0.1秒である。GBASの場合、マルチパスなどを非共通誤差として検出する必要があることから、測位基準局2は少なくとも3-4機配置される。本実施形態では4機の測位基準局2(2-1〜2-4)を備える。

各測位基準局2は、受信されたGPS信号に含まれる搬送波、測距コード、航法データを補強情報作成器4へ送信する。また、各測位基準局2は、信号電力と雑音電力からC/Noを算出し、算出したC/Noから1式を用いてσを算出する。各測位基準局2は時刻tにGPS信号を受信するとし、その際のC/NoとσをそれぞれC/No^t、σ^tとする。各測位基準局2は、算出したC/No^t及びσ^tを電波干渉検出器3へ送信する。

図3に電波干渉検出器3のブロック構成図を示す。電波干渉検出器3は、受信信号入力部3a、C/No記憶部3b、σ記憶部3c、Detect^t算出部3d、Thres.入力部3e、C/No判定部3f、f(σ)記憶部3g、σ判定部3hおよび電波干渉判定部3iとから構成される。

受信信号入力部3aは、各測位基準局2から送信されたC/No^t及びσ^tを受信する。4機の測位基準局2-1〜2-4が4機のGPS衛星PRN#1〜PRN#4からのGPS信号をそれぞれ受信するので、受信信号入力部3aはC/No^t及びσ^tを16個ずつ受信する。

C/No記憶部3bは、受信信号入力部3aが受信した16個のC/No^tを受信時間ごとに記憶する。図4Aに示すように、C/No記憶部3bには各測定基準局2-1〜2-4におけるGPS衛星PRN#1-PRN#4のC/No^tが順次記憶される。

σ記憶部3cは、受信信号入力部3aが受信した16個のσ^tを受信時間ごとに記憶する。図4Bに示すように、σ記憶部3cには各測定基準局2-1〜2-4におけるGPS衛星PRN#1-PRN#4のσ^tが順次記憶される。

Detect^t算出部3dは、C/No記憶部3bに記憶されたC/No^tとC/No^t-ΔTから時刻tにおけるC/No^tの時間変化率Detect^tを算出する。Detect^tの算出は下記に示す後退差分の式(2式)に基づいて行う。パルス状の干渉波を検知する際に用いるDetect^tを特にPW_Detect^tと示す。
2式

Thres.入力部3eはC/No判定に用いられる閾値Thres.の入力を受け付ける。閾値Thres.はGBASの使用環境に応じて設定される。例えば、電波干渉のない状態でのC/Noを1年程度計測し、得られたC/Noについて式2のdt間隔で計算した差分を衛星位置（たとえば仰角、方位角5°毎のセルで観測衛星毎に）で統計をとることで、度数分布を決定する。そして、この度数分布に対し、国際民間航空機関(ICAO：International Civil Aviation Organization)で規定したGBASのアベイラビリティ要件から求まる誤警報確率値を適用し、取得した値を閾値Thres.とする。GBASによって航空機5の離着陸支援を行う場合、閾値Thres.は巡航時と比較して小さめに設定されることが望ましい。

C/No判定部3fはDetect^t算出部3dにおいて算出されたPW_Detect^tと、Thres.入力部3eが受け付けた閾値Thres.と、を用いて各C/No^tに対してC/No判定を行うことで、パルス状の干渉波を検出する。本実施形態に係るσ判定部3hは、パルス幅がΔTより長いパルス状の干渉波を検出する。

C/No判定について説明する。前述したように、GPS信号のC/Noは測位基準局2からGPS衛星1を見た際の仰角θによって変化する。θと時刻tはθ=ωtの関係を満たすため、C/Noは時刻tによって変化する。即ち、電波干渉の有無によらず、tの変化に伴いC/Noはある範囲内で変化する。電波干渉がない場合、あるいは何らかの方法でGPS信号に含まれる電波干渉の影響を除去した場合の、tの変化に伴うC/No及びDetectの変化を図5に破線で示す。ここではω=0.10rad/sとした。電波干渉が無い場合、tの変化に伴いC/No、Detectは単調に変化する。

次に、電波干渉が有る場合を考える。本実施形態ではt=440s付近でGPS信号と電波発信源から送出されたパルス状の電波とが干渉した場合を想定する。tの変化に伴うC/No及びDetectの変化を図5に実線で示す。パルス状の電波との干渉が有る場合、C/No及びDetectは大きく変動する。

C/No判定では、図5に黒丸で示した測定点ごとのPW_Detect^tが閾値Thres.で規定される許可領域内に含まれるか否かを判定する。ここでは閾値Thres.=0.5dBHz/secとした。判定は各C/No^tに対して行われ、判定結果に基づいて各信号に0または1の値をフラグとして設定する。PW_Detect^tが許可領域内に含まれる場合は0を、含まれない場合は1を設定し、その後すべてのC/No^tを対象に論理和を算出する。

f(σ)記憶部3gはσ判定に用いられる擬似距離誤差σの検出確率分布f(σ)を記憶する。本実施形態では電波干渉がない状態、あるいは何らかの方法でGPS信号に含まれる電波干渉の影響を除去した状態において一定期間C/Noを測定し、C/Noの測定結果を基に作成したf(σ)を記憶する。f(σ)を図6に示す。なおf(σ)は3式を満たすよう正規化されている。
3式

σ判定部3hは、C/No判定部3fにおけるC/No判定において論理和=1となった場合、各σ^tに対してσ判定を行う。

σ判定について説明する。σ判定では、ICAOの規定する擬似距離誤差検出失敗確率基準を用いる。σ判定部3hは先ず、検出確率分布f(σ)と所定の基準値から擬似距離誤差閾値σ₁を算出する。本実施形態のσ判定部3hは、所定の基準値を1×10^-5とし、4式を満たす擬似距離誤差閾値σ₁を算出する。即ち、図6のハッチング部分の面積の合計が1×10^-5となるようなσがσ₁である。
4式

σ判定部3hは続いて、各|σ^t|をσ₁と比較することで、各|σ^t|の信頼性の有無を判定する。σ判定部3hは、|σ^t|<σ₁の場合に信頼性有り、|σ^t|≧σ₁の場合に信頼性無しと判定する。

電波干渉判定部3iは、C/No判定部3fもしくはσ判定部3hからの判定結果に基づいて、受信したGPS信号の信頼性の有無を判定し、補強情報作成器4へ判定結果を送信する。電波干渉判定部3iは、C/No判定における論理和が0の場合、もしくはC/No判定における論理和は1であるが、σ判定において|σ^t|<σ₁を満たす場合、補強情報作成器4に航空機5へ補強情報を送信するよう指示する。一方、電波干渉判定部3iは、C/No判定において論理和が1であり、且つ、σ判定において|σ^t|≧σ₁を満たす場合、補強情報作成器4に航空機5へ補強情報を送信しないよう指示する。

図2において、補強情報作成器4は、電波干渉判定部3iから補強情報を送信する指示を受信したとき、航空機5へ補強情報信号を送信する。

航空機5は、補強情報作成器4からの補強情報と各GPS衛星1からのGPS信号とを受信し、自身の精確な位置および高度情報を算出する。

［動作の説明］
次に図7，図8を用いて本実施形態に係る補強情報送信システムの動作手順を説明する。

GPS衛星群PRN#1〜PRN#4はΔT秒周期で測位基準局群2-1〜2-4に向けて、搬送波、距離コード、航法データから構成されるGPS信号を送信する(S1)。

各測位基準局2は時刻tにおいてGPS衛星群PRN#1〜PRN#4からGPS信号を受信し(S2)、搬送波、距離コード、航法データを補強情報作成器4へ送信する。また、各測位基準局2は受信した信号の電力と受信時の雑音の電力の比C/No^tを算出すると共に、1式に基づいて擬似距離誤差σ^tを算出し(S3)、算出されたC/No^t及びσ^tを電波干渉検出器3へ送信する。

補強情報作成器4は各測位基準局から送信された搬送波、距離コード、航法データを受信し（S4）、補強情報を作成する(S5)。

電波干渉検出器3は各測位基準局2から送信されたC/No^t及びσ^tを受信信号入力部3aで受信し(S6)、それぞれC/No記憶部3b、σ記憶部3cに記憶する(S7)。C/No記憶部3b、σ記憶部3cにはそれぞれ図4A、図4Bのようなデータが記憶される。

次に、電波干渉検出器3はC/No記憶部3bからC/No^tとC/No^t-ΔTを取得し(S8)、Detect^t算出部3dにおいて2式に基づいてC/Noの時間変化率PW_Detect^tを算出する(S9)。パルス状に発生する干渉波を検出するため、差分間隔dtは小さく設定することが望ましい。差分間隔dtを小さく設定することでC/Noの詳細な時間変化を把握することができるので、パルス状に干渉波が発生した場合でもC/Noの時間変化を捉えることができる。ここではdt=ΔTとした。

続いて、Thres.入力部3eがC/No判定で使用する閾値Thres.(>0)を取得する(S10)。電波干渉の無い場合でもC/Noは平均値C/No_∞ ^tから±2.5dBHz程度変動するため閾値Thres.は0.5dBHz/s程度とすることが望ましい。閾値Thres.は電波干渉の検出を行う以前に予め入力しておくことが望ましい。

その後C/No判定部3fがC/No^tとPW_Detect^tとを用いてC/No判定を行う(S11)。C/No判定時の動作手順を図9に示す。まず、5式に示すように、C/Noと、C/No_∞ ^t-Thres.及びC/No_∞ ^t+Thres.と、の大小を比する(S111)。
5式

5式を満たす場合、フラグに0を設定し(S112)、満たさない場合、フラグに1を設定する(S113)。C/No判定は各C/No^tに対して行い、各信号に0または1のフラグが設定される。

C/No判定の処理を行った後、各信号に設定されたフラグの論理和を計算する(S12)。

次に、算出した論理和が0か1かを判定する(S13)。論理和が0である場合、すべての信号のフラグが0であることから電波干渉波を受けておらず信号の信頼性が有ると考えられる。よって補強情報作成器4に航空機5へ補強情報を送信するよう指示する。一方、論理和が1である場合、C/No記憶部3bに記憶された16個の信号の内、少なくとも1つはフラグ"1"が設定されている状態である。よって電波干渉を受けている可能性があるため、σ判定部3hでσ判定を実施する。

σ判定を行うにあたり、f(σ)記憶部3ｇに記憶された検出確率分布f(σ)および所定の基準値から4式を満たすσ₁を算出する(S14)。算出されたσ₁はσ判定部3hに送信される。また、σ記憶部3cからσ^tを取得する(S15)。

取得したσ^tとσ₁との大小を比較し(S16)、すべての|σ^t|がσ₁未満の場合、GPS信号の信頼性は有るとして補強情報作成器4に航空機5へ補強情報を送信するよう指示する。この場合、GBASの運用要件を逸脱することなく継続運用できる。一方、σ^t判定を行った16個のGPS信号の内、σ₁以上の|σ^t|が少なくとも1つ存在する場合、電波干渉を受け且つICAOの擬似距離誤差検出失敗確率基準を満たさないことから、GPS信号の信頼性は無いと考えられる。よって航空機5へ補強情報を送信しない。

補強情報作成器4はC/No判定後に補強情報送信指示を受信した場合(S17)、もしくはσ判定後に補強情報送信指示を受信した場合(S18)、航空機5へ補強情報を送信する(S19)。

［効果の説明］
作成した補強情報を航空機5へ送信する前にC/No判定を行い、補強情報の作成に用いたデータの信頼性を評価する。これにより、航空機5へ電波干渉を受けたGPS信号に基づいて作成された補強情報が送信されることが抑制され、航空機5はより安全性の高い運航を達成できる。また、C/No判定を行った後にICAOによる擬似距離誤差検出失敗確率基準を参照する。これにより、仮にC/No判定によって電波干渉有りと判定されたとしても擬似距離誤差検出失敗確率基準を満たしていれば補強情報を使用でき、航空機5の継続的な運航を行うことができる。

C/No判定において電波干渉有りと判定された場合、擬似距離誤差検出失敗確率基準に基づいた判定を行う。これにより、判定に要する時間や計算負荷を軽減することができ、且つ、GPS信号の信頼性の有無を迅速に判定することができる。

本実施形態では閾値Thres.は一定値としたが、図10に示すように閾値Thres.（許可領域）が時間変化するように設定してもよい。その結果GPS信号に要求される安全性のレベルが時々刻々変化したとしても、柔軟に対応することができる。航空機5が巡航飛行を行うようなGPS信号に要求される安全性のレベルが低い時間帯は閾値Thres.を大きくし、離着陸時のような高い安全性が必要な時間帯は閾値Thres.を小さくすることが望ましい。

本実施形態では電波干渉検出器3は地上に設置されている例を示したが、航空機5上にあってもよい。

［第二の実施形態］
第二の実施形態では定常的な電波干渉の有無を検知するための補強情報送信システムについて説明する。電波干渉がない場合、あるいは何らかの方法で電波干渉の影響を取り除いた場合のC/Noの時間変化を図11に破線で示す。一方、定常的な電波干渉を受けた場合のC/Noの時間変化を図11に実線で示す。本実施形態ではt=430-510秒にかけて、定常時間が約40秒であるような電波と干渉したものとする。

［構成の説明］
Detectを算出する際、第一の実施形態ではC/Noのパルス的変化を検知するため1周期前のC/Noを参照しDetectを算出した。本実施形態ではC/Noの定常的な変化を検知するため数周期前のC/NoからDetectを算出する。ここでは例として5周期前のC/Noを参照する。

本実施形態では、Detect^t算出部3dにおいて第一の実施形態とは異なる処理に基づいてDetect^tを算出する。Detect^t算出部3d以外の構成は第一の実施形態と同様であるため説明を省略する。

Detect^t算出部3dは下記の後退差分の式(6式)に基づいてDetect^tを算出する。本実施形態では5周期前のC/Noを参照するためdt=5ΔTとした。定常的な干渉波を検知する際に用いるDetect^tを特にCW_ Detect^tと示す。
6式

［動作の説明］
電波干渉検出器3は各測位基準局2から送信されたC/No^t及びσ^tを受信信号入力部3aで受信し(S6)、それぞれC/No記憶部3b、σ記憶部3cに記憶する(S7)。C/No記憶部3b、σ記憶部3cにはそれぞれ図4A、図４Bのようなデータが記憶される。次に、C/No^tとC/No^t-5ΔTを用いて、Detect^t算出部3dが6式に基づいてCW_Detect^tを算出する(S9)。

続いて、Thres.入力部3eがC/No判定で使用する閾値Thres.(>0)を取得し(S10)、C/No判定部3fでC/No判定を行い、各信号に0もしくは1のフラグを設定する(S11)。フラグ設定後、各C/No^tを対象にフラグの論理和を算出する(S12)。論理和が0である場合は補強情報作成器4に対して航空機5へ補強情報を送信するよう指示する。論理和が1の場合はσ判定部3hでσ判定を行う(S15)。σ判定の結果すべての|σ^t|がσ₁未満の場合、電波干渉を受けているがGBASの運用に支障はないと考えられることから、補強情報作成器4に対して航空機5へ補強情報を送信するよう指示する。σ₁以上の|σ^t|が少なくとも1つ存在する場合、GBASの安全要件を満たさないため補強情報作成器4に対して航空機5へ補強情報を送信しないよう指示する。

補強情報作成器4はC/No判定後に補強情報送信指示を受信した場合(S17)、もしくはσ判定後に補強情報送信指示を受信した場合(S18)、航空機5へ補強情報を送信する(S19)。

［効果の説明］
5周期前のC/Noを参照してC/Noの長期的な時間変化を取得することにより、定常的な干渉の有無を検知できる。その結果、定常的な電波干渉を受けたGPS信号に基づいて作成された補強情報を航空機5へ送信されることを抑制できる。

［第三の実施形態］
第一及び第二の実施形態では、単一の干渉波を検出する目的でDetect^tを算出し、閾値Thres.を設定した。本実施形態では定常時間がそれぞれ異なる定常的な干渉波及びパルス状の干渉波の両方が存在する場合を想定する。ただし定常時間は最大nΔT秒間であるとする。

［構成の説明］
本実施形態ではC/No^tとC/No^t-iΔTを用いてDetect^tを算出する。ここでC/No^t-iΔTはi周期前のC/No^tである。本実施形態ではDetect^t算出部3dが第一、第二の実施形態とは異なる処理に基づいてDetect^tを算出する。Detect^t算出部3d以外の構成は第一、第二の実施形態と同様であるため説明を省略する。

Detect^t算出部3dは下記の後退差分の式(7式)に基づいてDetect^tを算出する。C/No^tとC/No^t-iΔTを用いて算出したDetect^tを特にCW(i)_Detect^tと示す。ただしi=1、2・・・、nである。
7式

Thres.入力部3eはC/No判定部3fがC/No判定を行う際の閾値Thres.の入力を受け付ける。本実施形態では各iに対する閾値Thres.として閾値Thres._iが設定される。

C/No判定部3fはCW(i)_Detect^tと閾値Thres._iを用いて各C/No^tに対してC/No判定を行う。本実施形態では16×i個のGPS信号に対してC/No判定を行う。

［動作の説明］
電波干渉検出器3は各測位基準局2から送信されたC/No^t及びσ^tを受信信号入力部3aで受信し(S6)、それぞれC/No記憶部3b、σ記憶部3cに記憶する(S7)。C/No記憶部3b、σ記憶部3cにはそれぞれ図４A、図４Bのデータが記憶される。

次にC/No^tとC/No^t-iΔTを用いて、Detect^t算出部3dが7式からCW(i)_Detect^tを算出する(S9)。

続いて、Thres.入力部3eがC/No判定で使用する閾値Thres._i(>0)を取得し(S10)、C/No判定部3fがC/No判定を行い、各信号に0もしくは1のフラグを設定する(S11)。フラグ設定後、各C/No^tを対象にフラグの論理和を算出する(S12)。論理和が0である場合は補強情報作成器4に対して航空機5へ補強情報を送信するよう指示する。論理和が1の場合はσ判定部3hでσ判定を行う(S15)。σ判定の結果すべての|σ^t|がσ₁未満の場合、電波干渉を受けているがGBASの運用に支障はないと考えられることから、補強情報作成器4に対して航空機5へ補強情報を送信するよう指示する。σ₁以上の|σ^t|が少なくとも1つ存在する場合、補強情報作成器4に対して補強情報を航空機5へ送信しないよう指示する。

補強情報作成器4はC/No判定後に補強情報送信指示を受信した場合(S17)、もしくはσ判定後に補強情報送信指示を受信した場合(S18)、航空機5へ補強情報を送信する(S19)。

［効果の説明］
i周期前までの全てのC/Noを用いてC/No判定を行うことで、パルスを含む様々な定常時間を有する干渉波を検出することができる。その結果、航空機5へ電波干渉を受けたGPS信号に基づいて作成された補強情報が送信されることを抑制できる。

ここで、電波干渉がない場合、あるいは何らかの方法でGPS信号に含まれる電波干渉の影響を除去した場合に定常時間ごとの干渉電波出現頻度を取得しておき、頻度に合わせて閾値Thres._iを設定することが望ましい。例えば、定常時間がi秒間である干渉電波の出現頻度が高いが、定常時間がm(<n)秒間である干渉電波の出現頻度は低くGBASの安全な運用に影響を及ぼさない場合、閾値Thres._mより閾値Thres._iを小さめに設定することでGBAS運用に影響する干渉波を高確率で検知できる。その結果、信頼性の低いGPS信号に基づいて作成された補強情報を航空機5へ送信されることを抑制できる。

また、閾値Thres._iは一定値ではなく時間変化してもよい。干渉波の強度も時間変化する場合、各時刻において支配的な干渉波に合わせて閾値Thres._iをそれぞれ設定する。その結果、GBAS運用に影響する様々な定在時間を有する干渉波を高確率で検出し、信頼度が低い補強情報が送信されることが抑制される。

本発明のGBAS以外の適用例として、移動体の自動走行時に利用するGPS信号の補強情報送信の可否を判定することが挙げられる。この場合、航空機における巡航、離着陸状態はそれぞれ駐車、高速走行時に対応する。高速道路などで移動体が高速移動している状態で自動制御を行う場合、GPS信号に基づいて算出した位置に含まれる偏差が原因で重大事故を起こす可能性がある。一方、市街走行時は低速で移動するためGPS信号に基づいて算出した位置に多少の偏差が含まれていたとしても重大事故につながる可能性は低い。よって、移動体の移動速度に合わせて閾値Thres.を変化させ、GPS信号の信頼性を判定することで、移動体へ信頼性が低い補強情報が送信されることを抑制できる。その結果、移動体のより安全な自動走行を行うことができる。

本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

［付記1]
所定の周期で受信したGPS信号の信号対雑音比を算出する手段と、
前記受信したGPS信号の補強情報を作成し移動体に送信可能な手段と、
前記受信したGPS信号の信号対雑音比の時間変化率を算出する手段と、
前記時間変化率に基づいて前記補強情報の前記移動体への送信可否を制御する手段と、
を有することを特徴とする衛星測位用電波干渉検出システム。

［付記2]
前記時間変化率が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する第1の判定を行う手段さらに有し、
前記時間変化率が前記所定の範囲内に含まれない場合、前記補強情報を作成し移動体に送信可能な手段は、前記補強情報を前記移動体に送信しない
ことを特徴とする付記1記載の衛星測位用電波干渉検出システム。

［付記3]
所定の周期でGPS信号を受信し、受信した前記GPS信号の擬似距離誤差を算出する手段と、GPS信号の擬似距離誤差の度数分布を記憶する手段と、
前記度数分布と所定の基準値とから擬似距離誤差閾値を算出する手段と、
前記擬似距離誤差と前記擬似距離誤差閾値との大小を比較する第2の判定手段と、
前記擬似距離誤差が前記擬似距離誤差閾値以上の場合、前記受信したGPS信号は電波干渉を受けていると判定する処理を行う手段と、
をさらに有することを特徴とする付記1記載の衛星測位用電波干渉検出システム。

［付記4]
前記第2の判定は、前記第1の判定において前記GPS信号は電波干渉を受けていると判定された場合に行う
ことを特徴とする付記4記載の衛星測位用電波干渉検出システム。

［付記5]
前記所定の範囲とは、パルス状の電波干渉の影響を無視できる範囲である
ことを特徴とする付記1または2記載の衛星測位用電波干渉検出システム。

［付記6]
前記移動体は航空機であり、
前記所定の範囲は、前記航空機の離着陸時の方が巡航時よりも狭い
ことを特徴とする付記5記載の衛星測位用電波干渉検出システム。

［付記7]
前記受信したGPS信号の信号対雑音比と、1周期前に受信したGPS信号の信号対雑音比とを基に前記時間変化率を算出する手段をさらに含む
ことを特徴とする付記1記載の衛星測位用電波干渉検出システム。

［付記8]
前記受信したGPS信号の信号対雑音比と、複数周期前に受信したGPS信号の信号対雑音比とを基に前記時間変化率を算出する手段をさらに含む
ことを特徴とする付記1記載の衛星測位用電波干渉検出システム。

［付記9]
前記受信したGPS信号の信号対雑音比と、複数周期前までに受信した各GPS信号の信号対雑音比とを基に前記時間変化率をそれぞれ算出する手段をさらに含む
ことを特徴とする付記1記載の衛星測位用電波干渉検出システム。

［付記10]
所定の周期で受信したGPS信号の信号対雑音比を算出するステップと、
前記受信したGPS信号の信号対雑音比を用いて前記受信したGPS信号の信号対雑音比の時間変化率を算出するステップと、
前記時間変化率が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する第1の判定を行うステップと、
前記時間変化率が前記所定の範囲内に含まれない場合、前記受信したGPS信号の補強情報の送信を停止する指示をするステップと、を有することを特徴とする衛星測位用電波干渉検出方法。

本願発明は、GPS信号を用いて位置情報を演算する、GBASや移動体の自動走行システム等に広く適用することができる。

この出願は、２０１４年２月２７日に出願された日本出願特願２０１４−０３６０９２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

1 GPS衛星
2 測位基準局
3 電波干渉検出器
3a 受信信号入力部
3b C/No記憶部
3c σ記憶部
3d Detect^t算出部
3e Thres.入力部
3f C/No判定部
3g f(σ)記憶部
3h σ判定部
3i 電波干渉判定部
4 補強情報作成器
5 航空機
10 補強情報送信システム
20 補強情報生成手段
30 衛星測位用電波干渉検知機構
31 信号対雑音比取得手段
32 変化率算出手段
33 判定手段
40 制御手段

Claims (10)

1. 受信されたGPS信号の信号対雑音比を取得する信号対雑音比取得手段と、
   前記取得された信号対雑音比の所定時間内における時間変化率を算出する変化率算出手段と、
   前記算出された時間変化率に基づいて受信したGPS信号への電波干渉の有無を判定する判定手段と、
   を備える衛星測位用電波干渉検知機構。
2. 前記所定時間は、前記パルス状の電波のパルス幅よりも短いことを特徴とする請求項１記載の衛星測位用電波干渉検知機構。
3. 前記所定時間は、前記GPS信号と電波干渉する定常波の電波を検出できる長さであることを特徴とする請求項１記載の衛星測位用電波干渉検知機構。
4. 前記判定手段は、前記算出された時間変化率が所定の範囲内に含まれる場合はGPS信号への電波干渉が無いと判定し、前記算出された時間変化率が所定の範囲内に含まれない場合はGPS信号への電波干渉が有ると判定する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の衛星測位用電波干渉検知機構。
5. 前記受信されたGPS信号を用いて補強情報を生成する補強情報生成手段と、
   請求項４に記載の衛星測位用電波干渉検知機構と、
   電波干渉が無いと判定された場合は前記生成された補強情報を移動体へ送信し、電波干渉が有ると判定された場合は前記生成された補強情報を送信しない制御手段と、
   を備える補強情報送信システム。
6. 前記受信されたGPS信号を用いて擬似距離誤差σを算出する擬似距離誤差算出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、電波干渉が有ると判定された場合はさらに、前記算出された擬似距離誤差σが擬似距離誤差検出失敗確率基準を満足するか否か判定し、満足する場合は前記生成された補強情報を移動体へ送信する、
   請求項５に記載の補強情報送信システム。
7. 電波干渉が無い時のGPS信号の擬似距離誤差σの度数分布および所定の基準値に基づいて擬似距離誤差閾値σ’を算出するσ閾値算出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、|σ|＜σ’の場合に前記擬似距離誤差検出失敗確率基準を満足すると判定し、|σ|≧σ’の場合に前記擬似距離誤差検出失敗確率基準を満足しないと判定する、
   請求項６に記載の補強情報送信システム。
8. 前記移動体は航空機であり、
   前記航空機の離着陸時に前記判定手段において適用される前記所定の範囲は、前記航空機の巡航時に適用される前記所定の範囲よりも狭く設定される、
   請求項５乃至７のいずれか１項に記載の補強情報送信システム。
9. 前記GPS信号を受信する受信手段をさらに備える、請求項５乃至８のいずれか１項に記載の補強情報送信システム。
10. 受信されたGPS信号の信号対雑音比を取得し、
    前記取得された信号対雑音比の所定時間内における時間変化率を算出し、
    前記算出された時間変化率が所定の範囲内に含まれる場合はGPS信号への電波干渉が無いと判定し、前記算出された時間変化率が所定の範囲内に含まれない場合はGPS信号への電波干渉が有ると判定する、
    衛星測位用電波干渉検知方法。

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