特許 6288745 ＧＮＳＳを用いて航法を行う機能を有する航空機の航法性能の推定方法及び推定装置、並びに航空機の航空性能の劣化を検出する方法及び航空機の航法性能の監視装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6288745

(24)【登録日】2018年2月16日

(45)【発行日】2018年3月7日

(54)【発明の名称】ＧＮＳＳを用いて航法を行う機能を有する航空機の航法性能の推定方法及び推定装置、並びに航空機の航空性能の劣化を検出する方法及び航空機の航法性能の監視装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 19/15 20100101AFI20180226BHJP

   G01S 19/21 20100101ALI20180226BHJP

   G01S 19/23 20100101ALI20180226BHJP

   B64F 1/00 20060101ALI20180226BHJP

   B64C 13/20 20060101ALI20180226BHJP

   G08G 5/00 20060101ALI20180226BHJP

【ＦＩ】

   G01S19/15

   G01S19/21

   G01S19/23

   B64F1/00 Z

   B64C13/20 C

   G08G5/00 A

【請求項の数】16

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2017-76750(P2017-76750)

(22)【出願日】2017年4月7日

【審査請求日】2017年4月27日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２８年１１月２日，「２０１６年ＫＧＳ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ予稿集」第１４７頁〜第１５１頁に発表

(73)【特許権者】

【識別番号】501204525

【氏名又は名称】国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100081042

【弁理士】

【氏名又は名称】功力 妙子

(72)【発明者】

【氏名】麻生 貴広

【審査官】 ▲高▼場 正光

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第９４０５００５（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 国際公開第２００７／０８６８９９（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１２０１８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−１４３２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９１３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２５９１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ １９／００ − Ｇ０１Ｓ １９／５５

Ｇ０８Ｇ １／００ − Ｇ０８Ｇ ９９／００

Ｂ６４Ｃ １／００ − Ｂ６４Ｃ ９９／００

Ｂ６４Ｄ １／００ − Ｂ６４Ｄ ４７／０８

Ｂ６４Ｆ １／００ − Ｂ６４Ｆ ５／６０

Ｇ０１Ｃ ２１／００ − Ｇ０１Ｃ ２１／３６

Ｇ０１Ｃ ２３／００ − Ｇ０１Ｃ ２５／００

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

既知点に設置されるとともに、ＧＮＳＳ衛星から送信されるＧＮＳＳ情報を受信する複数のＧＮＳＳモニタ局と、
これら複数のＧＮＳＳモニタ局で受信したＧＮＳＳ情報を集約し、各ＧＮＳＳ情報を比較するとともに、この集約したＧＮＳＳ情報から広域における正常なＧＮＳＳ情報を作成するＧＮＳＳマスタ局と、
少なくとも前記ＧＮＳＳモニタ局と前記ＧＮＳＳマスタ局を結ぶネットワークとからなる衛星航法システムにおいて、
航空機は、航法にＧＮＳＳを用いるとともに、少なくとも航空機の航法性能を表す情報と位置情報（座標、高度）とを送信する応答装置を有し、
この航空機から送信される航空機の位置情報（座標、高度）を、既知点に設置された航空機モニタ局で受信し、
この航空機モニタ局で受信した航空機の位置情報（座標、高度）と、前記ＧＮＳＳマスタ局で作成した広域における正常なＧＮＳＳ情報とを、前記ネットワークを介して航空機航法性能推定マスタ局に送信し、
この航空機航法性能推定マスタ局では、前記広域における正常なＧＮＳＳ情報を用いて、前記航空機の位置に対応したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を算出するとともに、この算出したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を用いて航法性能の推定値を算出することにより、航空機の正常な航法性能を表す情報を推定すること
を特徴とする航空機の航法性能の推定方法。

【請求項2】

前記航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と位置情報（座標、高度）は、二次監視レーダのモードＳ質問への応答あるいはＡＤＳ−Ｂ情報から取得する情報であること
を特徴とする請求項１に記載の航空機の航法性能の推定方法。

【請求項3】

前記航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と推定した前記航空機の正常な航法性能を表す情報（航法性能の推定値）は、ＮＩＣデータを指標として用いたこと
を特徴とする請求項２に記載の航空機の航法性能の推定方法。

【請求項4】

既知点に設置されるとともに、ＧＮＳＳ衛星から送信されるＧＮＳＳ情報を受信する複数のＧＮＳＳモニタ局と、
これら複数のＧＮＳＳモニタ局で受信したＧＮＳＳ情報を集約し、各ＧＮＳＳ情報を比較するとともに、この集約したＧＮＳＳ情報から広域における正常なＧＮＳＳ情報を作成するＧＮＳＳマスタ局と、
少なくとも前記ＧＮＳＳモニタ局と前記ＧＮＳＳマスタ局を結ぶネットワークとからなる衛星航法システムにおいて、
航空機は、ＧＮＳＳを用いて航法を行う機能を備えているとともに、少なくとも航空機の航法性能を表す情報と位置情報（座標、高度）とを送信する機能とを有する応答装置を備え、
既知点に設置されるとともに、前記航空機から送信される前記位置情報（座標、高度）を受信する機能を有する航空機モニタ局と、
この航空機モニタ局で受信した航空機の位置情報（座標、高度）と、前記ＧＮＳＳマスタ局で作成した広域における正常なＧＮＳＳ情報とを前記ネットワークを介して受信する機能と、前記広域における正常なＧＮＳＳ情報を用いて、前記航空機の位置に対応したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を算出する機能と、この算出したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を用いて航法性能の推定値を算出する機能と、この算出した航法性能の推定値により、航空機の正常な航法性能を表す情報を推定する機能とを有する航空機航法性能推定マスタ局と
を有することを特徴とする航空機の航法性能の推定装置。

【請求項5】

前記航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と位置情報（座標、高度）は、二次監視レーダのモードＳ質問への応答あるいはＡＤＳ−Ｂ情報から取得する情報であること
を特徴とする請求項４に記載の航空機の航法性能の推定装置。

【請求項6】

前記航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と推定した前記航空機の正常な航法性能を表す情報（航法性能の推定値）は、ＮＩＣデータを指標として用いたこと
を特徴とする請求項５に記載の航空機の航法性能の推定装置。

【請求項7】

既知点に設置されるとともに、ＧＮＳＳ衛星から送信されるＧＮＳＳ情報を受信する複数のＧＮＳＳモニタ局と、
これら複数のＧＮＳＳモニタ局で受信したＧＮＳＳ情報を集約し、各ＧＮＳＳ情報を比較するとともに、この集約したＧＮＳＳ情報から広域における正常なＧＮＳＳ情報を作成するＧＮＳＳマスタ局と、
少なくとも前記ＧＮＳＳモニタ局と前記ＧＮＳＳマスタ局を結ぶネットワークとからなる衛星航法システムにおいて、
航空機は、航法にＧＮＳＳを用いるとともに、少なくとも航空機の航法性能を表す情報と位置情報（座標、高度）とを送信する応答装置を有し、
この航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報と位置情報（座標、高度）を、既知点に設置された航空機モニタ局で受信し、
この航空機モニタ局で受信した航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と位置情報（座標、高度）と、前記ＧＮＳＳマスタ局で作成した広域における正常なＧＮＳＳ情報とを、前記ネットワークを介して航空機航法性能推定マスタ局に送信し、
この航空機航法性能推定マスタ局では、前記広域における正常なＧＮＳＳ情報を用いて、前記航空機の位置に対応したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を算出するとともに、この算出したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を用いて航法性能の推定値を算出することにより、航空機の正常な航法性能を表す情報を推定し、
前記航空機航法性能推定マスタ局で推定した航空機の正常な航法性能を表す情報である航法性能の推定値と、前記航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報である航法性能の実際値とを比較するとともに、航法性能の推定値と航法性能の実際値とをそれぞれ判定し、
前記航法性能の推定値と前記航法性能の実際値とが相違するとともに、判定した前記航法性能の推定値が正常で、且つ、判定した前記航法性能の実際値が異常の場合、前記航空機の航法性能の劣化と検出すること
を特徴とする航空機の航法性能の劣化を検出する方法。

【請求項8】

前記航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と位置情報（座標、高度）は、二次監視レーダのモードＳ質問への応答あるいはＡＤＳ−Ｂ情報から取得する情報であること
を特徴とする請求項７に記載の航空機の航法性能の劣化を検出する方法。

【請求項9】

前記航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と推定した前記航空機の正常な航法性能を表す情報（航法性能の推定値）は、ＮＩＣデータを指標として用い、
前記航空機から送信されるＮＩＣデータをＮＩＣデータ実際値とし、
前記広域における正常なＧＮＳＳ情報から、前記航空機の位置に対応した航空機の水平方向の保護レベル（ＨＰＬ）データを求め、
この保護レベル（ＨＰＬ）データをＮＩＣデータに換算して、これを前記航空機の正常なＮＩＣデータ推定値とし、
このＮＩＣデータ推定値と前記ＮＩＣデータ実際値とを比較するとともに、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値とをそれぞれ判定し、
前記ＮＩＣデータ推定値と前記ＮＩＣデータ実際値とが相違するとともに、判定した前記航空機のＮＩＣデータ推定値が正常で、且つ、判定した前記ＮＩＣデータ実際値が異常の場合、前記航空機の航法性能の劣化と検出すること
を特徴とする請求項７〜請求項８の何れかに記載のＧＮＳＳを用いた航空機の航法性能の劣化を検出する方法。

【請求項10】

前記ＮＩＣデータは、前記航空機が飛行する経路または空域ごとに指定されるとともに、要求されるＲＮＰ値を満たす場合を正常、満たさない場合を異常と判定されること
を特徴とする請求項９に記載のＧＮＳＳを用いた航空機の航法性能の劣化を検出する方法。

【請求項11】

前記ＮＩＣデータ推定値と前記ＮＩＣデータ実際値とがいずれも正常と判定された場合であっても、前記ＮＩＣデータ推定値と前記ＮＩＣデータ実際値との差が２以上である場合、又は、前記ＮＩＣデータ推定値と前記ＮＩＣデータ実際値との差が１であるが瞬間的な差異に収まらない場合には、前記航空機の航法性能の劣化と検出すること
を特徴とする請求項９〜請求項１０の何れかに記載のＧＮＳＳを用いた航空機の航法性能の劣化を検出する方法。

【請求項12】

既知点に設置されるとともに、ＧＮＳＳ衛星から送信されるＧＮＳＳ情報を受信する複数のＧＮＳＳモニタ局と、
これら複数のＧＮＳＳモニタ局で受信したＧＮＳＳ情報を集約し、各ＧＮＳＳ情報を比較するとともに、この集約したＧＮＳＳ情報から広域における正常なＧＮＳＳ情報を作成するＧＮＳＳマスタ局と、
少なくとも前記ＧＮＳＳモニタ局と前記ＧＮＳＳマスタ局を結ぶネットワークとからなる衛星航法システムにおいて、
航空機は、ＧＮＳＳを用いて航法を行う機能を備えているとともに、少なくとも航空機の航法性能を表す情報と位置情報（座標、高度）とを送信する機能とを有する応答装置を備え、
既知点に設置されるとともに、前記航空機から送信される前記航空機の航法性能を表す情報と前記位置情報（座標、高度）を受信する機能を有する航空機モニタ局と、
この航空機モニタ局で受信した航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と位置情報（座標、高度）と前記ＧＮＳＳマスタ局で作成した広域における正常なＧＮＳＳ情報とを受信する機能と、前記ネットワークを介して送信する機能と、前記広域における正常なＧＮＳＳ情報を用いて、前記航空機の位置に対応したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を算出する機能と、この算出したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を用いて航法性能の推定値を算出する機能と、この算出した航法性能の推定値により、航空機の正常な航法性能を表す情報を推定する機能とを有する航空機航法性能推定マスタ局と、
前記航空機航法性能推定マスタ局で推定した航空機の正常な航法性能を表す情報である航法性能の推定値と、前記航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報である航法性能の実際値とを比較する機能と、航法性能の推定値と航法性能の実際値とを判定する機能と、前記航法性能の推定値と前記航法性能の実際値とが相違するとともに、判定した前記航法性能の推定値が正常で、且つ、判定した前記航法性能の実際値が異常の場合、前記航空機の航法性能の劣化と検出する機能とを有する航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局とからなること
を特徴とする航空機の航法性能の監視装置。

【請求項13】

前記航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と位置情報（座標、高度）は、二次監視レーダのモードＳ質問への応答あるいはＡＤＳ−Ｂ情報から取得する情報であること
を特徴とする請求項１２に記載の航空機の航法性能の監視装置。

【請求項14】

前記航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と推定した前記航空機の正常な航法性能を表す情報（航法性能の推定値）は、ＮＩＣデータを指標として用い、
前記航空機から送信されるＮＩＣデータをＮＩＣデータ実際値とし、
前記航空機航法性能推定マスタ局は、前記広域における正常なＧＮＳＳ情報から、前記航空機の位置に対応した航空機の水平方向の保護レベル（ＨＰＬ）データを求める機能と、この保護レベル（ＨＰＬ）データをＮＩＣデータに換算する機能と、ＮＩＣデータに換算することにより、前記航空機の正常なＮＩＣデータ推定値を算出する機能とを有し、
前記航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局は、前記ＮＩＣデータ推定値と前記ＮＩＣデータ実際値とを比較する機能と、前記ＮＩＣデータ推定値と前記ＮＩＣデータ実際値とを判定する機能と、前記ＮＩＣデータ推定値と前記ＮＩＣデータ実際値とが相違するとともに、判定した前記ＮＩＣデータ推定値が正常で、且つ、判定した前記ＮＩＣデータ実際値が異常の場合、前記航空機の航法性能の劣化と検出する機能とを有すること
を特徴とする請求項１２〜請求項１３の何れかに記載の航空機の航法性能の監視装置。

【請求項15】

前記航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局は、前記ＮＩＣデータが、前記航空機が飛行する経路または空域ごとに指定されるとともに、要求されるＲＮＰ値を満たす場合を正常、満たさない場合を異常と判定する機能を有すること
を特徴とする請求項請求項１４に記載の航空機の航法性能の監視装置。

【請求項16】

前記航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局は、前記ＮＩＣデータ推定値と前記ＮＩＣデータ実際値とがいずれも正常と判定した場合であっても、前記ＮＩＣデータ推定値と前記ＮＩＣデータ実際値との差が２以上である場合、又は、前記ＮＩＣデータ推定値と前記ＮＩＣデータ実際値との差が１であるが瞬間的な差異に収まらない場合には、前記航空機の航法性能の劣化と検出する機能を有すること
を特徴とする請求項請求項１４〜請求項１５の何れかに記載の航空機の航法性能の監視装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全地球的衛星航法システム）（以下、ＧＮＳＳと記す）を用いて航法を行う機能を有する航空機の航法性能の推定方法及びその装置、並びに航法性能の劣化を検出する方法及び航法性能の監視装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

衛星航法システムは、人工衛星を用いた測位システムで、地球規模の測位サービスを提供するシステムをＧＮＳＳと言い、一定の地域に対して測位サービスを提供するシステムを、地域的衛星航法システム（Regional Navigation Satellite System：以下、ＲＮＳＳと記す）と言う。そして、ＩＣＡＯ（International Civil Aviation Organization：国際民間航空機関）の定義によれば、ＧＮＳＳとは、航空機の航法に利用可能な性能を持つ衛星航法システムの総称で、広い意味では、米国が開発したＧＰＳ（Global Positioning System）、ロシアが開発したＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）、欧州連合が開発したＧａｌｉｌｅｏ、中国が開発中の北斗（BeiDou Navigation Satellite System）の衛星航法システムの総称である。

【0003】

一方、現時点では、ＲＮＳＳとしては、準天頂衛星システム（Quasi Zenith Satellite System：以下、ＱＺＳＳと記す）とＩＲＮＳＳ（Indian Regional Navigation Satellite System）がある。ＱＺＳＳは、日本が日本周辺（アジア、オセアニア地域）で運用を計画している衛星航法システムであり、ＩＲＮＳＳは、インドが開発中の衛星航法システムである。

【0004】

航空機の航法では、ある空港から離陸した航空機について、航空路を飛行中から目的の空港に着陸した後の地上走行に至るすべての段階における航空機の位置を、管制官が正確に監視して安全な運行を図る必要がある。航空機の増加に伴い、現行の地上からの監視システム（例えば、ＳＳＲ（Secondary Surveillance Rader：二次監視レーダ）等のモードＳ質問応答システム等）を、管制官と機上のパイロットによる協調的な監視システム（モードＳ拡張スキャッタシステム等）に発展させ、両者間で情報を共有可能な監視システムとしてＡＤＳ−Ｂ（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）が提案され、用いられ始めている。なお、現時点においては、日本国内では未だ、ＡＤＳ−Ｂ装備は義務付けられていない。

【0005】

図７に示すように、ＡＤＳ−Ｂとは、航空機６０が、複数のＧＰＳ衛星６１から取得した位置情報を、絶えず放送型データリンク６２を介して自機（航空機６０）の現在の位置と高度を放送するシステムであり、地上の管制施設６３に加えて、周囲を飛行する他機（航空機６０ａ）にも同様の情報を提供することが出来る。このＡＤＳ−Ｂは、現在使用されている航空機監視レーダ（図示せず）と比較して高機能で、且つ高性能であり、すべての空域で適用可能であるため、将来の航空機監視システムとして期待されている。

【0006】

ＡＤＳ−Ｂでは、モードＳと同じ信号を使用して、航空機のカテゴリ情報、対気速度、識別、航空機の旋回、上昇、降下等を知らせる機能がある。又、ＡＤＳ−Ｂが発信している情報（ＡＤＳ−Ｂ情報）としては、航空機のＩＤ番号（モードＳコード）、航空機の位置情報（経度、緯度）、航空機の速度（水平速度、上昇・下降速度）、航空機の高度（ＧＰＳからの情報と気圧高度計情報）、航空機の進行方向、システムの状態、スコークコード（Squawk Code：航空機の識別のためにトランスポンダ（応答装置）に設定する数値で、ＡＴＣコードともいう）がある。このＡＤＳ−Ｂの最大範囲は、通常３７０ｋｍ未満である。なお、ＡＤＳ−Ｂ情報には、航空機の便名及びルート情報は含まれていない。

【0007】

ＡＤＳ−Ｂは、何種類かのデータリンク（ＳＳＲモードＳ等）を介して航空機及び地上設備と交信している。そのため、航空機が自らの監視情報（ＡＤＳ−Ｂが発信している情報）を多数の管制官等に一括送信するので、従来のモードＳ質問応答システムと比較して、電波の利用効率が飛躍的に向上する。従って、高性能の航法装置があれば、高精度且つ高信頼性の監視情報が得られ、電波の有効利用が可能である。さらに、ＡＤＳ−Ｂは、無指向性のアンテナを用いるなど送受信機器は高信頼性のものを安価に実現出来る等の効果がある。一方、監視情報の信頼性や精度は、情報提供者である航空機に依存するという欠点がある。即ち、航空機がＡＤＳ−Ｂ装備をしなければならないという欠点がある。

【0008】

このように、航空機の航法において、ＧＮＳＳの中で、現在最も多く利用されているＧＰＳを例にとり説明すると、複数のＧＰＳ衛星から発信される電磁波（以下、ＧＮＳＳ情報（ＧＰＳ情報）と記す）を同時に受信することにより、そのＧＮＳＳ情報（ＧＰＳ情報）の到達時間から自機（航空機）の位置を求めて航法に使用する衛星航法が主流となっている。

【0009】

しかし、ＧＮＳＳ（ＧＰＳ）を用いた衛星航法では、ＧＰＳ信号が宇宙空間から地上に到達するまでの間に、そのＧＮＳＳ情報（ＧＰＳ情報）の電力が減衰するため、航空機に到達する際には微弱な電力となっている。そのため、ＧＰＳを用いた衛星航法は、電波干渉を受けやすいという欠点がある。このような欠点があるものの、その航法精度は高く、航空機においては高精度な飛行方式が利用可能であるため、燃料効率や飛行時間の短縮が見込まれ、衛星航法の利用が広がっている。

【0010】

しかしながら、衛星航法の現場では、航空機機上においてＧＮＳＳ情報（ＧＰＳ情報）が使用不可となる状況、いわゆる“ＧＮＳＳアウテージ”（“ＧＰＳアウテージ”）が多く報告されるようになってきた。このＧＮＳＳアウテージを引き起こす状況としては、大きく分けて次の２つの状況がある。１つ目は、ＧＮＳＳ情報（ＧＰＳ情報）が受信できない状況、２つ目は、ＧＰＳ等の衛星の配置の劣化が原因で、航空機に搭載されている航空機用ＧＮＳＳ受信機（以下、機上受信機と記す。）が機能を満足しない状況、即ち、例えば機上受信機がＲＡＩＭ（Receiver Autonomous Integrity Monitoring：受信機による完全性の自律的監視）機能を有したＡＢＡＳ（Aircraft-Based Augmentation System）受信機を機上受信機として搭載した航空機の場合、このＲＡＩＭ機能等により、ＧＰＳ等の衛星の配置が悪いために、ＧＮＳＳにより測位して航法を行うには十分な航法精度性能を満足できないと判定される状況である。

【0011】

この２つの状況において、警報を発する機能を備えた機上受信器を搭載した航空機であれば、ＧＮＳＳ情報（ＧＰＳ情報）が受信できない状況では「Loss of GNSS」等のワーニングを発することが多く、ＲＡＩＭ機能により機上受信機が機能を満足しないと判定される状況では「Unable RNP（必要な航法精度要件（ＲＮＰ：Required Navigation Performance）が満たされない時に発せられるワーニング）」等のワーニングを発することが多いので、ＧＮＳＳアウテージの原因をある程度大雑把にではあるが推定することも可能ではある。しかしながら、飛行中の航空機のパイロットが飛行中にその原因を特定するのは困難であるとともに、地上の管制施設等の地上側で原因特定を行うにしても、航空機から見たＧＰＳ衛星の配置や、航空機を取り巻く電波の環境は時々刻々変化するため、後日その原因を特定することは、非常に困難である。

【0012】

なお、航空機がＧＮＳＳ情報（ＧＰＳ情報）を受信できない原因としては、機上受信機自体の故障、ＧＰＳ等の衛星の配置の劣化、電波干渉（ＲＦＩ：Radio Frequency Interference）（妨害波によるものや、電離層による影響、即ち、シンチレーションを含む伝搬路の電波環境）による受信不良等が考えられる。

【0013】

また、航空機を飛行させる際には、通常は飛行前のフライトプラン作成時点で、飛行しようとする日時・場所でＧＮＳＳが使用不可とならないことを予め確認することが求められており、ＲＡＩＭ予測等を実施することで、飛行中にこれらのワーニングが出ないような飛行ルートが事前に策定されている。しかしながら、ＲＡＩＭ予測等を実施したにもかかわらず、意図しない時間・場所でワーニングが発生する場合があり、この原因を探る必要がある。

【0014】

一方、地上の管制施設６３において、現行レーダによる地上監視だけでは航空機６０が“ＧＮＳＳアウテージ”になっていることを認識することが出来ない。従来は、このような事象が発生した場合には、ＧＮＳＳ（ＧＰＳ）を用いた衛星航法からＶＯＲ／ＤＭＥ等の地上航法に変更することで、航法を継続していた。

【0015】

しかしながら、最近、地上航法で用いる航法装置は、縮退の一途を辿っているのに対し、ＧＮＳＳ（ＧＰＳ）を用いた衛星航法への依存が増大してきている。一方、ＧＮＳＳ情報（ＧＰＳ情報）の周波数に隣接する周波数帯には、ＤＭＥ／ＴＡＣＡＮ等の地上航法や携帯電話等のさまざまな信号周波数を有する電波が混在しており、微弱なＧＮＳＳ情報（ＧＰＳ情報）（信号）は、簡単にこれらの信号周波数を有する電波の干渉を受けてしまう状況にある。そのため、“ＧＮＳＳアウテージ”を監視する装置が必要となっている。

【0016】

又、ＩＣＡＯ Ｄｏｃ９８４９「ＧＮＳＳマニュアル」では、ＧＮＳＳのリアルタイムの監視の必要性については記載されているが、コア衛星の監視を主としたもので、航空機を監視することは求めていない。一方、ＩＣＡＯに対し、航空会社からの“ＧＮＳＳアウテージ”の報告はあるが、未だに原因究明は進んでいない状態である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0017】

【特許文献1】特開２０１１−２０３１００号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0018】

このように、ＧＮＳＳを用いた航空機における衛星航法の性能（以下、航法性能と記す）は、地上では確認することができなかった。従って、航空機が“ＧＮＳＳアウテージ”に代表される航法性能の劣化に至ったとしても、ＧＮＳＳ衛星の配置に起因する航法性能の劣化であるのか、又は電波干渉（RFI：Radio Frequency Interference）に起因する性能劣化であるか、機上受信機の故障によるものか判別することは出来ない等の問題があり、その原因究明も進んでいない。このように、航法にＧＮＳＳを用いた航空機の航法性能の劣化が生じた場合、地上の管制機関（地上の管制官等）はその状況を把握することができないため、航空管制における対策が立てられないという問題がある。

【0019】

一方、航法にＧＮＳＳを用いた航空機の航法性能の劣化が生じた場合、その原因が機上受信機の故障による場合には、パイロットが予備の機上受信機に切換えれば良く、この切換状態を地上で監視出来るので、問題はない。

【0020】

しかしながら、航法性能の劣化（“ＧＮＳＳアウテージ”）の原因が、ＧＮＳＳ衛星の配置に起因する性能劣化であるか、あるいは、電波干渉に起因する性能劣化であるかを、航空機側において、特定することは困難であるため、航法性能の劣化の原因を特定することは、重要な課題であった。

【0021】

そして、航法にＧＮＳＳを用いた航空機が、電波干渉の影響を受けているか否かを判断するためには、航空機側においてＧＮＳＳ信号が電波干渉の影響を受けていることを確認する必要があるが、この確認もまた困難であるという問題があった。

【0022】

こうした問題の解決方法として、電波干渉を検出するためのアンテナ及び装置を、各航空機に搭載することが考えられる。しかしながら、可能な限り軽量化を図ろうとしている民間航空機に対して、運航上、直接必要の無い装置を搭載することは現実的ではない。そのため、航空機機上で電波干渉の影響を受けているか否かを直接検出する方法が無いという問題もあった。

【課題を解決するための手段】

【0023】

請求項１に係る発明は、既知点に設置されるとともに、ＧＮＳＳ衛星から送信されるＧＮＳＳ情報を受信する複数のＧＮＳＳモニタ局と、これら複数のＧＮＳＳモニタ局で受信したＧＮＳＳ情報を集約し、各ＧＮＳＳ情報を比較するとともに、この集約したＧＮＳＳ情報から広域における正常なＧＮＳＳ情報を作成するＧＮＳＳマスタ局と、少なくともＧＮＳＳモニタ局とＧＮＳＳマスタ局を結ぶネットワークとからなる衛星航法システムにおいて、航空機は、航法にＧＮＳＳを用いるとともに、少なくとも航空機の航法性能を表す情報と位置情報（座標、高度）とを送信する応答装置を有し、この航空機から送信される航空機の位置情報（座標、高度）を、既知点に設置された航空機モニタ局で受信し、この航空機モニタ局で受信した航空機の位置情報（座標、高度）と、ＧＮＳＳマスタ局で作成した広域における正常なＧＮＳＳ情報とを、ネットワークを介して航空機航法性能推定マスタ局に送信し、この航空機航法性能推定マスタ局では、広域における正常なＧＮＳＳ情報を用いて、航空機の位置に対応したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を算出するとともに、この算出したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を用いて航法性能の推定値を算出することにより、航空機の正常な航法性能を表す情報を推定することを特徴とする航空機の航法性能の推定方法である。

【0024】

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と位置情報（座標、高度）は、二次監視レーダのモードＳ質問への応答あるいはＡＤＳ−Ｂ情報から取得する情報である。

【0025】

請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と推定した航空機の正常な航法性能を表す情報（航法性能の推定値）は、ＮＩＣ（Navigation Integrity Category：ナビゲーション完全性カテゴリ）データを指標として用いたものである。

【0026】

請求項４に係る発明は、既知点に設置されるとともに、ＧＮＳＳ衛星から送信されるＧＮＳＳ情報を受信する複数のＧＮＳＳモニタ局と、これら複数のＧＮＳＳモニタ局で受信したＧＮＳＳ情報を集約し、各ＧＮＳＳ情報を比較するとともに、この集約したＧＮＳＳ情報から広域における正常なＧＮＳＳ情報を作成するＧＮＳＳマスタ局と、少なくともＧＮＳＳモニタ局とＧＮＳＳマスタ局を結ぶネットワークとからなる衛星航法システムにおいて、航空機は、ＧＮＳＳを用いて航法を行う機能を備えているとともに、少なくとも航空機の航法性能を表す情報と位置情報（座標、高度）とを送信する機能とを有する応答装置を備え、既知点に設置されるとともに、航空機から送信される位置情報（座標、高度）を受信する機能を有する航空機モニタ局と、この航空機モニタ局で受信した航空機の位置情報（座標、高度）と、ＧＮＳＳマスタ局で作成した広域における正常なＧＮＳＳ情報とをネットワークを介して受信する機能と、広域における正常なＧＮＳＳ情報を用いて、航空機の位置に対応したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を算出する機能と、この算出したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を用いて航法性能の推定値を算出する機能と、この算出した航法性能の推定値により、航空機の正常な航法性能を表す情報を推定する機能とを有する航空機航法性能推定マスタ局とを有することを特徴とする航空機の航法性能の推定装置である。

【0027】

請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と位置情報（座標、高度）は、二次監視レーダのモードＳ質問への応答あるいはＡＤＳ−Ｂ情報から取得する情報である。

【0028】

請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明において、航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と推定した航空機の正常な航法性能を表す情報（航法性能の推定値）は、ＮＩＣデータを指標として用いたものである。

【0029】

請求項７に係る発明は、既知点に設置されるとともに、ＧＮＳＳ衛星から送信されるＧＮＳＳ情報を受信する複数のＧＮＳＳモニタ局と、これら複数のＧＮＳＳモニタ局で受信したＧＮＳＳ情報を集約し、各ＧＮＳＳ情報を比較するとともに、この集約したＧＮＳＳ情報から広域における正常なＧＮＳＳ情報を作成するＧＮＳＳマスタ局と、少なくともＧＮＳＳモニタ局とＧＮＳＳマスタ局を結ぶネットワークとからなる衛星航法システムにおいて、航空機は、航法にＧＮＳＳを用いるとともに、少なくとも航空機の航法性能を表す情報と位置情報（座標、高度）とを送信する応答装置を有し、この航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報と位置情報（座標、高度）を、既知点に設置された航空機モニタ局で受信し、この航空機モニタ局で受信した航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と位置情報（座標、高度）と、ＧＮＳＳマスタ局で作成した広域における正常なＧＮＳＳ情報とを、ネットワークを介して航空機航法性能推定マスタ局に送信し、この航空機航法性能推定マスタ局では、広域における正常なＧＮＳＳ情報を用いて、航空機の位置に対応したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を算出するとともに、この算出したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を用いて航法性能の推定値を算出することにより、航空機の正常な航法性能を表す情報を推定し、航空機航法性能推定マスタ局で推定した航空機の正常な航法性能を表す情報である航法性能の推定値と、航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報である航法性能の実際値とを比較するとともに、航法性能の推定値と航法性能の実際値とをそれぞれ判定し、航法性能の推定値と航法性能の実際値とが相違するとともに、判定した航法性能の推定値が正常で、且つ、判定した航法性能の実際値が異常の場合、航空機の航法性能の劣化と検出することを特徴とする航空機の航法性能の劣化を検出する方法である。

【0030】

請求項８に係る発明は、請求項７に係る発明において、航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と位置情報（座標、高度）は、二次監視レーダのモードＳ質問への応答あるいはＡＤＳ−Ｂ情報から取得する情報である。

【0031】

請求項９に係る発明は、請求項７〜請求項８の何れかに係る発明において、航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と推定した航空機の正常な航法性能を表す情報（航法性能の推定値）は、ＮＩＣデータを指標として用い、航空機から送信されるＮＩＣデータをＮＩＣデータ実際値とし、広域における正常なＧＮＳＳ情報から、航空機の位置に対応した航空機の水平方向の保護レベル（ＨＰＬ：Horizontal Protection Level）（以下、ＨＰＬと記す）データを求め、この保護レベル（ＨＰＬ）データをＮＩＣデータに換算して、これを航空機の正常なＮＩＣデータ推定値とし、このＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値とを比較するとともに、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値とをそれぞれ判定し、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値とが相違するとともに、判定した航空機のＮＩＣデータ推定値が正常で、且つ、判定したＮＩＣデータ実際値が異常の場合、航空機の航法性能の劣化と検出するものである。

【0032】

請求項１０に係る発明は、請求項９に係る発明において、ＮＩＣデータは、航空機が飛行する経路または空域ごとに指定されるとともに、要求されるＲＮＰ値を満たす場合を正常、満たさない場合を異常と判定されるものである。

【0033】

請求項１１に係る発明は、請求項９〜請求項１０の何れかに係る発明において、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値とがいずれも正常と判定された場合であっても、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値との差が２以上である場合、又は、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値との差が１であるが瞬間的な差異に収まらない場合には、航空機の航法性能の劣化と検出するものである。

【0034】

請求項１２に係る発明は、既知点に設置されるとともに、ＧＮＳＳ衛星から送信されるＧＮＳＳ情報を受信する複数のＧＮＳＳモニタ局と、これら複数のＧＮＳＳモニタ局で受信したＧＮＳＳ情報を集約し、各ＧＮＳＳ情報を比較するとともに、この集約したＧＮＳＳ情報から広域における正常なＧＮＳＳ情報を作成するＧＮＳＳマスタ局と、少なくともＧＮＳＳモニタ局とＧＮＳＳマスタ局を結ぶネットワークとからなる衛星航法システムにおいて、航空機は、ＧＮＳＳを用いて航法を行う機能を備えているとともに、少なくとも航空機の航法性能を表す情報と位置情報（座標、高度）とを送信する機能とを有する応答装置を備え、既知点に設置されるとともに、航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報と位置情報（座標、高度）を受信する機能を有する航空機モニタ局と、この航空機モニタ局で受信した航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と位置情報（座標、高度）とＧＮＳＳマスタ局で作成した広域における正常なＧＮＳＳ情報とを受信する機能と、ネットワークを介して送信する機能と、広域における正常なＧＮＳＳ情報を用いて、航空機の位置に対応したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を算出する機能と、この算出したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を用いて航法性能の推定値を算出する機能と、この算出した航法性能の推定値により、航空機の正常な航法性能を表す情報を推定する機能とを有する航空機航法性能推定マスタ局と、航空機航法性能推定マスタ局で推定した航空機の正常な航法性能を表す情報である航法性能の推定値と、航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報である航法性能の実際値とを比較する機能と、航法性能の推定値と航法性能の実際値とを判定する機能と、航法性能の推定値と航法性能の実際値とが相違するとともに、判定した航法性能の推定値が正常で、且つ、判定した航法性能の実際値が異常の場合、航空機の航法性能の劣化と検出する機能とを有する航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局とからなることを特徴とする航空機の航法性能の監視装置である。

【0035】

請求項１３に係る発明は、請求項１２に係る発明において、航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と位置情報（座標、高度）は、二次監視レーダのモードＳ質問への応答あるいはＡＤＳ−Ｂ情報から取得する情報である。

【0036】

請求項１４に係る発明は、請求項１２〜請求項１３の何れかに係る発明において、航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と推定した航空機の正常な航法性能を表す情報（航法性能の推定値）は、ＮＩＣデータを指標として用い、航空機から送信されるＮＩＣデータをＮＩＣデータ実際値とし、航空機航法性能推定マスタ局は、広域における正常なＧＮＳＳ情報から、航空機の位置に対応した航空機の水平方向の保護レベル（ＨＰＬ）データを求める機能と、この保護レベル（ＨＰＬ）データをＮＩＣデータに換算する機能と、ＮＩＣデータに換算することにより、航空機の正常なＮＩＣデータ推定値を算出する機能とを有し、航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局は、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値とを比較する機能と、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値とを判定する機能と、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値とが相違するとともに、判定したＮＩＣデータ推定値が正常で、且つ、判定したＮＩＣデータ実際値が異常の場合、航空機の航法性能の劣化と検出する機能とを有するものである。

【0037】

請求項１５に係る発明は、請求項１４に係る発明において、航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局は、ＮＩＣデータが、航空機が飛行する経路または空域ごとに指定されるとともに、要求されるＲＮＰ値を満たす場合を正常、満たさない場合を異常と判定する機能を有するものである。

【0038】

請求項１６に係る発明は、請求項１４〜請求項１５の何れかに係る発明において、航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局は、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値とがいずれも正常と判定した場合であっても、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値との差が２以上である場合、又は、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値との差が１であるが瞬間的な差異に収まらない場合には、航空機の航法性能の劣化と検出する機能を有するものである。

【発明の効果】

【0039】

請求項１及び請求項４に係る発明は、上記のように構成したので、地上の航法性能推定マスタ局において、空域を飛行中の航空機がＧＮＳＳアウテージになった場合、その現状を把握することが出来るとともに、この航空機の正常な航法性能を表す情報を推定することが出来る。また、航空管制における運航方式の変更等の方針決定にも使用することが出来る。

【0040】

請求項２及び請求項５に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１及び請求項４と同様な効果がある。さらに、最近多くの航空機で利用が広がって二次監視レーダのモードＳ質問への応答あるいはＡＤＳ−Ｂ情報から得られる情報を利用することが出来るので、精度の高い航法システムが利用可能となり、燃料効率が良くなり、飛行時間の短縮も見込める。又、推定計算を通してシステム同定することで、ＲＡＩＭ予測のパラメータをチューニングでき、ＲＡＩＭ予測の精度向上に利用することが出来る。

【0041】

請求項３及び請求項６に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１、請求項２及び請求項４、請求項５と同様な効果がある。さらに、ＧＮＳＳ衛星の配置のみで決定されるＮＩＣデータを指標として利用しているので、１つのパラメータであるＨＰＬ（保護レル）を用いることが出来る。

【0042】

請求項７及び請求項１２に係る発明は、上記のように構成したので、航空機がＧＮＳＳアウテージになった場合、即ち、航空機の航法性能の劣化が起こった場合、地上から検出することが出来る。さらに、航空機に電波干渉があったか等その原因特定が可能となる。また、航空管制における運航方式の変更等の方針決定にも使用できる。

【0043】

請求項８及び請求項１３に係る発明は、上記のように構成したので、請求項７及び請求項１２と同様な効果がある。さらに、航空機の航法性能の劣化の原因を特定することが出来る。

【0044】

請求項９及び請求項１４に係る発明は、上記のように構成したので、請求項７、請求項８及び請求項１２、請求項１３と同様な効果がある。さらに、航空機がＧＮＳＳアウテージになった場合、航空機が電波干渉を受けているか否か等の確認をすることが出来る。

【0045】

請求項１０及び請求項１５に係る発明は、さらに、航空機の航法性能の劣化の判断基準として長年の実績に基づく現場で得られるＮＩＣデータを利用することが出来るので、信頼性が高くなる。

【0046】

請求項１１及び請求項１６に係る発明は、上記のように構成したので、請求項７〜請求項１１及び請求項１２〜請求項１５と同様な効果がある。さらに、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値がいずれも正常と誤判断された場合でも、航空機の航法性能の劣化を検出するための基準値を決めているので、より信頼性が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【0047】

【図1】この発明の実施例を示すもので、ＧＮＳＳを用いて航法を行う機能を備えた航空機の航法性能の推定方法及び推定装置を説明するための模式図である。

【図2】この発明の実施例を示すもので、ＧＮＳＳを用いて航法を行う機能を備えた航空機の航法性能の劣化を検出する方法及び航法性能の監視装置を説明するための模式図である。

【図3】この発明の実施例を示すもので、ＧＮＳＳを用いて航法を行う機能を備えた飛行中の航空機について、発明者がこの発明の航法性能の推定方法を用いて実験を行った際の実験装置の構成を示す概念図である。

【図4】この発明の実施例を示すもので、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、航法にＧＮＳＳを用いて飛行中の航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）からそれぞれ送信されているＮＩＣデータ実際値を示す図である。

【図5】この発明の実施例を示すもので、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の水平方向の保護レベル（ＨＰＬ）の計算値を示す図である。

【図6】この発明の実施例を示すもので、図４に示す実際のＮＩＣデータ（ＮＩＣデータ実際値）と、図５に示すＨＰＬをＮＩＣデータに換算したＮＩＣデータ推定値とを比較・判定する図である。

【図7】従来の放送型データリンクによる航空機監視の概要を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0048】

既知点に設置されるとともに、ＧＮＳＳ衛星から送信されるＧＮＳＳ情報を受信する複数のＧＮＳＳモニタ局と、これら複数のＧＮＳＳモニタ局で受信したＧＮＳＳ情報を集約し、各ＧＮＳＳ情報を比較するとともに、この集約したＧＮＳＳ情報から広域における正常なＧＮＳＳ情報を作成するＧＮＳＳマスタ局と、少なくともＧＮＳＳモニタ局とＧＮＳＳマスタ局を結ぶネットワークとからなる衛星航法システムにおいて、航空機は、航法にＧＮＳＳを用いるとともに、少なくとも航空機の航法性能を表す情報と位置情報（座標、高度）とを送信する応答装置を有し、この航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報と位置情報（座標、高度）を、既知点に設置された航空機モニタ局で受信し、この航空機モニタ局で受信した航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と位置情報（座標、高度）と、ＧＮＳＳマスタ局で作成した広域における正常なＧＮＳＳ情報とを、ネットワークを介して航空機航法性能推定マスタ局に送信し、この航空機航法性能推定マスタ局では、広域における正常なＧＮＳＳ情報を用いて、航空機の位置に対応したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を算出するとともに、この算出したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を用いて航法性能の推定値を算出することにより、航空機の正常な航法性能を表す情報を推定し、航空機航法性能推定マスタ局で推定した航空機の正常な航法性能を表す情報である航法性能の推定値と、航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報である航法性能の実際値とを比較するとともに、航法性能の推定値と航法性能の実際値とをそれぞれ判定し、航法性能の推定値と航法性能の実際値とが相違するとともに、判定した航法性能の推定値が正常で、且つ、判定した航法性能の実際値が異常の場合、航空機の航法性能の劣化と検出する。

【実施例】

【0049】

ＧＮＳＳを用いて航法を行う機能を備えて飛行する航空機が増加するとともに、航空機を取り巻く電波環境や国際情勢の変化に伴い、ＧＮＳＳ衛星の信号による測位が出来ない状態、いわゆる“ＧＮＳＳアウテージ”が多く報告されている。この発明は、このような状況にある航空機を、地上で監視するもので、ＧＮＳＳを用いて飛行中の航空機の航法性能の推定方法及び推定装置を提供することを第１の目的としている。

【0050】

さらに、この発明は、ＧＮＳＳを用いて航法を行う機能を備えて飛行している航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報である航法性能の実際値とこの航空機の正常な航法性能を表す情報である航法性能の推定値とを比較するとともに、航法性能の実際値と航法性能の推定値を判定し、航法性能の実際値と航法性能の推定値とが相違するとともに、判定した航法性能の推定値が正常で、且つ、判定した航法性能の実際値が異常の場合、即ち、ＧＮＳＳ衛星の配置自体は、ＧＮＳＳ衛星を用いた測位の際において問題となる配置ではないのに対し、航空機におけるＧＮＳＳ信号の受信環境が悪く、何らかの電波干渉（ＲＦＩ）が疑われる場合に、航空機の航法性能の劣化と検出することにより、この航空機の航法性能の劣化を検出する方法及び航法性能の監視装置を提供することを第２の目的としている。

【0051】

この発明の実施例を、図１〜図６に基づいて詳細に説明する。
図１〜図６は、この発明の実施例を示すもので、図１はＧＮＳＳを用いて航法を行う機能を備えた航空機の航法性能の推定方法及び推定装置を説明するための模式図、図２はＧＮＳＳを用いて航法を行う機能を備えた航空機の航法性能の劣化を検出する方法及び航法性能の監視装置を説明するためのフロー及び模式図である。

【0052】

図３は、ＧＮＳＳを用いて航法を行う機能を備えた飛行中の航空機について、発明者がこの発明の航法性能の推定方法を用いて実験を行った際の実験装置の構成を示す概念図である。図４〜図６は、発明者がこの発明の航法性能の推定方法を用いて実験を行った際の実験結果を示す図で、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、航法にＧＮＳＳを用いて飛行中の航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）からそれぞれ送信されているＮＩＣデータ（以下、ＮＩＣデータ実際値と記す）を、発明者が実際に測定した結果を示している。

【0053】

図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の水平方向の保護レベル（ＨＰＬ）の計算値を示す図、図６は図４に示すＮＩＣデータ実際値と、図５に示すＨＰＬをＮＩＣデータに換算したＮＩＣデータ推定値とを比較・判定する図である。なお、この実施例では、ＧＮＳＳ衛星１としてＧＰＳ衛星を用いたので、以下、ＧＮＳＳの代わりに適宜ＧＰＳと記載する。

【0054】

図１〜図２において、１（１ａ、１ｂ、１ｃ・・・）は、ＧＰＳ衛星で、測位信号（ＧＰＳ情報）を送信している。２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）は、ＧＮＳＳを用いて航法を行う機能を備えた飛行中の航空機で、ＧＰＳ衛星１（１ａ、１ｂ、１ｃ・・・）から送信される測位信号（ＧＰＳ情報）を、機上受信機（図示せず）で受信し、このＧＰＳ情報により、自機（航空機）の測位を行うとともに、自機（航空機）の航法性能を表す情報である航法性能の実際値を算出している。又、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）は、少なくとも航空機２の航法性能を表す情報と位置情報（座標、高度）とを、二次監視レーダ（ＳＳＲ、図示せず）のモードＳ質問への応答あるいはＡＤＳ−Ｂ情報の一部として、機上送信機（図示せず）により送信する機能を有する応答装置（図示せず）を備えている。

【0055】

さらに、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）は、航空機２から送信される航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と位置情報（座標、高度）を、二次監視レーダのモードＳ質問への応答あるいはＡＤＳ−Ｂ情報から取得する機能を有している。

【0056】

３（３ａ、３ｂ、３ｃ・・・）は、既知点に設置されている航空機モニタ局で、二次監視レーダのモードＳ質問への応答あるいはＡＤＳ−Ｂ情報の一部として、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）の応答装置から送信される航法性能を表す情報と位置情報（座標・高度）とを受信可能な機能と、受信した航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）の航法性能を表す情報及び位置情報を、ネットワーク８を介して航空機航法性能推定マスタ局６や航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局７に送信する機能を有している。

【0057】

４（４ａ、４ｂ、４ｃ・・・）は、ＧＰＳ衛星１（１ａ、１ｂ、１ｃ・・・）から送信されるＧＰＳ情報を受信するＧＮＳＳモニタ局で、ＧＰＳ衛星１（１ａ、１ｂ、１ｃ・・・）から送信されているＧＰＳ情報を受信可能な機能を有しており、受信したＧＰＳ情報を、ネットワーク８を介してＧＮＳＳマスタ局５に送信する機能をも有している。

【0058】

なお、この実施例では、航空機モニタ局３（３ａ、３ｂ、３ｃ・・・）とＧＮＳＳモニタ局４（４ａ、４ｂ、４ｃ・・・）は、互いに独立した構成となっているが、これに限定されるものではなく、航空機モニタ局３（３ａ、３ｂ、３ｃ・・・）の機能とＧＮＳＳモニタ局４（４ａ、４ｂ、４ｃ・・・）の機能を、既存の１つのモニタ局に統合し、それぞれ情報を処理するように構成しても良い。

【0059】

ＧＮＳＳマスタ局５は、複数のＧＮＳＳモニタ局４（４ａ、４ｂ、４ｃ・・・）で受信したＧＮＳＳ情報を集約し、各ＧＮＳＳ情報を比較するとともに、この集約したＧＮＳＳ情報から広域における正常なＧＮＳＳ情報を作成する機能と、この作成した広域における正常なＧＮＳＳ情報を、ネットワーク８を介して航空機航法性能推定マスタ局６へ送信する機能とを有している。

【0060】

６は航空機航法性能推定マスタ局で、航空機モニタ局３（３ａ、３ｂ、３ｃ・・・）でそれぞれ受信した航空機の位置情報（座標、高度）とＧＮＳＳマスタ局５で作成した広域における正常なＧＮＳＳ情報とをネットワーク８を介して受信する機能と、広域における正常なＧＮＳＳ情報を用いて、航空機の位置に対応したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を算出する機能と、この算出したＧＮＳＳの航法性能を表す情報を用いて航法性能の推定値を算出する機能と、この算出した航法性能の推定値により、航空機の正常な航法性能を表す情報を推定する機能と、この推定した航空機の正常な航法性能を表す情報（航法性能の推定値）を、ネットワーク８を介して航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局７へ送信する機能とを有している。なお、この航法性能の推定値は、航空機に対し電波干渉等の外的要因がなければ、航空機の現在位置において本来発揮されるべき航空機の航法性能を示している。

【0061】

航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局７は、航空機モニタ局３（３ａ、３ｂ、３ｃ・・・）でそれぞれ受信した航空機の位置情報（座標、高度）と航空機航法性能推定マスタ局６で推定した航空機の正常な航法性能を表す情報（航法性能の推定値）とをネットワーク８を介して受信する機能と、航空機航法性能推定マスタ局６で推定した航空機の正常な航法性能を表す情報である航法性能の推定値と、航空機から送信される航空機の航法性能を表す情報である航法性能の実際値とを比較する機能と、航法性能の推定値と航法性能の実際値とを判定する機能と、航法性能の推定値と航法性能の実際値とが相違するとともに、判定した航法性能の推定値が正常で、且つ、判定した航法性能の実際値が異常の場合、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）の航法性能の劣化と検出する機能を有している。

【0062】

なお、この実施例では、航空機航法性能推定マスタ局６で算出した航空機の位置に対応したＧＮＳＳの航法性能を表す情報は、航空機の水平方向の保護レベル（ＨＰＬ）データを用いている。また、航空機２から送信される航空機の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）と、航空機航法性能推定マスタ局６で推定した航空機の正常な航法性能を表す情報（航法性能の推定値）は、ＮＩＣデータをその指標として用いている。

【0063】

このＮＩＣデータは、ＩＣＡＯにより規定されているもので、航法のインテグリティが確保される範囲を示した指標であり、ＮＩＣデータが経路または空域ごとに指定されたＲＮＰ値を満足しない場合、当該航法を行ってはならない旨規定されている。また、このＮＩＣデータは、モードＳ質問への応答あるいはＡＤＳ−Ｂ情報の一部として、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）の応答装置から送信されている情報の中に含まれている。

【0064】

なお、航法性能の判定に用いられるＲＮＰ値は、広域航法（RNAV：aRea NAVigation）の利用に供するために経路または空域ごとに設定されている航法性能要件で、日本においては後述する表２のように６つの航法性能が設定されている。これらの航法性能要件の何れかが経路または空域ごとに指定されており、例えば、「ＲＮＰ４」として指定された経路または空域では、航法性能の指定されたＲＮＰ値は４であり、要求される航法精度としては「４ＮＭ以内」、即ち、誤差としては全飛行時間中少なくとも９５％は±４ＮＭの範囲になければならず、これをＮＩＣデータに換算すると「３以上」となり、この経路または空域を飛行する際にはＮＩＣデータが３以上であることを求められることを示している。この経路または空域ごとに指定されたＲＮＰ値は、航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局７にデータベースとして登録されているとともに、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）のＦＭＳ（Flight Management System：飛行管理装置）（図示せず）にもデータベースとして登録されている。

【0065】

従って、この実施例では、航空機航法性能推定マスタ局６は、ＧＮＳＳマスタ局５で作成した広域における正常なＧＮＳＳ情報と、航空機モニタ局３（３ａ、３ｂ、３ｃ・・・）で受信した航空機の位置情報（座標、高度）とから、航空機の位置に対応した航空機の水平方向の保護レベル（ＨＰＬ）データを求める機能と、この保護レベル（ＨＰＬ）データをＮＩＣデータに換算する機能とを有し、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）の位置に対応した航空機の水平方向の保護レベル（ＨＰＬ）データを求めて、このＨＰＬデータをＮＩＣデータに換算することにより、ＮＩＣデータ推定値を算出している。このＮＩＣデータ推定値は、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）の現在位置において、航空機に対し電波干渉等の外的要因がなければ、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）から本来送信されて然るべきＮＩＣデータであり、ＮＩＣデータ推定値により、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の航法性能を推定している。このＮＩＣデータ推定値は、ネットワーク８を介して航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局７へ送信される。

【0066】

航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局７は、この実施例では、航空機航法性能推定マスタ局６で推定したＮＩＣデータ推定値と、実際に航空機から送信されているＮＩＣデータであるＮＩＣデータ実際値とを比較する機能と、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値とを判定する機能とを有し、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値とが相違するとともに、判定したＮＩＣデータ推定値が正常で、且つ、判定したＮＩＣデータ実際値が異常の場合、さらには、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値とがいずれも正常と判定された場合であっても、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値との差が２以上ある場合、又は、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値との差が１であるが瞬間的な差異に収まらない場合に、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）の航法性能の劣化と検出する機能を有している。

【0067】

換言すれば、航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局７は、航空機航法性能推定マスタ局６で推定したＮＩＣデータ推定値が正常であるのに対し、実際に航空機から送信されているＮＩＣデータ実際値が異常の場合、若しくは、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値とがいずれも正常であったとしても、ＮＩＣデータ推定値と比較して、ＮＩＣデータ実際値が極端に悪い場合や、ＮＩＣデータ実際値が極端に悪い状態ではないが、この状態が長く続く場合に、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）の航法性能の劣化と検出している。なお、この実施例では、航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局７は、データベースに予め登録しているＲＮＰ値をもとに換算したＮＩＣデータの条件を満足する場合には正常、満足しない場合には異常として、ＮＩＣデータ推定値やＮＩＣデータ実際値を判定している。

【0068】

なお、この実施例では、ＧＮＳＳマスタ局５と航空機航法性能推定マスタ局６と航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局７とは、互いに独立した構成となっているが、これに限定されるものではなく、ＧＮＳＳマスタ局５の有する機能と、航空機航法性能推定マスタ局６の有する機能と、航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局７の有する機能とを備えた１つのマスタ局に統合し、この１つのマスタ局で情報を一括で処理するように構成しても良い。

【0069】

次に、作用動作について、図１〜図６を参照して説明する。
まず、ＡＤＳ−Ｂ情報としては、航空機のＩＤ番号（モードＳコード、航空機がセットした値でＩＣＡＯが管理している）、航空機の座標（経度、緯度）、速度（水平速度、上昇下降速度）、高度（ＧＰＳからの情報と気圧高度計情報）、航空機の進行方向、システムの状態、スコークコードがある。なお、航空機の便名やルート情報等は含まれていない。

【0070】

前述したように、日本国内では、まだＡＤＳ−Ｂ装備は義務づけられておらず、衛星航法システムを利用する場合には、モードＳ情報（二次監視レーダのモードＳ質問への応答信号）が利用されている。従って、この実施例では、モードＳ情報を利用して実験したが、ＡＤＳ−Ｂ情報を用いても同様である。

【0071】

図２に示すように、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）は、航法にＧＮＳＳを用いるとともに、少なくとも航空機の航法性能を表す情報と位置情報（座標、高度）とを送信する応答装置を有している。そこで、ＧＰＳを用いて飛行中の航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）は、ＧＰＳ衛星１（１ａ、１ｂ、１ｃ・・・）からの測位信号（ＧＰＳ情報）を受信して、自機の測位を行うとともに、自機で受信できたＧＰＳ衛星の配置の情報から、自機（航空機）の航法性能を表す情報（航法性能の実際値）としてＮＩＣデータの算出を行う。この実施例では、航空機（自機）の航法性能を表す情報は、ＮＩＣデータを指標として用いており、この算出したＮＩＣデータは、航空機から送信されるＡＤＳ−Ｂ情報やモードＳ情報の一部として組み込まれる。

【0072】

ＧＮＳＳを用いて測位した自機の位置は、航空機に搭載されている高度センサからの高度情報とともに、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）の位置情報（座標、高度）として、航空機から送信されるＡＤＳ−Ｂ情報やモードＳ情報の一部として組み込まれる。また、算出したＮＩＣデータも同様に、航空機から送信されるＡＤＳ−Ｂ情報やモードＳ情報の一部として組み込まれる。これらの情報は、ＡＤＳ−Ｂ情報の一部として送信する場合は、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）から自動的に送信され、モードＳ情報の一部として送信する場合は、二次監視レーダからのモードＳ質問があった場合に、その応答として、それぞれ航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）から自動的に送信されている。

【0073】

ここで、ＧＰＳ衛星１からのＧＰＳ情報は、ＧＰＳ衛星１がどのくらいの性能で情報を送信しているか、ＧＰＳ衛星１の配置はどのくらいか、との２つのパラメータにより決定される。ＮＩＣデータ（ＨＰＬから換算する）とは、航空機２はどのくらいの誤差範囲（現時点では１０^−７）で保護レベル（以下、ＨＰＬと記す）円の中にいるかを示す情報で、この情報は航空機毎の（固有の）パラメータを除けばＧＰＳ衛星１の配置のみで決定される。即ち、航空機毎の（固有の）パラメータは最初に登録しておけば良いので、求める際のパラメータは１つである。従って、他の誤差要因、例えば電離層遅延などの誤差要因に依らずに、ＧＰＳ衛星１の配置の１パラメータのみで求めることが出来るので、信頼性が高い。さらに、ＮＩＣデータと同じくＡＤＳ−Ｂ情報に含まれているデータであって、２パラメータの測位精度を表すデータであるＦＯＭ（Figure of Merit）又はＮＡＣ_Ｐ（Navigation Accuracy Category for Position）を併用することで、さらに信頼性を高めることが可能である。

【0074】

航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）からＡＤＳ−Ｂ情報やモードＳ情報の一部として送信される航空機の航法性能を表す情報と位置情報（座標、高度）は、既知点に設置された航空機モニタ局３（３ａ，３ｂ、３ｃ・・・）で受信され（ステップ１）、航空機の航法性能を表す情報として航空機２のＮＩＣデータが取得される（ステップ２）。このＮＩＣデータは、実際に航空機から送信されるＮＩＣデータであるＮＩＣデータ実際値として航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局７へネットワーク８を介して送信される。一方、航空機２の位置情報は、航空機航法性能推定マスタ局６と航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局７へネットワーク８を介して送信される（ステップ３）。

【0075】

なお、この実施例の場合、航空機２の位置情報は、航空機モニタ局３（３ａ、３ｂ、３ｃ・・・）から送信されたデータを用いているが、これに限定されるものではなく、例えば、少なくとも３つの航空機モニタ局３（３ａ、３ｂ、３ｃ・・・）で受信した航空機２からの信号を用いて航空機航法性能推定マスタ局６で航空機２の測位を行っても良いし、別途二次監視レーダ（ＳＳＲ）等の監視データから送信された航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）の位置情報（座標及び高度）を用いても良い。

【0076】

一方、ＧＮＳＳ衛星１から送信されるＧＮＳＳ情報は、ＧＮＳＳモニタ局４（４ａ、４ｂ、４ｃ・・・）でそれぞれ受信される（ステップ４）。次いで、これら複数のＧＮＳＳモニタ局４（４ａ、４ｂ、４ｃ・・・）でそれぞれ受信したＧＮＳＳ情報は、ＧＮＳＳマスタ局５で集約するとともに、各ＧＮＳＳ情報を比較する。さらに、ＧＮＳＳマスタ局５では、集約したＧＮＳＳ情報から広域における正常なＧＮＳＳ情報を作成する。この広域における正常なＧＮＳＳ情報は、ネットワーク８を介して航空機航法性能推定マスタ局６に送信される。

【0077】

又、航空機航法性能推定マスタ局６では、広域における正常なＧＮＳＳ情報及びそれぞれの航空機について予め登録されている航空機の性能パラメータ（ステップ６）と、ネットワーク８を介して受信した航空機２の位置情報を用いて、航空機２の位置に対応した航空機２の水平方向の保護レベル（ＨＰＬ）を算出する。

【0078】

ＨＰＬデータとＮＩＣデータとは、後述する表１に示す関係となっており、この航空機２の水平方向の保護レベル（ＨＰＬ）を、さらにＮＩＣデータに換算してＮＩＣデータ推定値を算出することにより、航空機２の正常な航法性能を表す情報である航法性能の推定値を推定する（ステップ５）。

【0079】

航空機航法性能推定マスタ局６で推定した航空機２の正常な航法性能を表す情報である航法性能の推定値（ＮＩＣデータ推定値）は、上記したように、航空機に対し電波干渉等の外的要因がなければ、航空機の現在位置において本来発揮されるべき航空機の航法性能を示しており、この航法性能の推定値（ＮＩＣデータ推定値）は、ネットワーク８を介して航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局７に送信される。

【0080】

航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局７では、航空機モニタ局３（３ａ，３ｂ、３ｃ・・・）で受信した航空機２から送信される航空機の航法性能を表す情報である航法性能の実際値（ＮＩＣデータ実際値）と航空機の正常な航法性能を表す情報である航法性能の推定値（ＮＩＣデータ推定値）とを比較するとともに、経路または空域ごとに要求されるＲＮＰ値が予め登録されている航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局７のデータベースから、航空機２の位置において指定されるＲＮＰ値を求め、この航空機２の位置におけるＲＮＰ値をＮＩＣデータの条件に換算し、この航空機２の位置におけるＮＩＣデータの条件を用いて航法性能の推定値と航法性能の実際値とをそれぞれ判定する（ステップ７）。

【0081】

航法性能の推定値（ＮＩＣデータ推定値）と航法性能の実際値（ＮＩＣデータ実際値）とを比較及び判定した結果、航法性能の推定値（ＮＩＣデータ推定値）と航法性能の実際値（ＮＩＣデータ実際値）とが両方とも正常の場合（航空機２の位置において指定されるＲＮＰ値から換算したＮＩＣデータの条件を満たす場合）、航空機２におけるＧＮＳＳの受信環境は、電波干渉等もなく正常で、航空機２の航法性能は正常と判定する（ステップ８）。

【0082】

航法性能の推定値（ＮＩＣデータ推定値）と航法性能の実際値（ＮＩＣデータ実際値）とが相違するとともに、航法性能の推定値（ＮＩＣデータ推定値）が正常（航空機２の位置において指定されるＲＮＰ値から換算したＮＩＣデータの条件を満たす場合）で、且つ、航法性能の実際値（ＮＩＣデータ実際値）が異常の場合（航空機２の位置において指定されるＲＮＰ値から換算したＮＩＣデータの条件を満たさない場合）、航空機２におけるＧＮＳＳの受信環境は、電波干渉等の何らかの外的要因により悪くなっており、航空機２は当該航法を行ってはならない状態、即ち、航法にＧＮＳＳを用いてはならない状態（ＧＮＳＳアウテージ）となり、航空機２の航法性能は劣化していると検出する（ステップ９）。

【0083】

さらに、航法性能の推定値（ＮＩＣデータ推定値）と航法性能の実際値（ＮＩＣデータ実際値）とがいずれも正常と判定された場合であっても、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値との差が２以上ある場合、又は、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値との差が１であるが瞬間的な差異に収まらない場合、即ち、両方とも正常（航空機２の位置において指定されるＲＮＰ値から換算したＮＩＣデータの条件を満たす場合）であっても、ＮＩＣデータ実際値がＮＩＣデータ推定値よりＮＩＣデータとして２以上悪い場合、又は、ＮＩＣデータ実際値がＮＩＣデータ推定値よりＮＩＣデータとして１悪い状態でしかないものの、その悪い状態が瞬間的な差異に収まらない場合に、ＧＮＳＳアウテージとはなっていないものの、電波干渉等の何らかの外的要因、又は、本来想定されるＧＮＳＳの環境が想定よりも劣化していることにより航空機２におけるＧＮＳＳの受信環境が悪くなっているため、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）の航法性能は劣化していると検出する（ステップ９）。

【0084】

このようにして、航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局７では、航空機モニタ局３（３ａ、３ｂ、３ｃ・・・）から受信した航空機の実際のＮＩＣデータ（ＮＩＣデータ実際値）と、航空機航法性能推定マスタ局６で推定した航空機のＮＩＣデータ推定値（正常なＮＩＣデータ）とを比較するとともに判定して、各航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）が、航法性能の劣化、いわゆる“ＧＮＳＳアウテージ”に陥っているか否かを常時監視している。

【0085】

以下、発明者が実際に実験した状況について説明する。
現時点における衛星航法の現場では、ＧＮＳＳを用いて飛行している航空機２から送信されているＡＤＳ−Ｂ情報あるいはモードＳ応答信号が、下記の（１）〜（３）の状態の場合には、この航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）は、“ＧＮＳＳアウテージ”（ＧＮＳＳが使用出来ない状態）であり、航空機２は、地上の航法装置、例えば、ＶＯＲやＤＭＥ等を用いて飛行している。
（１）ＮＩＣ−＞劣化
（２）ＳＩＬ（Source Integrity Level） “３”−＞３以外に劣化
（３）ＳＩＬ_ＳＵＰＰ（Source Integrity Level Supplement） “０”−＞０以外

【0086】

従って、航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局７では、この状態を監視しており、“ＧＮＳＳアウテージ”となっている航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の航法性能を、地上の管制官に報告する。

【0087】

ここで、“ＧＮＳＳアウテージ”となる原因としては、下記の（１）〜（３）の３つがある。以下、これら３つの原因について検討する。
（１）機上受信機の故障による場合
（２）電波干渉（ＲＦＩ）による場合
（３）ＧＮＳＳ衛星１の配置による場合

【0088】

上記３つの原因のうち、まず、（１）機上受信機の故障による場合について説明する。
航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・）は、通常、安全上の要請により複数の予備の機上受信機を備えており、“ＧＮＳＳアウテージ”が表示された場合には、切換指示が表示されるので、パイロットは予備の機上受信機に切換えれば良い。その結果、“ＧＮＳＳアウテージ”が解消されれば、（１）機上受信機の故障が原因であると判断出来るので、問題は解決される。

【0089】

一方、予備の機上受信機に切り換えても“ＧＮＳＳアウテージ”が解消されない場合には、（１）機上受信機の故障が原因ではないことが判明するとともに、（２）電波干渉（ＲＦＩ）による場合、あるいは（３）ＧＮＳＳ衛星１の配置が悪い場合のいずれかが原因であることが判明する。

【0090】

この場合、残りの（２）電波干渉（ＲＦＩ）による場合、あるいは（３）ＧＮＳＳ衛星１の配置が悪い場合のいずれの場合にあっても、航空機におけるＧＮＳＳ受信状況が悪いために“ＧＮＳＳアウテージ”が引き起こされていることが原因ではあるが、この航空機におけるＧＮＳＳ受信状況が悪くなった原因を地上から直接観測することは困難である。

【0091】

そこで、発明者は、間接的に観測出来れば良いのではないかと考えた。即ち、“ＧＮＳＳアウテージ”の原因が、（３）ＧＮＳＳ衛星１の配置が悪い場合によるものであるならば、航空機の位置におけるＧＮＳＳ衛星の配置を地上で求めた場合、同様に悪いと考えられる。一方で、原因が（２）電波干渉（ＲＦＩ）による場合には、地上で求めた航空機の位置におけるＧＮＳＳ衛星の配置は悪くないと考えられる。

【0092】

従って、航空機の位置におけるＧＮＳＳ衛星の配置を地上で求め、航空機の位置におけるＧＮＳＳ衛星１の配置が悪いか否かを判断することにより、間接的に観測することが出来るのではないかと考えた。

【0093】

このＧＮＳＳ衛星１の配置の善し悪しの判断については、航空機のＧＮＳＳの航法性能を表す情報であって、求める際のパラメータがＧＮＳＳ衛星１の配置である航空機２の水平方向の保護レベル（ＨＰＬ）を、下記の表１をもとにＮＩＣデータに換算した上で、このＮＩＣデータを用いて行う。

【0094】

【表1】

【0095】

表１は、ＮＩＣデータとＨＰＬデータとの関係を示すもので、上記したように、この表１に基づいてＨＰＬデータをＮＩＣデータに換算する。例えば、航空機航法性能推定マスタ局６で計算した航空機２の位置における航空機２のＧＮＳＳの航法性能を表す情報、即ち、航空機２のＨＰＬデータが、３６９ｍ〜１８５ｍの場合には、ＮＩＣデータ（推定値）は７と換算され、ＨＰＬデータが５５５ｍ〜３７０ｍの場合には、ＮＩＣデータは６と換算される。

【0096】

また、広域航法の利用に供するため、日本では経路または空域ごとに許容される航法性能が指定されており、現在下記の表２に示す６つの航法性能が設定されている。

【0097】

【表2】

【0098】

表２は、日本で設定されている航法性能を示すもので、例えば、「ＲＮＰ４」として指定された経路または空域では、航法性能の指定されたＲＮＰ値は４であり、要求される航法精度としては「４ＮＭ以内」、即ち、誤差としては全飛行時間中少なくとも９５％は±４ＮＭの範囲になければならず、これをＮＩＣデータに換算すると「３以上」となる。従って、この「ＲＮＰ４」として指定された経路または空域を飛行する際には、ＮＩＣデータが３以上であることを求められることを示している。

【0099】

なお、現状では日本はＡＤＳ−Ｂを義務化してはいないが、米国などにおいては、ＡＤＳ−Ｂが義務化されており、ＡＤＳ−Ｂを義務化している経路または空域では、ＮＩＣデータが７以上であることが求められている。

【0100】

上記したように、航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局７では、このＮＩＣデータが航空機２の飛行している経路または空域において指定されるＲＮＰ値から換算したＮＩＣデータの条件を満たす場合に正常と判定し、満たさない場合には異常と判定する。例えば、上記例のように「ＲＮＰ４」として指定された経路または空域を航空機２が飛行している場合（指定されたＲＮＰ値が４の場合）、この指定されたＲＮＰ値から換算されるＮＩＣデータの条件は「３以上」であるので、ＮＩＣデータが３以上の場合は正常と判定される。同じ例において、ＮＩＣデータが２以下の場合には、上述したように当該航法を行ってはならないとＩＣＡＯにより規定されており、航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局７では、異常と判定され、その際、航空機２がＧＮＳＳを用いて航法を行っていた場合には、いわゆる“ＧＮＳＳアウテージ”となっていることを表わしている。

【0101】

次に、発明者がこの発明の航法性能の推定方法を用いて行った実験について、図３〜図６に基づいて詳細に説明する。図３は、同じ時間帯に付近を飛行中のＧＮＳＳを用いて航法を行う機能を備えた３機の航空機について、発明者がこの発明の航法性能の推定方法を用いて実験を行った際の実験装置の構成を示す概念図である。

【0102】

図４〜図６は、発明者がこの発明の航法性能の推定方法を用いて実験を行った際の実験結果を示す図で、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、航法にＧＮＳＳを用いて飛行中の航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）からそれぞれ送信されているＮＩＣデータ（以下、ＮＩＣデータ実際値と記す）を、発明者が実際に測定した結果を示している。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の水平方向の保護レベル（ＨＰＬ）の計算値を示す図、図６は図４に示すＮＩＣデータ実際値と、図５に示すＨＰＬをＮＩＣデータに換算したＮＩＣデータ推定値とを比較・判定する図である。

【0103】

まず、図３を用いて説明する。この実験においては、ＧＮＳＳに用いるＧＮＳＳ衛星として、ＧＰＳ衛星１（１ａ、１ｂ、１ｃ・・・）を用いており、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）は、ＡＤＳ−Ｂ情報を発信可能なモードＳトランスポンダ（応答装置）を搭載しており、ＡＤＳ−Ｂ情報を送信している。

【0104】

図３において、１３は１０９０ＭＨｚの周波数で送信されているモードＳ応答信号やＡＤＳ−Ｂ情報を受信可能な受信機で、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）から送信されているＡＤＳ−Ｂ情報を受信している。ＧＰＳ受信機１４は、ＧＰＳ衛星１（１ａ、１ｂ、１ｃ・・・）から送信されるＧＰＳ情報を受信し、ＰＣ１５は、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）から送信されるＡＤＳ−Ｂ情報からＮＩＣ実際値を取得するとともに、ＧＰＳ情報を用いて航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）のＮＩＣ推定値を求める計算処理を行っている。

【0105】

まず、図２におけるステップ１と同様に、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）から送信されているＡＤＳ−Ｂ情報を受信機１３で受信し、ＰＣ１５においてこのＡＤＳ−Ｂ情報をデコードして、図２におけるステップ２、ステップ３と同様に、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）のＮＩＣデータ実際値と、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の位置情報（座標、高度）を取得する。この取得したＮＩＣデータ実際値を図４に示す。

【0106】

図４は実際の測定結果を示し、（ａ）は航空機２Ａ、（ｂ）は航空機２Ｂ、（ｃ）は航空機２Ｃについて、それぞれ実際に取得したＮＩＣデータ（ＮＩＣデータ実際値）を示すもので、横軸は世界協定時（ＵＴＣ：Universal Time, Cordinated）（ｈ）、縦軸はＮＩＣデータ（指標につき無単位）を示している。

【0107】

例えば、図４（ａ）に示すように、航空機１２ＡからのＮＩＣデータ実際値は、５：４５（ｈ）〜５：５０（ｈ）頃迄は７であるが、５：５０（ｈ）頃から６に下がり、次いで、５：５３（ｈ）頃迄からは、再び７に上がることがわかる。

【0108】

一方、図２におけるステップ４と同様に、ＧＰＳ衛星１（１ａ、１ｂ、１ｃ・・・）から送信されるＧＰＳ情報をＧＰＳ受信機１４で受信する。この受信したＧＰＳ情報のうち、ＧＰＳ衛星１（１ａ、１ｂ、１ｃ・・・）の配置に関するパラメータと、ＰＣ１５で取得した航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の位置情報（座標、高度）と、予め登録されている航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の性能パラメータとを用いて、航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の位置に対応した航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の水平方向の保護レベル（ＨＰＬ）を算出する。このＰＣ１５で算出したＨＰＬデータを図５に示す。

【0109】

図５は、航空機の位置情報とＧＰＳ情報を用いてＨＰＬデータを計算した結果を示し、（ａ）は航空機２Ａ、（ｂ）は航空機２Ｂ、（ｃ）は航空機２Ｃについて、それぞれのＨＰＬデータを示すもので、横軸は世界協定時（ｈ）、縦軸はＨＰＬデータ（ｍ）を示している。また、この図５において、実線が航空機のＨＰＬデータ、点線はＮＩＣデータの６と７との境界である０．２（ＮＭ）を示している。図４に示す結果もその様になっているが、日本では、一日を通してどの場所でもＮＩＣデータが６〜７を示すことが普通であるので、この図５においては、ＮＩＣデータの６と７との境界を点線で示している。

【0110】

上述したように、ＮＩＣデータとＨＰＬデータとは表１に示す関係があり、この表１に基づいてＨＰＬデータをＮＩＣデータに換算する。このようにして求めた航空機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）のＮＩＣデータ推定値と、図４に示す取得したＮＩＣデータ実際値とを、図６に併せて示す。

【0111】

図６は、ＮＩＣデータ実際値と推定したＮＩＣデータ推定値とを比較評価するための図で、（ａ）は航空機２Ａ、（ｂ）は航空機２Ｂ、（ｃ）は航空機２Ｃについて、それぞれのＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値とを示すもので、実線は推定したＮＩＣデータ推定値を示し、・・・線は、図４に示すＮＩＣデータ実際値を示している。なお、横軸は世界協定時（ｈ）、縦軸はＮＩＣデータ（指標につき無単位）を示している。

【0112】

図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、航空機２Ａ〜航空機２Ｃにつて、いずれも実際のＮＩＣデータ実際値（・・・線で示す）と推定したＮＩＣデータ推定値（実線で示す）とは、ほぼ一致している。例えば、５：４５（ｈ）から推定しているＮＩＣ推定値は７であり、ほぼ同様に、実際のＮＩＣデータ実際値も７である。５：５０（ｈ）頃には、ＮＩＣ推定値及びＮＩＣデータ実際値ともに、６に下がり、又、５：５３（ｈ）頃には、ＮＩＣ推定値及びＮＩＣデータ実際値はともに、７に上がっており、ほぼ両ＮＩＣデータは一致していることが明らかである。図６に示す結果からわかるように、この発明による航法性能の推定方法を用いれば、地上にいながら、飛行中の航空機の航法性能を推定可能である。

【0113】

このように、この発明による航法性能の推定方法を用いれば、地上にいながら、飛行中の航空機の航法性能を推定可能であることから、この推定方法により求めたＮＩＣデータ推定値と、航空機から送信されるＡＤＳ−Ｂ情報やモードＳ情報（モードＳ応答信号）に含まれるＮＩＣデータ（ＮＩＣデータ実際値）とを比較するとともに、判定することで、航空機の航法性能の劣化を検出することが出来る。

【0114】

例えば、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値とが一致するとともに異常の場合（航空機２の位置において指定されるＲＮＰ値から換算したＮＩＣデータの条件を満たさない場合）、ＮＩＣデータ実際値が異常であることから、航空機は“ＧＮＳＳアウテージ”ではあるが、ＮＩＣデータ推定値もまた異常であることから、その原因はＧＮＳＳ衛星の配置が悪いためだと判断することが出来る。しかしながら、上述したように、通常は飛行前のフライトプラン作成時にＲＡＩＭ予測を行っているため、このような状況にはならない筈である。従って、フライトプラン作成時には把握できていなかった（メンテナンス等により）機能を発揮できないＧＮＳＳ衛星があることにより、ＧＮＳＳ衛星の配置が悪くなったと推測することが出来る。

【0115】

また、ＮＩＣデータ推定値が正常（航空機２の位置において指定されるＲＮＰ値から換算したＮＩＣデータの条件を満たす場合）で、ＮＩＣデータ実際値が異常の場合、ＮＩＣデータ実際値が異常であることから、航空機は“ＧＮＳＳアウテージ”であり、ＮＩＣデータ推定値が正常であることから、その原因はＧＮＳＳ衛星の配置が悪いためではなく、電波干渉等の何らかの外的要因により航空機におけるＧＮＳＳの受信環境が悪くなっているために、航空機の航法性能が劣化していると検出することが出来る。

【0116】

さらに、ＮＩＣデータ推定値とＮＩＣデータ実際値とがともに正常であったとしても、ＮＩＣデータ実際値がＮＩＣデータ推定値より２以上悪い場合、又は、ＮＩＣデータ実際値がＮＩＣデータ推定値より１悪い状態でしかないものの、その悪い状態が瞬間的な差異に収まらない場合、航空機は“ＧＮＳＳアウテージ”になってはいないものの、電波干渉等の何らかの外的要因、又は、本来想定されるＧＮＳＳの環境が想定よりも劣化していることにより航空機におけるＧＮＳＳの受信環境が悪くなっているために、航空機の航法性能が劣化していると検出することが出来る。

【0117】

なお、この実施例では、ＧＰＳ衛星及びＡＤＳ−Ｂ情報を利用しているが、これに限定されるものではなく、他の衛星、即ちＧＮＳＳ衛星に属する全ての衛星及びモードＳ情報でも同様であり、又、今後開発される他の放送システムであっても適用可能である。

【産業上の利用可能性】

【0118】

航法にＧＮＳＳを用いた移動体（車や船舶等）の航法システムに適用可能である。また、ＧＮＳＳを用いた航空機の衛星航法においては、ＧＮＳＳアウテージが大きな課題となっているが、将来的に、地上からのＧＮＳＳアウテージの原因究明の際や、航空機にその原因を知らせるシステムに利用可能である。

【0119】

ＩＣＡＯでは、航空機へＧＮＳＳサービスを提供する国が責任を持ってＧＮＳＳを監視する必要性を示しているが、この方針にも対応することができる。
ＧＮＳＳの監視については、日本においても発明者の属する研究所が中心となって技術開発を進めてきた経緯があり、ＩＣＡＯにおいて、この発明による監視方法が受け入れられる可能性が十分に見込める。

【符号の説明】

【0120】

１（１ａ、１ｂ、１ｃ・・・） ＧＮＳＳ衛星
２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・） 航空機
３（３ａ、３ｂ、３ｃ・・・） 航空機モニタ局
４（４ａ、４ｂ、４ｃ・・・） ＧＮＳＳモニタ局
５ ＧＮＳＳマスタ局
６ 航空機航法性能推定マスタ局
７ 航空機ＧＮＳＳ監視マスタ局
８ ネットワーク

【要約】

【課題】 航法にＧＮＳＳを用いた飛行中の航空機の航法性能を地上で推定するとともに、その劣化を検出する。
【解決手段】
既知点に設置された複数のモニタ局で受信したＧＮＳＳ衛星からの信号をもとに広域における正常なＧＮＳＳ情報を作成し、この広域における正常なＧＮＳＳ情報と、航空機の応答装置から送信される航空機の位置情報とから、航空機の位置に対応した航空機の水平方向の保護レベル（ＨＰＬ）データを求め、このＨＰＬデータをＮＩＣデータに換算することで、航空機の位置における航法性能を表す情報（ＮＩＣデータ推定値）を推定する。さらに、このＮＩＣデータ推定値と、航空機の応答装置から送信されるＮＩＣデータ（実際値）とを比較するとともに判定し、ＮＩＣデータ推定値が正常でＮＩＣデータ実際値が異常の場合、航空機の航法性能の劣化と検出する。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】