地上補強型衛星航法システム、該システムに用いられる衛星異常検出方法及び衛星異常検出プログラム
【課題】空港周辺の所定距離内の空域で航空機の進入着陸誘導を行う地上補強型衛星航法システム中で、衛星の異常を検出する精度を向上させる。
【解決手段】各測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、擬似距離補正値補正手段（擬似距離補正値補正部２３ａ）により、同測位信号に対応した擬似距離補正値に対して、対応する測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）の測位手段（ＧＰＳアンテナ２１、ＧＰＳ受信機２２）に対する仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成される。衛星異常検出手段（インテグリティモニタ２３ｂ）により、擬似距離補正値補正部２３ａで生成された各検定統計量を用いて各ＧＰＳ衛星１０の異常の有無が検出される。
【解決手段】各測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、擬似距離補正値補正手段（擬似距離補正値補正部２３ａ）により、同測位信号に対応した擬似距離補正値に対して、対応する測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）の測位手段（ＧＰＳアンテナ２１、ＧＰＳ受信機２２）に対する仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成される。衛星異常検出手段（インテグリティモニタ２３ｂ）により、擬似距離補正値補正部２３ａで生成された各検定統計量を用いて各ＧＰＳ衛星１０の異常の有無が検出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地上補強型衛星航法システム、該システムに用いられる衛星異常検出方法及び衛星異常検出プログラムに係り、たとえば、空港周辺の所定距離内の空域で航空機の進入着陸誘導を行う際、衛星の異常を高精度で検出する場合に用いて好適な地上補強型衛星航法システム、該システムに用いられる衛星異常検出方法及び衛星異常検出プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機の運行に対しては、高い安全性と信頼性が要求され、これらの要求に対しては、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（Global Positioning System 、汎世界測位システム）衛星を使用した航法では、電離層の影響により、精度に不十分なものがあり、補強システムが必要となる。この補強システムとして、たとえば地上補強型衛星航法システム（Ground Based Augmentation System、ＧＢＡＳ）が構築されている。ＧＢＡＳは、地上システムと、機上システムとから構成されている。地上システムでは、空港内に設置された基準局により、測位衛星から放送される信号電波が受信されて収集及び解析され、同信号電波に含まれる誤差を推定することにより補正データが生成され、機上システムの移動局へ送信される。機上システムでは、移動局により、地上システムから送信された補正データに基づいて、同機上システムでの測位データを補正することにより、ディファレンシャル測位が行われ、規定飛行ルートに対する変位が算出されてパイロットなどに提供される。
【０００３】
また、移動局の測位データを補正するＧＢＡＳとしては、位置補正方式及び擬似距離補正方式がある。位置補正方式のＧＢＡＳでは、位置が既知の基準局により、移動局と同じ衛星の信号電波を使用して同基準局の測位演算が行われ、この測位演算の結果と同基準局の既知の位置とから補正データが算出され、この補正データに基づいて移動局の測位データが補正される。また、擬似距離補正方式のＧＢＡＳでは、たとえば図６に示すように、ＧＰＳ衛星１，２から放送される各信号電波が地球上のＧＰＳ受信機３により受信される。図示しないデータ処理装置により、ＧＰＳ受信機３により受信された各信号電波に含まれる、各ＧＰＳ衛星１，２の軌道を示すエフェメリス情報に基づいて、各ＧＰＳ衛星１，２毎にＧＰＳ受信機３との間の第１の擬似距離が計算される。そして、上記各信号電波に含まれる測位信号に基づいて、各ＧＰＳ衛星１，２毎にＧＰＳ受信機３との間の第２の擬似距離が計算され、各第１の擬似距離と各第２の擬似距離との差分が各ＧＰＳ衛星１，２毎に計算されて各差分に基づく各擬似距離補正値が生成される。
【０００４】
この種の擬似距離補正方式のＧＢＡＳでは、擬似距離補正が必要となる要因の主要なものとして、測位信号の電離層の通過による遅延がある。測位信号の遅延量は、衛星の仰角が低くなるほど大きくなる。たとえば、図６では、ＧＰＳ受信機３に対する衛星１の仰角（直角）よりも衛星２の仰角ｃが低いため、ＧＰＳ衛星１の測位信号の電離層の通過距離ａよりも、ＧＰＳ衛星２の測位信号の電離層の通過距離ｂのほうが長くなっている。このため、ＧＰＳ衛星１の測位信号よりもＧＰＳ衛星２の測位信号のほうが遅延量が大きい。この場合、擬似距離補正値を検定統計量として使用しても、遅延量の仰角依存性により、同擬似距離補正値のヒストグラムの分布が正規分布にならないので、衛星の異常を判定するための閾値の設定や、衛星の異常検出の失敗の確率の見積もりを高精度で行うことができない。このため、空港周辺の所定距離内の空域で航空機の進入着陸誘導を高精度で行うことができないという課題がある。
【０００５】
上記の擬似距離補正方式のＧＢＡＳの他、この種の関連技術としては、たとえば、特許文献１に記載された電離層遅延量算出方法がある。
この電離層遅延量算出方法では、所定の時間に同じ衛星を用いて算出した、ＧＰＳモデルによる電離層遅延量と２周波による電離層遅延量との差から、擬似距離の観測量に含まれる受信機固有の周波数間バイアス（ＩＦＢ、Inter Frequency Bias）が算出される。そして、ＩＦＢを除去した擬似距離を使った２周波による電離層遅延量とＧＰＳモデルによる電離層遅延量とから、これらの値のいずれかを選択、あるいは加重平均することにより、測位演算時に使用する電離層遅延量が算出される。
【０００６】
また、特許文献２に記載された航法データ更新通知システムでは、地上システムにより、測位衛星から受信したレンジング信号に含まれる誤差が推定され、その誤差を修正するための補正情報がフォーマッティングされて送信される。そして、機上システムにより、測位衛星から受信したレンジング信号及び上記フォーマッティングされた補正信号に基づいてディファレンシャルＧＰＳ測位演算され、規定ルートからの変位が表示される。上記地上システムでは、上記補正情報を生成する際に使用したＳＢＡＳ（Satellite Based Augmentation System 、衛星回線による広域補強システム）航法データが更新された際に航法データの更新を上記補正情報に付加して通知する。上記機上システムでは、送信されるＳＢＡＳ航法データの更新が検出され、更新されたＳＢＡＳ航法データに切り替えてディファレンシャルＧＰＳ測位演算される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１８７５９２号公報
【特許文献２】特開２００９−２５０７９８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】坂井丈泰他、「広域ディファレンシャルＧＰＳにおける電離層遅延補正情報のグリッド間隔による影響」、電子研報告、電子航法研究所、2008.1、No.119、P.4
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記関連技術では、次のような課題があった。
すなわち、特許文献１に記載された電離層遅延量算出方法では、ＧＰＳモデルによる電離層遅延量と、２周波による電離層遅延量とを混合して使用し、正確な電離層遅延量が算出されるが、この発明とは構成や処理方法が異なる。
【００１０】
特許文献２に記載された航法データ更新通知システムでは、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することにより安全性を図るが、この発明とは構成や処理方法が異なる。
【００１１】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、衛星の異常を判定するための閾値の設定や、衛星の異常検出の失敗の確率の見積もりを高精度で行う地上補強型衛星航法システム、該システムに用いられる衛星異常検出方法及び衛星異常検出プログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、この発明の第１の構成は、所定数の測位衛星から放送される各信号電波を受信する測位手段と、該測位手段により受信された前記各信号電波に含まれるエフェメリス情報に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第１の擬似距離を計算すると共に、前記各信号電波に含まれる前記各測位衛星の測位信号に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第２の擬似距離を計算し、前記各第１の擬似距離と前記各第２の擬似距離との差分を前記各測位衛星毎に計算して前記各差分に基づく各擬似距離補正値を生成する擬似距離補正値生成手段とを有する地上補強型衛星航法システムに係り、前記各信号電波の測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、該測位信号に対応した前記擬似距離補正値に対して、対応する前記測位衛星の前記測位手段に対する仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成する擬似距離補正値補正手段と、該擬似距離補正値補正手段で生成された前記各検定統計量を用いて前記各測位衛星の異常の有無を検出する衛星異常検出手段とを備えてなることを特徴としている。
【００１３】
この発明の第２の構成は、所定数の測位衛星から放送される各信号電波を受信する測位手段と、該測位手段により受信された前記各信号電波に含まれるエフェメリス情報に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第１の擬似距離を計算すると共に、前記各信号電波に含まれる前記各測位衛星の測位信号に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第２の擬似距離を計算し、前記各第１の擬似距離と前記各第２の擬似距離との差分を前記各測位衛星毎に計算して前記各差分に基づく各擬似距離補正値を生成する擬似距離補正値生成手段とを有する地上補強型衛星航法システムに用いられる衛星異常検出方法に係り、前記各信号電波の測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、擬似距離補正値補正手段が、該測位信号に対応した前記擬似距離補正値に対して、対応する前記測位衛星の前記測位手段に対する仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成する擬似距離補正値補正処理と、衛星異常検出手段が、前記擬似距離補正値補正手段で生成された前記各検定統計量を用いて前記各測位衛星の異常の有無を検出する衛星異常検出処理とを行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の構成によれば、各測位衛星の異常の有無を高精度で検出する地上補強型衛星航法システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施形態である地上補強型衛星航法システムの要部の電気的構成及び同システムが用いられる環境を模式的に示すブロック図である。
【図２】図１中の基準局２０の動作を説明するフローチャートである。
【図３】擬似距離補正値が正規分布に近付くように補正された状態の例を示す図である。
【図４】擬似距離補正値の補正前及び補正後の状態の例を示す図である。
【図５】擬似距離補正値の補正前及び補正後の検定統計量のヒストグラムの例を示す図である。
【図６】関連する地上補強型衛星航法システムの問題点を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上記擬似距離補正値補正手段（擬似距離補正値補正部）は、上記擬似距離補正値を上記電離層傾斜係数で除して上記検定統計量とする構成とされている地上補強型衛星航法システムを実現する。
【００１７】
また、上記電離層傾斜係数は、
電離層傾斜係数Ｆpp（Ｅｌ）
＝［１−｛Ｒe ｃｏｓＥｌ／（Ｒe ＋ｈI ）｝2 ］-1/2
ただし、
Ｅｌ；衛星仰角
Ｒe ；地球赤道半径
ｈI ；電離層高度
として定義される。
【００１８】
また、上記衛星異常検出手段（インテグリティモニタ）は、上記各検定統計量に基づいて上記擬似距離補正値の正規分布の平均値及び標準偏差を求め、上記平均値及び標準偏差に基づいて、上記測位衛星の異常を判定するための閾値を設定する構成とされている。また、上記衛星異常検出手段（インテグリティモニタ）は、上記平均値及び標準偏差に基づいて、上記測位衛星の異常検出の失敗の確率を見積もる構成とされている。
【実施形態】
【００１９】
図１は、この発明の一実施形態である地上補強型衛星航法システムの要部の電気的構成及び同システムが用いられる環境を模式的に示すブロック図である。
この形態の環境では、同図に示すように、ＧＰＳ衛星１０，１０，…，１０と基準局２０とが無線接続されている。この基準局２０により、地上補強型衛星航法システムが構成されている。基準局２０は、空港などの所定の位置に設置され、ＧＰＳアンテナ２１と、ＧＰＳ受信機２２と、データ処理装置２３とを備えている。ＧＰＳ受信機２２は、ＧＰＳ衛星１０から放送される各信号電波をＧＰＳアンテナ２１を介して受信する。
【００２０】
データ処理装置２３は、ＧＰＳ受信機２２により受信された上記各信号電波に含まれる、ＧＰＳ衛星１０の軌道を示すエフェメリス情報に基づいて、各ＧＰＳ衛星１０毎にＧＰＳアンテナ２１との間の第１の擬似距離を計算すると共に、上記各信号電波に含まれるＧＰＳ衛星１０の測位信号に基づいて、各ＧＰＳ衛星１０毎にＧＰＳ受信機２２との間の第２の擬似距離を計算し、上記各第１の擬似距離と上記各第２の擬似距離との差分をＧＰＳ衛星１０毎に計算して各差分に基づく各擬似距離補正値（Pseudo Range Correction 、ＰＲＣ）を生成する。特に、この実施形態では、データ処理装置２３は、擬似距離補正値補正部２３ａと、インテグリティモニタ２３ｂとを有している。
【００２１】
擬似距離補正値補正部２３ａは、上記各信号電波の測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、同測位信号に対応した擬似距離補正値（ＰＲＣ）に対して、対応するＧＰＳ衛星１０のＧＰＳアンテナ２１に対する仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成する。この場合、擬似距離補正値補正部２３ａは、擬似距離補正値（ＰＲＣ）を上記電離層傾斜係数で除した値を上記検定統計量とする。上記電離層傾斜係数は、次式（１）で定義される。なお、この電離層傾斜係数は、非特許文献１に記載されている。
電離層傾斜係数Ｆpp（Ｅｌ）
＝［１−｛Ｒe ｃｏｓＥｌ／（Ｒe ＋ｈI ）｝2 ］-1/2 ・・・（１）
ただし、
Ｅｌ；衛星仰角
Ｒe ；地球赤道半径
ｈI ；電離層高度
【００２２】
インテグリティモニタ２３ｂは、擬似距離補正値補正部２３ａで生成された各検定統計量を用いてＧＰＳ衛星１０の異常の有無を検出する。この場合、インテグリティモニタ２３ｂは、上記各検定統計量に基づいて上記擬似距離補正値（ＰＲＣ）の正規分布の平均値及び標準偏差を求め、同平均値及び標準偏差に基づいて、ＧＰＳ衛星１０の異常を判定するための閾値を設定する。この場合、閾値は、擬似距離補正値の正規分布のグラフに基づいて、上記平均値及び標準偏差が含まれる領域から外れる値に設定される。また、インテグリティモニタ２３ｂは、上記平均値及び標準偏差に基づいて、ＧＰＳ衛星１０の異常検出の失敗の確率を見積もる。この場合、異常検出の失敗の確率は、擬似距離補正値のサンプル数の総数に対し、上記設定された閾値以上の擬似距離補正値のサンプル数の占める割合を求めることにより算出される。この地上補強型衛星航法システムは、衛星異常検出プログラムに基づいて動作するコンピュータで構成されている。
【００２３】
図２は、図１中の基準局２０の動作を説明するフローチャート、図３は、擬似距離補正値が正規分布に近付くように補正された状態の例を示す図、図４は、擬似距離補正値の補正前及び補正後の状態の例を示す図、及び図５が、擬似距離補正値の補正前及び補正後の検定統計量のヒストグラムの例を示す図である。
これらの図を参照して、この形態の地上補強型衛星航法システムに用いられる衛星異常検出方法の処理内容について説明する。
この地上補強型衛星航法システムでは、図２に示すように、測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）から放送される各信号電波が測位手段（ＧＰＳアンテナ２１、ＧＰＳ受信機２２）で受信される（ステップＡ１）。擬似距離補正値生成手段（データ処理装置２３）により、測位手段（ＧＰＳアンテナ２１、ＧＰＳ受信機２２）により受信された各信号電波に含まれるデータが収集及び解析され（ステップＡ２）、同各信号電波に含まれるエフェメリス情報に基づいて、各測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）毎に測位手段（ＧＰＳアンテナ２１、ＧＰＳ受信機２２）との間の第１の擬似距離が計算され（ステップＡ３）、また、上記各信号電波に含まれる各測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）の測位信号に基づいて、各測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）毎に測位手段（ＧＰＳアンテナ２１、ＧＰＳ受信機２２）との間の第２の擬似距離が計算される（ステップＡ４）。そして、上記各第１の擬似距離と上記各第２の擬似距離との差分が各測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）毎に計算されて各差分に基づく各擬似距離補正値が生成される（ステップＡ５）。
【００２４】
さらに、各測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、擬似距離補正値補正手段（擬似距離補正値補正部２３ａ）により、同測位信号に対応した上記擬似距離補正値に対して、対応する測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）の測位手段（ＧＰＳアンテナ２１、ＧＰＳ受信機２２）に対する仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成される（擬似距離補正値補正処理、ステップＡ６）。上記擬似距離補正値補正処理では、擬似距離補正値補正手段（擬似距離補正値補正部２３ａ）により、擬似距離補正値を上記電離層傾斜係数で除して検定統計量とされる。電離層傾斜係数は、上記式（１）で定義される。
【００２５】
そして、衛星異常検出手段（インテグリティモニタ２３ｂ）により、擬似距離補正値補正手段（擬似距離補正値補正部２３ａ）で生成された各検定統計量を用いて各測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）の異常の有無が検出される（衛星異常検出処理、ステップＡ７）。上記衛星異常検出処理では、衛星異常検出手段（インテグリティモニタ２３ｂ）により、上記各検定統計量に基づいて擬似距離補正値の正規分布の平均値及び標準偏差が求められ、同平均値及び標準偏差に基づいて、測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）の異常を判定するための閾値が設定される。また、衛星異常検出処理では、衛星異常検出手段（インテグリティモニタ２３ｂ）により、上記平均値及び標準偏差に基づいて、測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）の異常検出の失敗の確率が見積もられる。
【００２６】
図３及び図４では、縦軸にサンプル数、及び横軸に擬似距離補正値がとられている。擬似距離補正値補正部２３ａでは、図３に示すように、擬似距離補正値が正規分布に近付くように補正され、ＧＰＳ衛星１０との距離の観測値が正しい可能性がある確率を求めるための閾値の設定が容易となり、インテグリティモニタ２３ｂによるＧＰＳ衛星１０の異常検出の精度が高められる。また、擬似距離補正値の補正前の状態でインテグリティモニタ２３ｂによるＧＰＳ衛星１０の異常検出を行う場合、図４に示すように、擬似距離補正値の補正前の正規分布のグラフ上で閾値を設定することにより、ＧＰＳ衛星１０の異常を検出する領域は、補正前の閾値の左側の部分となる。このとき、実際の擬似距離補正値の分布が補正後の正規分布のグラフとなる場合、領域Ｂ内にある擬似距離補正値は、補正後の閾値内にあるため、インテグリティモニタ２３ｂにより正しい結果が得られるが、補正前のグラフでは閾値外となるため、インテグリティモニタ２３ｂがＧＰＳ衛星１０の異常と見なしてしまい、ＧＰＳ衛星１０の異常検出の失敗となる。このように、インテグリティモニタ２３ｂでは、補正を行った正規分布のグラフを用いることにより、ＧＰＳ衛星１０の異常検出の失敗の確率を正しく見積もることが可能となる。
【００２７】
図５（ａ），（ｂ）では、縦軸にサンプル数、及び横軸に擬似距離補正値（単位；ｍ）がとられている。縦軸のサンプル数の合計は、たとえば数千乃至一万である。擬似距離補正値の補正前の検定統計量のヒストグラムは、図５（ａ）に示すように、擬似距離補正値の“０”を基準として左右非対称となり、電離層における信号電波の遅延の影響が表れている。また、擬似距離補正値の補正後の検定統計量のヒストグラムは、図５（ｂ）に示すように、擬似距離補正値の“０”を基準として略左右対称となり、電離層における信号電波の遅延の影響を受けていない。このように、インテグリティモニタ２３ｂによるＧＰＳ衛星１０の異常検出のための擬似距離補正値の閾値が容易に設定され、検出失敗の確率も正しく見積もることが可能になっていることがわかる。
【００２８】
以上のように、この実施形態では、各ＧＰＳ衛星１０の測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、擬似距離補正値補正部２３ａにより、同測位信号に対応した擬似距離補正値に対して、対応するＧＰＳ衛星１０の仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成され、インテグリティモニタ２３ｂにより、各検定統計量に基づいて擬似距離補正値の正規分布の平均値及び標準偏差が求められ、同平均値及び標準偏差に基づいて、ＧＰＳ衛星１０の異常を判定するための閾値が設定されるので、この地上補強型衛星航法システムの継続性が向上する。また、インテグリティモニタ２３ｂにより、上記平均値及び標準偏差に基づいて、ＧＰＳ衛星１０の異常検出の失敗の確率が見積もられるので、この地上補強型衛星航法システムの安全性が向上する。これにより、空港周辺の所定距離内の空域で航空機の進入着陸誘導を高精度で行うことができる。
【００２９】
以上、この発明の実施形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成は同実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても、この発明に含まれる。
たとえば、測位衛星は、ＧＰＳ衛星１０，１０，…，１０に限定されず、たとえば、ヨーロッパで計画されている「Ｇａｌｉｌｅｏ」や、日本で計画されている「準天頂衛星」が実用化されたとき、これらを用いても良い。
【００３０】
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、以下には限定されない。
【００３１】
（付記１）所定数の測位衛星から放送される各信号電波を受信する測位手段と、該測位手段により受信された前記各信号電波に含まれるエフェメリス情報に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第１の擬似距離を計算すると共に、前記各信号電波に含まれる前記各測位衛星の測位信号に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第２の擬似距離を計算し、前記各第１の擬似距離と前記各第２の擬似距離との差分を前記各測位衛星毎に計算して前記各差分に基づく各擬似距離補正値を生成する擬似距離補正値生成手段とを有する地上補強型衛星航法システムであって、前記各信号電波の測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、該測位信号に対応した前記擬似距離補正値に対して、対応する前記測位衛星の前記測位手段に対する仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成する擬似距離補正値補正手段と、該擬似距離補正値補正手段で生成された前記各検定統計量を用いて前記各測位衛星の異常の有無を検出する衛星異常検出手段とを備えてなる地上補強型衛星航法システム。
【００３２】
（付記２）前記擬似距離補正値補正手段は、前記擬似距離補正値を前記電離層傾斜係数で除して前記検定統計量とする構成とされている付記１記載の地上補強型衛星航法システム。
【００３３】
（付記３）前記電離層傾斜係数は、
電離層傾斜係数Ｆpp（Ｅｌ）
＝［１−｛Ｒe ｃｏｓＥｌ／（Ｒe ＋ｈI ）｝2 ］-1/2
ただし、
Ｅｌ；衛星仰角
Ｒe ；地球赤道半径
ｈI ；電離層高度
として定義される付記１又は２記載の地上補強型衛星航法システム。
【００３４】
（付記４）前記衛星異常検出手段は、前記各検定統計量に基づいて前記擬似距離補正値の正規分布の平均値及び標準偏差を求め、前記平均値及び標準偏差に基づいて、前記測位衛星の異常を判定するための閾値を設定する構成とされている付記１、２又は３記載の地上補強型衛星航法システム。
【００３５】
（付記５）前記衛星異常検出手段は、前記平均値及び標準偏差に基づいて、前記測位衛星の異常検出の失敗の確率を見積もる構成とされている付記４記載の地上補強型衛星航法システム。
【００３６】
（付記６）所定数の測位衛星から放送される各信号電波を受信する測位手段と、該測位手段により受信された前記各信号電波に含まれるエフェメリス情報に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第１の擬似距離を計算すると共に、前記各信号電波に含まれる前記各測位衛星の測位信号に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第２の擬似距離を計算し、前記各第１の擬似距離と前記各第２の擬似距離との差分を前記各測位衛星毎に計算して前記各差分に基づく各擬似距離補正値を生成する擬似距離補正値生成手段とを有する地上補強型衛星航法システムに用いられる衛星異常検出方法であって、前記各信号電波の測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、擬似距離補正値補正手段が、該測位信号に対応した前記擬似距離補正値に対して、対応する前記測位衛星の前記測位手段に対する仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成する擬似距離補正値補正処理と、衛星異常検出手段が、前記擬似距離補正値補正手段で生成された前記各検定統計量を用いて前記各測位衛星の異常の有無を検出する衛星異常検出処理とを行う衛星異常検出方法。
【００３７】
（付記７）前記擬似距離補正値補正処理では、前記擬似距離補正値補正手段が、前記擬似距離補正値を前記電離層傾斜係数で除して前記検定統計量とする付記６記載の衛星異常検出方法。
【００３８】
（付記８）前記電離層傾斜係数を、
電離層傾斜係数Ｆpp（Ｅｌ）
＝［１−｛Ｒe ｃｏｓＥｌ／（Ｒe ＋ｈI ）｝2 ］-1/2
ただし、
Ｅｌ；衛星仰角
Ｒe ；地球赤道半径
ｈI ；電離層高度
として定義する付記６又は７記載の衛星異常検出方法。
【００３９】
（付記９）前記衛星異常検出処理では、前記衛星異常検出手段が、前記各検定統計量に基づいて前記擬似距離補正値の正規分布の平均値及び標準偏差を求め、前記平均値及び標準偏差に基づいて、前記測位衛星の異常を判定するための閾値を設定する付記６、７又は８記載の衛星異常検出方法。
【００４０】
（付記１０）前記衛星異常検出処理では、前記衛星異常検出手段が、前記平均値及び標準偏差に基づいて、前記測位衛星の異常検出の失敗の確率を見積もる付記９記載の衛星異常検出方法。
【００４１】
（付記１１）コンピュータを、付記１乃至５のいずれか一に記載の地上補強型衛星航法システムとして機能させる衛星異常検出プログラム。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
この発明は、空港周辺の所定距離内の空域で航空機の進入着陸誘導を行う地上補強型衛星航法システム全般に適用でき、また、船舶等に対する誘導を行うシステムにも適用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１０，１０，…，１０ ＧＰＳ衛星（測位衛星）
２０ 基準局（地上補強型衛星航法システム）
２１ ＧＰＳアンテナ（測位手段の一部）
２２ ＧＰＳ受信機（測位手段の一部）
２３ データ処理装置（擬似距離補正値生成手段）
２３ａ 擬似距離補正値補正部（擬似距離補正値補正手段）
２３ｂ インテグリティモニタ（衛星異常検出手段）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地上補強型衛星航法システム、該システムに用いられる衛星異常検出方法及び衛星異常検出プログラムに係り、たとえば、空港周辺の所定距離内の空域で航空機の進入着陸誘導を行う際、衛星の異常を高精度で検出する場合に用いて好適な地上補強型衛星航法システム、該システムに用いられる衛星異常検出方法及び衛星異常検出プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機の運行に対しては、高い安全性と信頼性が要求され、これらの要求に対しては、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（Global Positioning System 、汎世界測位システム）衛星を使用した航法では、電離層の影響により、精度に不十分なものがあり、補強システムが必要となる。この補強システムとして、たとえば地上補強型衛星航法システム（Ground Based Augmentation System、ＧＢＡＳ）が構築されている。ＧＢＡＳは、地上システムと、機上システムとから構成されている。地上システムでは、空港内に設置された基準局により、測位衛星から放送される信号電波が受信されて収集及び解析され、同信号電波に含まれる誤差を推定することにより補正データが生成され、機上システムの移動局へ送信される。機上システムでは、移動局により、地上システムから送信された補正データに基づいて、同機上システムでの測位データを補正することにより、ディファレンシャル測位が行われ、規定飛行ルートに対する変位が算出されてパイロットなどに提供される。
【０００３】
また、移動局の測位データを補正するＧＢＡＳとしては、位置補正方式及び擬似距離補正方式がある。位置補正方式のＧＢＡＳでは、位置が既知の基準局により、移動局と同じ衛星の信号電波を使用して同基準局の測位演算が行われ、この測位演算の結果と同基準局の既知の位置とから補正データが算出され、この補正データに基づいて移動局の測位データが補正される。また、擬似距離補正方式のＧＢＡＳでは、たとえば図６に示すように、ＧＰＳ衛星１，２から放送される各信号電波が地球上のＧＰＳ受信機３により受信される。図示しないデータ処理装置により、ＧＰＳ受信機３により受信された各信号電波に含まれる、各ＧＰＳ衛星１，２の軌道を示すエフェメリス情報に基づいて、各ＧＰＳ衛星１，２毎にＧＰＳ受信機３との間の第１の擬似距離が計算される。そして、上記各信号電波に含まれる測位信号に基づいて、各ＧＰＳ衛星１，２毎にＧＰＳ受信機３との間の第２の擬似距離が計算され、各第１の擬似距離と各第２の擬似距離との差分が各ＧＰＳ衛星１，２毎に計算されて各差分に基づく各擬似距離補正値が生成される。
【０００４】
この種の擬似距離補正方式のＧＢＡＳでは、擬似距離補正が必要となる要因の主要なものとして、測位信号の電離層の通過による遅延がある。測位信号の遅延量は、衛星の仰角が低くなるほど大きくなる。たとえば、図６では、ＧＰＳ受信機３に対する衛星１の仰角（直角）よりも衛星２の仰角ｃが低いため、ＧＰＳ衛星１の測位信号の電離層の通過距離ａよりも、ＧＰＳ衛星２の測位信号の電離層の通過距離ｂのほうが長くなっている。このため、ＧＰＳ衛星１の測位信号よりもＧＰＳ衛星２の測位信号のほうが遅延量が大きい。この場合、擬似距離補正値を検定統計量として使用しても、遅延量の仰角依存性により、同擬似距離補正値のヒストグラムの分布が正規分布にならないので、衛星の異常を判定するための閾値の設定や、衛星の異常検出の失敗の確率の見積もりを高精度で行うことができない。このため、空港周辺の所定距離内の空域で航空機の進入着陸誘導を高精度で行うことができないという課題がある。
【０００５】
上記の擬似距離補正方式のＧＢＡＳの他、この種の関連技術としては、たとえば、特許文献１に記載された電離層遅延量算出方法がある。
この電離層遅延量算出方法では、所定の時間に同じ衛星を用いて算出した、ＧＰＳモデルによる電離層遅延量と２周波による電離層遅延量との差から、擬似距離の観測量に含まれる受信機固有の周波数間バイアス（ＩＦＢ、Inter Frequency Bias）が算出される。そして、ＩＦＢを除去した擬似距離を使った２周波による電離層遅延量とＧＰＳモデルによる電離層遅延量とから、これらの値のいずれかを選択、あるいは加重平均することにより、測位演算時に使用する電離層遅延量が算出される。
【０００６】
また、特許文献２に記載された航法データ更新通知システムでは、地上システムにより、測位衛星から受信したレンジング信号に含まれる誤差が推定され、その誤差を修正するための補正情報がフォーマッティングされて送信される。そして、機上システムにより、測位衛星から受信したレンジング信号及び上記フォーマッティングされた補正信号に基づいてディファレンシャルＧＰＳ測位演算され、規定ルートからの変位が表示される。上記地上システムでは、上記補正情報を生成する際に使用したＳＢＡＳ（Satellite Based Augmentation System 、衛星回線による広域補強システム）航法データが更新された際に航法データの更新を上記補正情報に付加して通知する。上記機上システムでは、送信されるＳＢＡＳ航法データの更新が検出され、更新されたＳＢＡＳ航法データに切り替えてディファレンシャルＧＰＳ測位演算される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１８７５９２号公報
【特許文献２】特開２００９−２５０７９８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】坂井丈泰他、「広域ディファレンシャルＧＰＳにおける電離層遅延補正情報のグリッド間隔による影響」、電子研報告、電子航法研究所、2008.1、No.119、P.4
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記関連技術では、次のような課題があった。
すなわち、特許文献１に記載された電離層遅延量算出方法では、ＧＰＳモデルによる電離層遅延量と、２周波による電離層遅延量とを混合して使用し、正確な電離層遅延量が算出されるが、この発明とは構成や処理方法が異なる。
【００１０】
特許文献２に記載された航法データ更新通知システムでは、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することにより安全性を図るが、この発明とは構成や処理方法が異なる。
【００１１】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、衛星の異常を判定するための閾値の設定や、衛星の異常検出の失敗の確率の見積もりを高精度で行う地上補強型衛星航法システム、該システムに用いられる衛星異常検出方法及び衛星異常検出プログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、この発明の第１の構成は、所定数の測位衛星から放送される各信号電波を受信する測位手段と、該測位手段により受信された前記各信号電波に含まれるエフェメリス情報に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第１の擬似距離を計算すると共に、前記各信号電波に含まれる前記各測位衛星の測位信号に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第２の擬似距離を計算し、前記各第１の擬似距離と前記各第２の擬似距離との差分を前記各測位衛星毎に計算して前記各差分に基づく各擬似距離補正値を生成する擬似距離補正値生成手段とを有する地上補強型衛星航法システムに係り、前記各信号電波の測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、該測位信号に対応した前記擬似距離補正値に対して、対応する前記測位衛星の前記測位手段に対する仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成する擬似距離補正値補正手段と、該擬似距離補正値補正手段で生成された前記各検定統計量を用いて前記各測位衛星の異常の有無を検出する衛星異常検出手段とを備えてなることを特徴としている。
【００１３】
この発明の第２の構成は、所定数の測位衛星から放送される各信号電波を受信する測位手段と、該測位手段により受信された前記各信号電波に含まれるエフェメリス情報に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第１の擬似距離を計算すると共に、前記各信号電波に含まれる前記各測位衛星の測位信号に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第２の擬似距離を計算し、前記各第１の擬似距離と前記各第２の擬似距離との差分を前記各測位衛星毎に計算して前記各差分に基づく各擬似距離補正値を生成する擬似距離補正値生成手段とを有する地上補強型衛星航法システムに用いられる衛星異常検出方法に係り、前記各信号電波の測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、擬似距離補正値補正手段が、該測位信号に対応した前記擬似距離補正値に対して、対応する前記測位衛星の前記測位手段に対する仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成する擬似距離補正値補正処理と、衛星異常検出手段が、前記擬似距離補正値補正手段で生成された前記各検定統計量を用いて前記各測位衛星の異常の有無を検出する衛星異常検出処理とを行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の構成によれば、各測位衛星の異常の有無を高精度で検出する地上補強型衛星航法システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施形態である地上補強型衛星航法システムの要部の電気的構成及び同システムが用いられる環境を模式的に示すブロック図である。
【図２】図１中の基準局２０の動作を説明するフローチャートである。
【図３】擬似距離補正値が正規分布に近付くように補正された状態の例を示す図である。
【図４】擬似距離補正値の補正前及び補正後の状態の例を示す図である。
【図５】擬似距離補正値の補正前及び補正後の検定統計量のヒストグラムの例を示す図である。
【図６】関連する地上補強型衛星航法システムの問題点を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上記擬似距離補正値補正手段（擬似距離補正値補正部）は、上記擬似距離補正値を上記電離層傾斜係数で除して上記検定統計量とする構成とされている地上補強型衛星航法システムを実現する。
【００１７】
また、上記電離層傾斜係数は、
電離層傾斜係数Ｆpp（Ｅｌ）
＝［１−｛Ｒe ｃｏｓＥｌ／（Ｒe ＋ｈI ）｝2 ］-1/2
ただし、
Ｅｌ；衛星仰角
Ｒe ；地球赤道半径
ｈI ；電離層高度
として定義される。
【００１８】
また、上記衛星異常検出手段（インテグリティモニタ）は、上記各検定統計量に基づいて上記擬似距離補正値の正規分布の平均値及び標準偏差を求め、上記平均値及び標準偏差に基づいて、上記測位衛星の異常を判定するための閾値を設定する構成とされている。また、上記衛星異常検出手段（インテグリティモニタ）は、上記平均値及び標準偏差に基づいて、上記測位衛星の異常検出の失敗の確率を見積もる構成とされている。
【実施形態】
【００１９】
図１は、この発明の一実施形態である地上補強型衛星航法システムの要部の電気的構成及び同システムが用いられる環境を模式的に示すブロック図である。
この形態の環境では、同図に示すように、ＧＰＳ衛星１０，１０，…，１０と基準局２０とが無線接続されている。この基準局２０により、地上補強型衛星航法システムが構成されている。基準局２０は、空港などの所定の位置に設置され、ＧＰＳアンテナ２１と、ＧＰＳ受信機２２と、データ処理装置２３とを備えている。ＧＰＳ受信機２２は、ＧＰＳ衛星１０から放送される各信号電波をＧＰＳアンテナ２１を介して受信する。
【００２０】
データ処理装置２３は、ＧＰＳ受信機２２により受信された上記各信号電波に含まれる、ＧＰＳ衛星１０の軌道を示すエフェメリス情報に基づいて、各ＧＰＳ衛星１０毎にＧＰＳアンテナ２１との間の第１の擬似距離を計算すると共に、上記各信号電波に含まれるＧＰＳ衛星１０の測位信号に基づいて、各ＧＰＳ衛星１０毎にＧＰＳ受信機２２との間の第２の擬似距離を計算し、上記各第１の擬似距離と上記各第２の擬似距離との差分をＧＰＳ衛星１０毎に計算して各差分に基づく各擬似距離補正値（Pseudo Range Correction 、ＰＲＣ）を生成する。特に、この実施形態では、データ処理装置２３は、擬似距離補正値補正部２３ａと、インテグリティモニタ２３ｂとを有している。
【００２１】
擬似距離補正値補正部２３ａは、上記各信号電波の測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、同測位信号に対応した擬似距離補正値（ＰＲＣ）に対して、対応するＧＰＳ衛星１０のＧＰＳアンテナ２１に対する仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成する。この場合、擬似距離補正値補正部２３ａは、擬似距離補正値（ＰＲＣ）を上記電離層傾斜係数で除した値を上記検定統計量とする。上記電離層傾斜係数は、次式（１）で定義される。なお、この電離層傾斜係数は、非特許文献１に記載されている。
電離層傾斜係数Ｆpp（Ｅｌ）
＝［１−｛Ｒe ｃｏｓＥｌ／（Ｒe ＋ｈI ）｝2 ］-1/2 ・・・（１）
ただし、
Ｅｌ；衛星仰角
Ｒe ；地球赤道半径
ｈI ；電離層高度
【００２２】
インテグリティモニタ２３ｂは、擬似距離補正値補正部２３ａで生成された各検定統計量を用いてＧＰＳ衛星１０の異常の有無を検出する。この場合、インテグリティモニタ２３ｂは、上記各検定統計量に基づいて上記擬似距離補正値（ＰＲＣ）の正規分布の平均値及び標準偏差を求め、同平均値及び標準偏差に基づいて、ＧＰＳ衛星１０の異常を判定するための閾値を設定する。この場合、閾値は、擬似距離補正値の正規分布のグラフに基づいて、上記平均値及び標準偏差が含まれる領域から外れる値に設定される。また、インテグリティモニタ２３ｂは、上記平均値及び標準偏差に基づいて、ＧＰＳ衛星１０の異常検出の失敗の確率を見積もる。この場合、異常検出の失敗の確率は、擬似距離補正値のサンプル数の総数に対し、上記設定された閾値以上の擬似距離補正値のサンプル数の占める割合を求めることにより算出される。この地上補強型衛星航法システムは、衛星異常検出プログラムに基づいて動作するコンピュータで構成されている。
【００２３】
図２は、図１中の基準局２０の動作を説明するフローチャート、図３は、擬似距離補正値が正規分布に近付くように補正された状態の例を示す図、図４は、擬似距離補正値の補正前及び補正後の状態の例を示す図、及び図５が、擬似距離補正値の補正前及び補正後の検定統計量のヒストグラムの例を示す図である。
これらの図を参照して、この形態の地上補強型衛星航法システムに用いられる衛星異常検出方法の処理内容について説明する。
この地上補強型衛星航法システムでは、図２に示すように、測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）から放送される各信号電波が測位手段（ＧＰＳアンテナ２１、ＧＰＳ受信機２２）で受信される（ステップＡ１）。擬似距離補正値生成手段（データ処理装置２３）により、測位手段（ＧＰＳアンテナ２１、ＧＰＳ受信機２２）により受信された各信号電波に含まれるデータが収集及び解析され（ステップＡ２）、同各信号電波に含まれるエフェメリス情報に基づいて、各測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）毎に測位手段（ＧＰＳアンテナ２１、ＧＰＳ受信機２２）との間の第１の擬似距離が計算され（ステップＡ３）、また、上記各信号電波に含まれる各測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）の測位信号に基づいて、各測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）毎に測位手段（ＧＰＳアンテナ２１、ＧＰＳ受信機２２）との間の第２の擬似距離が計算される（ステップＡ４）。そして、上記各第１の擬似距離と上記各第２の擬似距離との差分が各測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）毎に計算されて各差分に基づく各擬似距離補正値が生成される（ステップＡ５）。
【００２４】
さらに、各測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、擬似距離補正値補正手段（擬似距離補正値補正部２３ａ）により、同測位信号に対応した上記擬似距離補正値に対して、対応する測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）の測位手段（ＧＰＳアンテナ２１、ＧＰＳ受信機２２）に対する仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成される（擬似距離補正値補正処理、ステップＡ６）。上記擬似距離補正値補正処理では、擬似距離補正値補正手段（擬似距離補正値補正部２３ａ）により、擬似距離補正値を上記電離層傾斜係数で除して検定統計量とされる。電離層傾斜係数は、上記式（１）で定義される。
【００２５】
そして、衛星異常検出手段（インテグリティモニタ２３ｂ）により、擬似距離補正値補正手段（擬似距離補正値補正部２３ａ）で生成された各検定統計量を用いて各測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）の異常の有無が検出される（衛星異常検出処理、ステップＡ７）。上記衛星異常検出処理では、衛星異常検出手段（インテグリティモニタ２３ｂ）により、上記各検定統計量に基づいて擬似距離補正値の正規分布の平均値及び標準偏差が求められ、同平均値及び標準偏差に基づいて、測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）の異常を判定するための閾値が設定される。また、衛星異常検出処理では、衛星異常検出手段（インテグリティモニタ２３ｂ）により、上記平均値及び標準偏差に基づいて、測位衛星（ＧＰＳ衛星１０）の異常検出の失敗の確率が見積もられる。
【００２６】
図３及び図４では、縦軸にサンプル数、及び横軸に擬似距離補正値がとられている。擬似距離補正値補正部２３ａでは、図３に示すように、擬似距離補正値が正規分布に近付くように補正され、ＧＰＳ衛星１０との距離の観測値が正しい可能性がある確率を求めるための閾値の設定が容易となり、インテグリティモニタ２３ｂによるＧＰＳ衛星１０の異常検出の精度が高められる。また、擬似距離補正値の補正前の状態でインテグリティモニタ２３ｂによるＧＰＳ衛星１０の異常検出を行う場合、図４に示すように、擬似距離補正値の補正前の正規分布のグラフ上で閾値を設定することにより、ＧＰＳ衛星１０の異常を検出する領域は、補正前の閾値の左側の部分となる。このとき、実際の擬似距離補正値の分布が補正後の正規分布のグラフとなる場合、領域Ｂ内にある擬似距離補正値は、補正後の閾値内にあるため、インテグリティモニタ２３ｂにより正しい結果が得られるが、補正前のグラフでは閾値外となるため、インテグリティモニタ２３ｂがＧＰＳ衛星１０の異常と見なしてしまい、ＧＰＳ衛星１０の異常検出の失敗となる。このように、インテグリティモニタ２３ｂでは、補正を行った正規分布のグラフを用いることにより、ＧＰＳ衛星１０の異常検出の失敗の確率を正しく見積もることが可能となる。
【００２７】
図５（ａ），（ｂ）では、縦軸にサンプル数、及び横軸に擬似距離補正値（単位；ｍ）がとられている。縦軸のサンプル数の合計は、たとえば数千乃至一万である。擬似距離補正値の補正前の検定統計量のヒストグラムは、図５（ａ）に示すように、擬似距離補正値の“０”を基準として左右非対称となり、電離層における信号電波の遅延の影響が表れている。また、擬似距離補正値の補正後の検定統計量のヒストグラムは、図５（ｂ）に示すように、擬似距離補正値の“０”を基準として略左右対称となり、電離層における信号電波の遅延の影響を受けていない。このように、インテグリティモニタ２３ｂによるＧＰＳ衛星１０の異常検出のための擬似距離補正値の閾値が容易に設定され、検出失敗の確率も正しく見積もることが可能になっていることがわかる。
【００２８】
以上のように、この実施形態では、各ＧＰＳ衛星１０の測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、擬似距離補正値補正部２３ａにより、同測位信号に対応した擬似距離補正値に対して、対応するＧＰＳ衛星１０の仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成され、インテグリティモニタ２３ｂにより、各検定統計量に基づいて擬似距離補正値の正規分布の平均値及び標準偏差が求められ、同平均値及び標準偏差に基づいて、ＧＰＳ衛星１０の異常を判定するための閾値が設定されるので、この地上補強型衛星航法システムの継続性が向上する。また、インテグリティモニタ２３ｂにより、上記平均値及び標準偏差に基づいて、ＧＰＳ衛星１０の異常検出の失敗の確率が見積もられるので、この地上補強型衛星航法システムの安全性が向上する。これにより、空港周辺の所定距離内の空域で航空機の進入着陸誘導を高精度で行うことができる。
【００２９】
以上、この発明の実施形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成は同実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても、この発明に含まれる。
たとえば、測位衛星は、ＧＰＳ衛星１０，１０，…，１０に限定されず、たとえば、ヨーロッパで計画されている「Ｇａｌｉｌｅｏ」や、日本で計画されている「準天頂衛星」が実用化されたとき、これらを用いても良い。
【００３０】
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、以下には限定されない。
【００３１】
（付記１）所定数の測位衛星から放送される各信号電波を受信する測位手段と、該測位手段により受信された前記各信号電波に含まれるエフェメリス情報に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第１の擬似距離を計算すると共に、前記各信号電波に含まれる前記各測位衛星の測位信号に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第２の擬似距離を計算し、前記各第１の擬似距離と前記各第２の擬似距離との差分を前記各測位衛星毎に計算して前記各差分に基づく各擬似距離補正値を生成する擬似距離補正値生成手段とを有する地上補強型衛星航法システムであって、前記各信号電波の測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、該測位信号に対応した前記擬似距離補正値に対して、対応する前記測位衛星の前記測位手段に対する仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成する擬似距離補正値補正手段と、該擬似距離補正値補正手段で生成された前記各検定統計量を用いて前記各測位衛星の異常の有無を検出する衛星異常検出手段とを備えてなる地上補強型衛星航法システム。
【００３２】
（付記２）前記擬似距離補正値補正手段は、前記擬似距離補正値を前記電離層傾斜係数で除して前記検定統計量とする構成とされている付記１記載の地上補強型衛星航法システム。
【００３３】
（付記３）前記電離層傾斜係数は、
電離層傾斜係数Ｆpp（Ｅｌ）
＝［１−｛Ｒe ｃｏｓＥｌ／（Ｒe ＋ｈI ）｝2 ］-1/2
ただし、
Ｅｌ；衛星仰角
Ｒe ；地球赤道半径
ｈI ；電離層高度
として定義される付記１又は２記載の地上補強型衛星航法システム。
【００３４】
（付記４）前記衛星異常検出手段は、前記各検定統計量に基づいて前記擬似距離補正値の正規分布の平均値及び標準偏差を求め、前記平均値及び標準偏差に基づいて、前記測位衛星の異常を判定するための閾値を設定する構成とされている付記１、２又は３記載の地上補強型衛星航法システム。
【００３５】
（付記５）前記衛星異常検出手段は、前記平均値及び標準偏差に基づいて、前記測位衛星の異常検出の失敗の確率を見積もる構成とされている付記４記載の地上補強型衛星航法システム。
【００３６】
（付記６）所定数の測位衛星から放送される各信号電波を受信する測位手段と、該測位手段により受信された前記各信号電波に含まれるエフェメリス情報に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第１の擬似距離を計算すると共に、前記各信号電波に含まれる前記各測位衛星の測位信号に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第２の擬似距離を計算し、前記各第１の擬似距離と前記各第２の擬似距離との差分を前記各測位衛星毎に計算して前記各差分に基づく各擬似距離補正値を生成する擬似距離補正値生成手段とを有する地上補強型衛星航法システムに用いられる衛星異常検出方法であって、前記各信号電波の測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、擬似距離補正値補正手段が、該測位信号に対応した前記擬似距離補正値に対して、対応する前記測位衛星の前記測位手段に対する仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成する擬似距離補正値補正処理と、衛星異常検出手段が、前記擬似距離補正値補正手段で生成された前記各検定統計量を用いて前記各測位衛星の異常の有無を検出する衛星異常検出処理とを行う衛星異常検出方法。
【００３７】
（付記７）前記擬似距離補正値補正処理では、前記擬似距離補正値補正手段が、前記擬似距離補正値を前記電離層傾斜係数で除して前記検定統計量とする付記６記載の衛星異常検出方法。
【００３８】
（付記８）前記電離層傾斜係数を、
電離層傾斜係数Ｆpp（Ｅｌ）
＝［１−｛Ｒe ｃｏｓＥｌ／（Ｒe ＋ｈI ）｝2 ］-1/2
ただし、
Ｅｌ；衛星仰角
Ｒe ；地球赤道半径
ｈI ；電離層高度
として定義する付記６又は７記載の衛星異常検出方法。
【００３９】
（付記９）前記衛星異常検出処理では、前記衛星異常検出手段が、前記各検定統計量に基づいて前記擬似距離補正値の正規分布の平均値及び標準偏差を求め、前記平均値及び標準偏差に基づいて、前記測位衛星の異常を判定するための閾値を設定する付記６、７又は８記載の衛星異常検出方法。
【００４０】
（付記１０）前記衛星異常検出処理では、前記衛星異常検出手段が、前記平均値及び標準偏差に基づいて、前記測位衛星の異常検出の失敗の確率を見積もる付記９記載の衛星異常検出方法。
【００４１】
（付記１１）コンピュータを、付記１乃至５のいずれか一に記載の地上補強型衛星航法システムとして機能させる衛星異常検出プログラム。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
この発明は、空港周辺の所定距離内の空域で航空機の進入着陸誘導を行う地上補強型衛星航法システム全般に適用でき、また、船舶等に対する誘導を行うシステムにも適用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１０，１０，…，１０ ＧＰＳ衛星（測位衛星）
２０ 基準局（地上補強型衛星航法システム）
２１ ＧＰＳアンテナ（測位手段の一部）
２２ ＧＰＳ受信機（測位手段の一部）
２３ データ処理装置（擬似距離補正値生成手段）
２３ａ 擬似距離補正値補正部（擬似距離補正値補正手段）
２３ｂ インテグリティモニタ（衛星異常検出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定数の測位衛星から放送される各信号電波を受信する測位手段と、
該測位手段により受信された前記各信号電波に含まれるエフェメリス情報に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第１の擬似距離を計算すると共に、前記各信号電波に含まれる前記各測位衛星の測位信号に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第２の擬似距離を計算し、前記各第１の擬似距離と前記各第２の擬似距離との差分を前記各測位衛星毎に計算して前記各差分に基づく各擬似距離補正値を生成する擬似距離補正値生成手段とを有する地上補強型衛星航法システムであって、
前記各信号電波の測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、該測位信号に対応した前記擬似距離補正値に対して、対応する前記測位衛星の前記測位手段に対する仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成する擬似距離補正値補正手段と、
該擬似距離補正値補正手段で生成された前記各検定統計量を用いて前記各測位衛星の異常の有無を検出する衛星異常検出手段とを備えてなることを特徴とする地上補強型衛星航法システム。
【請求項２】
前記擬似距離補正値補正手段は、
前記擬似距離補正値を前記電離層傾斜係数で除して前記検定統計量とする構成とされていることを特徴とする請求項１記載の地上補強型衛星航法システム。
【請求項３】
前記電離層傾斜係数は、
電離層傾斜係数Ｆpp（Ｅｌ）
＝［１−｛Ｒe ｃｏｓＥｌ／（Ｒe ＋ｈI ）｝2 ］-1/2
ただし、
Ｅｌ；衛星仰角
Ｒe ；地球赤道半径
ｈI ；電離層高度
として定義されることを特徴とする請求項１又は２記載の地上補強型衛星航法システム。
【請求項４】
前記衛星異常検出手段は、
前記各検定統計量に基づいて前記擬似距離補正値の正規分布の平均値及び標準偏差を求め、前記平均値及び標準偏差に基づいて、前記測位衛星の異常を判定するための閾値を設定する構成とされていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の地上補強型衛星航法システム。
【請求項５】
前記衛星異常検出手段は、
前記平均値及び標準偏差に基づいて、前記測位衛星の異常検出の失敗の確率を見積もる構成とされていることを特徴とする請求項４記載の地上補強型衛星航法システム。
【請求項６】
所定数の測位衛星から放送される各信号電波を受信する測位手段と、
該測位手段により受信された前記各信号電波に含まれるエフェメリス情報に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第１の擬似距離を計算すると共に、前記各信号電波に含まれる前記各測位衛星の測位信号に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第２の擬似距離を計算し、前記各第１の擬似距離と前記各第２の擬似距離との差分を前記各測位衛星毎に計算して前記各差分に基づく各擬似距離補正値を生成する擬似距離補正値生成手段とを有する地上補強型衛星航法システムに用いられる衛星異常検出方法であって、
前記各信号電波の測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、擬似距離補正値補正手段が、該測位信号に対応した前記擬似距離補正値に対して、対応する前記測位衛星の前記測位手段に対する仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成する擬似距離補正値補正処理と、
衛星異常検出手段が、前記擬似距離補正値補正手段で生成された前記各検定統計量を用いて前記各測位衛星の異常の有無を検出する衛星異常検出処理とを行うことを特徴とする衛星異常検出方法。
【請求項７】
前記擬似距離補正値補正処理では、
前記擬似距離補正値補正手段が、前記擬似距離補正値を前記電離層傾斜係数で除して前記検定統計量とすることを特徴とする請求項６記載の衛星異常検出方法。
【請求項８】
前記電離層傾斜係数を、
電離層傾斜係数Ｆpp（Ｅｌ）
＝［１−｛Ｒe ｃｏｓＥｌ／（Ｒe ＋ｈI ）｝2 ］-1/2
ただし、
Ｅｌ；衛星仰角
Ｒe ；地球赤道半径
ｈI ；電離層高度
として定義することを特徴とする請求項６又は７記載の衛星異常検出方法。
【請求項９】
前記衛星異常検出処理では、
前記衛星異常検出手段が、前記各検定統計量に基づいて前記擬似距離補正値の正規分布の平均値及び標準偏差を求め、前記平均値及び標準偏差に基づいて、前記測位衛星の異常を判定するための閾値を設定することを特徴とする請求項６、７又は８記載の衛星異常検出方法。
【請求項１０】
前記衛星異常検出処理では、
前記衛星異常検出手段が、前記平均値及び標準偏差に基づいて、前記測位衛星の異常検出の失敗の確率を見積もることを特徴とする請求項９記載の衛星異常検出方法。
【請求項１】
所定数の測位衛星から放送される各信号電波を受信する測位手段と、
該測位手段により受信された前記各信号電波に含まれるエフェメリス情報に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第１の擬似距離を計算すると共に、前記各信号電波に含まれる前記各測位衛星の測位信号に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第２の擬似距離を計算し、前記各第１の擬似距離と前記各第２の擬似距離との差分を前記各測位衛星毎に計算して前記各差分に基づく各擬似距離補正値を生成する擬似距離補正値生成手段とを有する地上補強型衛星航法システムであって、
前記各信号電波の測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、該測位信号に対応した前記擬似距離補正値に対して、対応する前記測位衛星の前記測位手段に対する仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成する擬似距離補正値補正手段と、
該擬似距離補正値補正手段で生成された前記各検定統計量を用いて前記各測位衛星の異常の有無を検出する衛星異常検出手段とを備えてなることを特徴とする地上補強型衛星航法システム。
【請求項２】
前記擬似距離補正値補正手段は、
前記擬似距離補正値を前記電離層傾斜係数で除して前記検定統計量とする構成とされていることを特徴とする請求項１記載の地上補強型衛星航法システム。
【請求項３】
前記電離層傾斜係数は、
電離層傾斜係数Ｆpp（Ｅｌ）
＝［１−｛Ｒe ｃｏｓＥｌ／（Ｒe ＋ｈI ）｝2 ］-1/2
ただし、
Ｅｌ；衛星仰角
Ｒe ；地球赤道半径
ｈI ；電離層高度
として定義されることを特徴とする請求項１又は２記載の地上補強型衛星航法システム。
【請求項４】
前記衛星異常検出手段は、
前記各検定統計量に基づいて前記擬似距離補正値の正規分布の平均値及び標準偏差を求め、前記平均値及び標準偏差に基づいて、前記測位衛星の異常を判定するための閾値を設定する構成とされていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の地上補強型衛星航法システム。
【請求項５】
前記衛星異常検出手段は、
前記平均値及び標準偏差に基づいて、前記測位衛星の異常検出の失敗の確率を見積もる構成とされていることを特徴とする請求項４記載の地上補強型衛星航法システム。
【請求項６】
所定数の測位衛星から放送される各信号電波を受信する測位手段と、
該測位手段により受信された前記各信号電波に含まれるエフェメリス情報に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第１の擬似距離を計算すると共に、前記各信号電波に含まれる前記各測位衛星の測位信号に基づいて、前記各測位衛星毎に前記測位手段との間の第２の擬似距離を計算し、前記各第１の擬似距離と前記各第２の擬似距離との差分を前記各測位衛星毎に計算して前記各差分に基づく各擬似距離補正値を生成する擬似距離補正値生成手段とを有する地上補強型衛星航法システムに用いられる衛星異常検出方法であって、
前記各信号電波の測位信号のうちで、傾斜した電離層を越えて伝搬する測位信号があるとき、擬似距離補正値補正手段が、該測位信号に対応した前記擬似距離補正値に対して、対応する前記測位衛星の前記測位手段に対する仰角の関数で表される電離層傾斜係数を用いて正規分布に近付くように補正して各検定統計量として生成する擬似距離補正値補正処理と、
衛星異常検出手段が、前記擬似距離補正値補正手段で生成された前記各検定統計量を用いて前記各測位衛星の異常の有無を検出する衛星異常検出処理とを行うことを特徴とする衛星異常検出方法。
【請求項７】
前記擬似距離補正値補正処理では、
前記擬似距離補正値補正手段が、前記擬似距離補正値を前記電離層傾斜係数で除して前記検定統計量とすることを特徴とする請求項６記載の衛星異常検出方法。
【請求項８】
前記電離層傾斜係数を、
電離層傾斜係数Ｆpp（Ｅｌ）
＝［１−｛Ｒe ｃｏｓＥｌ／（Ｒe ＋ｈI ）｝2 ］-1/2
ただし、
Ｅｌ；衛星仰角
Ｒe ；地球赤道半径
ｈI ；電離層高度
として定義することを特徴とする請求項６又は７記載の衛星異常検出方法。
【請求項９】
前記衛星異常検出処理では、
前記衛星異常検出手段が、前記各検定統計量に基づいて前記擬似距離補正値の正規分布の平均値及び標準偏差を求め、前記平均値及び標準偏差に基づいて、前記測位衛星の異常を判定するための閾値を設定することを特徴とする請求項６、７又は８記載の衛星異常検出方法。
【請求項１０】
前記衛星異常検出処理では、
前記衛星異常検出手段が、前記平均値及び標準偏差に基づいて、前記測位衛星の異常検出の失敗の確率を見積もることを特徴とする請求項９記載の衛星異常検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２４２２９６（Ｐ２０１１−２４２２９６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１５６２３（Ｐ２０１０−１１５６２３）
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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