JP3956024B2 - GP path prediction method for ILS glide path apparatus - Google Patents
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Description
この発明は、計器着陸装置(以下、ILSと記す)におけるグライドパス装置のGPパスが、積雪により生じる空間誤差を監視するためのGPパス予測方法に関し、特にCAT3のためのGPパス予測方法に関するものである。 The present invention relates to a GP path prediction method for monitoring a spatial error caused by snow on a GP path of a glide path device in an instrument landing device (hereinafter referred to as ILS), and more particularly to a GP path prediction method for CAT3. It is.
ILSは、視界不良の場合に使用する着陸システムであり、垂直方向の進入コース情報を与えるグライドパス装置(以下、単にGPと記す)と、水平方向の進入コース情報を与えるローカライザ装置と、空港からの距離情報を与える3つのマーカ装置とにより構成されている。 ILS is a landing system used in the case of poor visibility, a glide path device (hereinafter simply referred to as GP) that gives vertical approach course information, a localizer device that gives horizontal approach course information, and an airport. It is comprised with three marker apparatuses which give the distance information.
そのうちGPでは、航空機に水平垂直情報を与えるGPパスの作成に地面からの反射波を利用している。従って、地面反射の反射率が変われば、GPパスも変わることとなるので、降雪地域にある空港では、GP反射面に積もった雪により、反射率が変動し、それにつれてGPパスが変化する。 Among them, the GP uses a reflected wave from the ground to create a GP path that gives horizontal and vertical information to the aircraft. Therefore, if the reflectance of the ground reflection changes, the GP path also changes. Therefore, at an airport in a snowfall area, the reflectance varies due to snow accumulated on the GP reflecting surface, and the GP path changes accordingly.
例えば、図16に示すように、GP進入コース90は、GPアンテナの前方300mまでのフレネル反射面83上に設定された3つの反射点(図示せず)からの反射波を利用して形成されるが、フレネル反射面83に雪が積もると反射点が変化するとともに、積雪層内では透過した電波が多重反射する等の理由により、GP進入コース90は複雑に変化する。 For example, as shown in FIG. 16, GP approach course 90 is formed by utilizing the reflected waves from three reflection points set on the Fresnel reflecting surface 83 to 300m ahead of GP antenna (not shown) However, when snow accumulates on the Fresnel reflection surface 83, the reflection point changes, and the GP approach course 90 changes in a complex manner due to multiple reflections of radio waves transmitted through the snow layer.
一方、GPパスの監視に関するものとしては、フィールドモニタ80がある。このフィールドモニタ80では、GPアンテナ81の前方75mの位置に、フィールドモニタアンテナ82を設置して、モニタ信号を受信して、GPのパス角(3度)の変化、変調度および電界強度を監視している。このように、このフィールドモニタ80では、GP送信装置(図示せず)が故障していないか否かを監視しているものであり、フレネル反射面83上の雪の影響は考慮されておらず、フレネル反射面83上の積雪によるGP進入コース90の変化は全く監視されていない。 On the other hand, there is a field monitor 80 related to GP path monitoring. In this field monitor 80, a field monitor antenna 82 is installed at a position 75 m ahead of the GP antenna 81, receives a monitor signal, and monitors a change in GP path angle (3 degrees), a modulation degree, and an electric field strength. is doing. As described above, the field monitor 80 monitors whether or not the GP transmitter (not shown) has failed, and does not consider the influence of snow on the Fresnel reflecting surface 83. The change of the GP approach course 90 due to snow on the Fresnel reflecting surface 83 is not monitored at all.
即ち、GPのフィールドモニタ80では、地面反射係数の季節変動を一定にするため、GPアンテナ81とフィールドモニタアンテナ82間に電波反射用の金網(図示せず)を敷設するとともに、この金網上に5cm厚のアスファルト舗装を敷いたモニタ反射板84を設置している。しかし、このモニタ反射板84上に積もった雪が融雪するときには、広開口のGPアンテナ81とフィールドモニタアンテナ82との近接位相効果の相乗効果により、モニタ指示値にシステム停止に至る大きな変動が生じることがある。このためフィールドモニタ80ではモニタ反射板84の除雪を頻繁にし、雪の影響を排除している。88はGP反射面中心線である。 That is, in the GP field monitor 80, in order to make the seasonal variation of the ground reflection coefficient constant, a radio wave reflection wire mesh (not shown) is laid between the GP antenna 81 and the field monitor antenna 82, and on this wire mesh. A monitor reflector 84 laid with 5 cm thick asphalt pavement is installed. However, when the snow accumulated on the monitor reflecting plate 84 melts, the monitor indication value fluctuates greatly due to the synergistic effect of the proximity phase effect of the wide aperture GP antenna 81 and the field monitor antenna 82. There is. For this reason, the field monitor 80 frequently removes snow from the monitor reflector 84 to eliminate the influence of snow. Reference numeral 88 denotes a GP reflecting surface center line.
実際の積雪によるGP進入コースの変化は、飛行検査以外に監視する方法がないのが実情であるが、その飛行検査も、冬季の気象条件では、視界が悪く、有視界飛行で、即ち、目視での飛行をしなくてはならない飛行検査の実施は、困難であるという問題点がある。 The actual change in the GP approach course due to actual snow cover is that there is no way to monitor other than flight inspection, but the flight inspection also has poor visibility under winter weather conditions, and is in visual flight. There is a problem that it is difficult to carry out a flight inspection that requires flying at the airport.
このため、降雪地の空港ではその対処法として、GPアンテナ81から300mに渡ってGP反射面(フレネル反射面)83上の積雪を圧雪したり、除雪したりして、その雪深が30cm以下となるようにし、この30cm領域85aの圧雪面85から傾斜させた傾斜面86から自然積雪面87へと連設した階段状積雪構造にして、GP進入コースが基準値からずれるのを防止するように努めている。しかしながら、冬季の降雪時には、降雪量は時々刻々変化し、その雪深が変動する。そのため、30cm領域85aの圧雪や除雪作業に伴う費用や人手がかさみ、又、飛行検査の結果では、傾斜面86領域においてGP電波が反射して、多重反射が発生し、進入コースのパス幅が広がるという問題がある。 For this reason, at snowy airports, as a countermeasure, the snow depth on the GP reflecting surface (Fresnel reflecting surface) 83 is reduced or removed from the GP antenna 81 by 300 m, and the snow depth is 30 cm or less. In order to prevent the GP approach course from deviating from the reference value, a stepped snow structure is provided in which the inclined surface 86 inclined from the pressure snow surface 85 in the 30 cm region 85a is connected to the natural snow surface 87. We are striving to However, during snowfall in winter, the amount of snowfall changes from moment to moment, and the snow depth fluctuates. Therefore, the cost and labor involved in the snow pressure removal and snow removal work in the 30 cm region 85a are heavy, and in the result of the flight inspection, GP radio waves are reflected in the inclined surface 86 region, multiple reflection occurs, and the path width of the approach course is increased. There is a problem of spreading.
このように、積雪によるGP進入コースの変化を監視する方法は未だ有効なものは確立されていない。さらに、降雪地の空港では、現状のILSを高度運用するニーズが増大してきている。以上のことを勘案すれば、積雪によるGP進入コースの予測技術の開発が急務となっている。 Thus, an effective method for monitoring changes in the GP approach course due to snow accumulation has not yet been established. Furthermore, there is a growing need for advanced operation of the current ILS at airports in snowy areas. Considering the above, it is an urgent task to develop a technique for predicting a GP approach course by snow.
現行の空港で使用されているILSのCAT1(Category 1)では、GP反射面の除雪基準は30cm以下であると規定されているため、降雪時には、常にGP反射面の除雪基準が30cm以下となるように、除雪車両により圧雪除雪される。このように、CAT1では、積雪の雪深のみを用いた除雪基準が用いられている。そのためには、積雪の雪質(雪質により誘電率が異なる)と積雪深を正確に測定する必要である。 ILS CAT1 (Category 1) used at current airports stipulates that the snow removal standard for GP reflective surfaces is 30 cm or less, so the snow removal standard for GP reflective surfaces is always 30 cm or less during snowfall. As described above, the snow is removed by the snow removal vehicle. As described above, in CAT1, a snow removal standard using only the snow depth of snow is used. For this purpose, it is necessary to accurately measure the snow quality of snow (dielectric constant varies depending on snow quality) and snow depth.
そこで、発明者等は、積雪時のGP進入コースの変化を予測する予測システムを提供することを課題とし、この課題を解決する手段としてフレネル反射面83等の積雪の誘電率及びその時の雪深によるパス角変化を求めて高精度のGP進入コースを予測することの出来る方法及びその装置に関する発明をし、すでに特許出願した。 Accordingly, the inventors have an object to provide a prediction system for predicting a change in the GP approach course at the time of snowfall. As means for solving this problem, the dielectric constant of the snow cover such as the Fresnel reflecting surface 83 and the snow depth at that time. An invention relating to a method and apparatus for predicting a high-accuracy GP approach course by obtaining a change in the path angle due to the above has already been filed.
これは、図17に示すように、まず、GP進入コースに影響する積雪の反射面は、一定雪深の圧雪面から傾斜面を介して自然積雪面へと連設する階段状積雪構造のGP反射面とこのGP反射面の前方に位置する前方地形が形成する前方地形反射面とである。そこで、GP反射面と前方地形反射面との積雪深を、GP反射面に設置されている雪深測定装置115で計測する。 As shown in FIG. 17, first, the snow reflecting surface that influences the GP approach course is a GP having a stepped snow structure that is connected from a compressed snow surface having a constant snow depth to a natural snow surface through an inclined surface. A reflection surface and a front terrain reflection surface formed by a front terrain located in front of the GP reflection surface. Therefore, the snow depth between the GP reflecting surface and the front terrain reflecting surface is measured by the snow depth measuring device 115 installed on the GP reflecting surface.
一方、階段状積雪構造を表す形状データを、階段状積雪形状データ発生部116で作成し、この作成した形状データをデータファイルに格納する。さらに、GP反射面の前方に位置する前方地形の前方地形データ111を、前方地形データ発生部117で作成し、この作成した前方地形データをデータファイルに格納する。 On the other hand, the shape data representing the staircase snow cover structure is created by the staircase snow cover shape data generation unit 116, and the created shape data is stored in the data file. Further, the front topography data 111 of the front topography located in front of the GP reflecting surface is created by the front topography data generation unit 117, and the created front topography data is stored in the data file.
次いで、階段状積雪構造をなす積雪の代表的な誘電率を、誘電率発生装置114により計測し、この計測した誘電率をデータファイルに格納するとともに、このデータファイルに格納されている各誘電率のそれぞれ測定時における各雪深を、雪深測定装置115により測定し、グライドパスのGPアンテナ81の高さデータを予測計算装置118に入力し、それぞれ求めた形状データと前方地形データと代表的な誘電率とこの時の前記雪深とを、データファイルから読み出して予測計算装置に入力する。 Next, a typical dielectric constant of the snow that forms the stepped snow structure is measured by the dielectric constant generator 114, and the measured dielectric constant is stored in a data file and each dielectric constant stored in the data file is also measured. Each snow depth at the time of each measurement is measured by the snow depth measuring device 115, and the height data of the GP antenna 81 of the glide path is input to the prediction calculating device 118, and the obtained shape data, forward terrain data, and representative The dielectric constant and the snow depth at this time are read from the data file and input to the prediction calculation device.
すると、この予測計算装置118では、階段状積雪構造の圧雪面及び傾斜面における反射係数を、GPアンテナ81から受信点迄の距離を変えて順次求めるとともに、これらの求めた各反射係数からそれぞれ反射波の電界強度を求め、同様にして前方地形による電波の波を、順次求めるとともに、これらの求めた各回折波の電界強度を求め、さらに、受信点における直接波を、GPアンテナから受信点迄の距離を変えて順次求めるとともに、これらの求めた各直接波の電界強度を求める。 Then, the prediction calculation device 118 sequentially obtains the reflection coefficient on the compressed snow surface and the inclined surface of the stepped snow accumulation structure while changing the distance from the GP antenna 81 to the reception point, and reflects each of the obtained reflection coefficients. The electric field strength of the wave is obtained, and similarly, the wave of the radio wave from the frontal topography is obtained sequentially, and the electric field strength of each of the obtained diffracted waves is obtained. Further, the direct wave at the receiving point is transmitted from the GP antenna to the receiving point. Are obtained sequentially while changing the distance, and the electric field strength of each of the obtained direct waves is obtained.
予測計算装置118において、GPアンテナ81の高さデータとこのGPアンテナから受信点迄の距離を変えて求めた各反射波と各直接波と各回折波のそれぞれ各電界強度とから、パス角の変化とパス幅の変化とを求めてグライドパスのGP進入コース108を予測するようにしたものである。
先に発明者等が出願した発明では、CAT1の除雪方法を採用している。これは、GP反射面に立てた複数の雪深測定装置の積雪深計(実施例では6本)により、GP反射面の積雪深を監視し、積雪表面を完全導体反射モデルに置換して各積雪深計からのデータを平均化して雪深を測定している。しかしながら、GP反射面の除雪基準が30cm以下となるように、除雪車両が走行する際、積雪深計を倒さないように走行するため、図1aに示すように、場所によっては、特に、埋め込まれた積雪深計の近辺では、積雪深が異なる残留積雪部分が発生する。従って、積雪の縦断面は、表層に新雪が堆積する2層から3層構造となる。そのため、積雪表面を完全導体反射モデルに置換して計算するGPパス予測方法では、予測精度が低く、飛行実験結果と合わなかった。そのため、高精度のGPパス予測方法の開発が要望されている。 In the invention previously filed by the inventors, the snow removal method of CAT1 is adopted. This is because the snow depth of the GP reflecting surface is monitored by a snow depth meter (six in the embodiment) of a plurality of snow depth measuring devices standing on the GP reflecting surface, and the snow surface is replaced with a complete conductor reflection model. The snow depth is measured by averaging the data from the snow depth gauge. However, when the snow removal vehicle travels so that the snow removal standard of the GP reflecting surface is 30 cm or less, it travels so as not to tilt the snow depth meter. Therefore, as shown in FIG. In the vicinity of the snow depth gauge, there are residual snow areas with different snow depths. Therefore, the vertical section of the snow cover has a two-layer to three-layer structure in which fresh snow accumulates on the surface layer. Therefore, the GP path prediction method that calculates by replacing the snow surface with a complete conductor reflection model has a low prediction accuracy and does not match the flight experiment results. Therefore, development of a highly accurate GP path prediction method is desired.
さらに、積雪の誘電率は反射法や透過法で測定するため、測定アンテナが大きくなり、そのため、誘電率測定装置が大型となる。このような大型の誘電率測定装置をGP反射面に設置することになるため、反射法や透過法で誘電率を測定することは、その実施が難しくなるとの問題が発生した。そして、より小型の誘電率測定装置が求められていた。 Furthermore, since the dielectric constant of snow is measured by a reflection method or a transmission method, the measurement antenna becomes large, and therefore the dielectric constant measurement device becomes large. Since such a large dielectric constant measuring device is installed on the GP reflection surface, there is a problem that it is difficult to measure the dielectric constant by a reflection method or a transmission method. There has been a demand for a smaller dielectric constant measuring apparatus.
又、青森空港等のような豪雪地帯でも、近い将来、CAT3化(除雪基準は10cm以下と規定されている)が予定されている。しかしながら、CAT3になると、自動着陸を基本モードとする高度な運行方法に切り替わることになるため、積雪によるGPパスの偏位は、重大な事故につながる可能性があり、これは、システムの信頼性が低下する一要因となっているため、GPパスの監視は重要な課題となっている。 Even in heavy snowfall areas such as Aomori Airport, CAT3 (snow removal standards are defined as 10 cm or less) is scheduled in the near future. However, in CAT3, it will switch to an advanced operation method that uses automatic landing as the basic mode. Therefore, the deviation of the GP path due to snow accumulation may lead to a serious accident. Is one of the factors that cause a decrease in the GP path, and monitoring the GP path is an important issue.
積雪時におけるGPパスの偏位は,GP反射面の積雪状態に依存している。そのため、GPパスを監視するためには、積雪状態を監視し、除雪基準に従って除雪作業が行われなければならない。しかしながら、青森空港等のように、積雪量の多い豪雪地帯では、冬季にCAT3の運用を行う場合、現行のCAT1の除雪基準である30cmで、CAT3の除雪基準である10cmの除雪を行うことは、除雪が間に合わなくなるので、除雪基準の大幅な緩和が要望されている。 The deviation of the GP path during snow accumulation depends on the snow accumulation state of the GP reflecting surface. Therefore, in order to monitor the GP path, it is necessary to monitor the snow accumulation state and perform snow removal work according to the snow removal standard. However, in heavy snowfall areas such as Aomori Airport, when operating CAT3 in the winter, it is possible to remove snow of 10 cm, which is the current CAT1 snow removal standard, and 30 cm, which is the current CAT1 snow removal standard. Since snow removal will not be in time, there is a demand for significant relaxation of snow removal standards.
このような豪雪地帯でILSのCAT3化を図るためには、除雪基準を現行のCAT1の基準である30cm程度迄緩和する必要がある事、さらに、GP反射面の積雪によってGPパスが規定値を逸脱し、ILSの信頼性が低下しないように降雪期には、GPパスを監視し、GPパスを予測する必要がある事との2つの課題の解決を目的とした。 In order to make ILS CAT3 in such a heavy snowfall area, it is necessary to relax the snow removal standard to about 30 cm which is the standard of the current CAT1, and further, the GP path becomes the specified value due to the snow on the GP reflecting surface. The purpose was to solve the two problems that it was necessary to monitor the GP path and predict the GP path during the snowfall period so as not to deviate and reduce the reliability of the ILS.
請求項1に係る発明は、GP反射面の前方に位置する前方地形が形成する前方地形データと、GP反射点が同じ高さに除雪された層構造をなす一定積雪深のスノーデータと、GP反射点が不均一な高さに除雪された層構造をなす不等積雪深のスノーデータとをGP反射面の基本積雪形状データとして、それぞれデータファイルに格納したILSのグライドパス装置のGPパス予測方法において、少なくともアッパー素子、ミドル素子、ロー素子の3素子のアンテナ高、滑走路からのGPアンテナのオフセット量を設定し、基本積雪形状データ、GP反射面の横断勾配データ、縦断勾配データを、データファイルから読み込むとともに、GP反射面をメッシュのデータ列に変換し、一定積雪深または不等積雪深の積雪の誘電率を、誘電率測定センサとして共振型センサにより計測するとともに、各誘電率の測定時における各雪深を積雪深計により測定し、測定した誘電率と、この誘電率の測定時の積雪深と、データファイルから一定積雪深または不等積雪深の縦断方向のメッシュのデータ列と、GPアンテナの高さデータとをいずれも少なくとも3点読み込み、GPアンテナから受信点までの距離を可変とする下記(1)〜(5)を繰り返し処理し、(1)メッシュのデータ列から反射点を推定し、(2)反射点、GPアンテナ虚像及び受信点からの伝搬経路を求め、(3)積雪の反射係数を求め、(4)直接波を求め、(5)GP反射面の前方に位置する前方地形が形成する前方地形データから前方地形の回折波を求め、このようにして求めたそれぞれ2周波の前記直接波と反射波と回折波とを加算して、ILS受信機の入力信号を求め、このILS入力信号から機上受信器の受信指示値DDMを求めるようにしたものである。 The invention according to claim 1 includes forward terrain data formed by forward terrain located in front of the GP reflecting surface, snow data of a constant snow depth that forms a layer structure in which the GP reflection points are removed at the same height, and GP GP path prediction of the ILS glide path device storing the snow data of unequal snow depth, which forms a layered structure where snow is removed at uneven heights of reflection points, as basic snow shape data of the GP reflecting surface, respectively, in a data file In the method, at least the antenna height of the three elements of the upper element, the middle element, and the low element, the offset amount of the GP antenna from the runway are set, the basic snow shape data, the transverse gradient data of the GP reflecting surface, the longitudinal gradient data, In addition to reading from the data file, the GP reflection surface is converted to a mesh data string, and the permittivity of the snow cover at a constant or uneven snow depth is measured. In addition to measuring with a resonance type sensor, each snow depth at the time of measuring each dielectric constant is measured with a snow depth meter, and the measured dielectric constant, the snow depth at the time of measuring this dielectric constant, and a constant snow cover from the data file The following (1) to (5), in which at least three points of the mesh data string in the longitudinal direction of the depth or uneven snow depth and the height data of the GP antenna are read and the distance from the GP antenna to the receiving point is variable. ) Is repeated, (1) the reflection point is estimated from the mesh data string, (2) the propagation path from the reflection point, the GP antenna virtual image and the reception point is obtained, (3) the reflection coefficient of snow is obtained, 4) A direct wave is obtained, and (5) a diffracted wave of the front terrain is obtained from the front terrain data formed by the front terrain located in front of the GP reflecting surface, and the direct wave and the reflection of each of the two frequencies thus obtained are obtained. wave By adding the diffracted wave, obtains an input signal ILS receiver, in which was set to determine the received instruction value DDM airborne receiver from the ILS input signal.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の発明において、図形表示部に、少なくともGPパス特性、GPパス幅特性、積雪深と雪質の誤差と予想降雪量に基づくGPパスの誤差計算図、基本積雪形状を表示するようにしたものである。 The invention according to claim 2 is the GP path error calculation based on at least the GP path characteristic, the GP path width characteristic, the snow depth and the snow quality error, and the predicted snowfall amount in the graphic display unit in the invention according to claim 1. The figure shows the basic snow cover shape.
請求項3に係る発明は、請求項1〜請求項2にそれぞれ記載の発明において、誘電率を測定する誘電率測定センサは、積雪深方向に配列した共振型センサを用いて測定するようにしたものである。 According to a third aspect of the present invention, in the first and second aspects of the present invention, the dielectric constant measurement sensor for measuring the dielectric constant is measured using a resonance type sensor arranged in the snow depth direction. Is.
請求項4に係る発明は、請求項1〜請求項2にそれぞれ記載の発明において、誘電率を測定する誘電率測定センサは、大地面に設置する構造の共振型センサを用いて測定するようにしたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the dielectric constant measurement sensor for measuring the dielectric constant is measured using a resonance type sensor having a structure installed on the ground plane. It is a thing.
請求項5に係る発明は、請求項1〜請求項4にそれぞれ記載の発明において、積雪の雪質の相違は、誘電率の測定値を用いるようにしたものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the inventions according to the first to fourth aspects of the present invention, the difference in snow quality of the snow is obtained by using a measured value of dielectric constant.
請求項6に係る発明は、請求項1〜請求項5にそれぞれ記載の発明において、一定積雪深に除雪した後、3素子アンテナのいずれか1箇所の反射点の積雪深を、積雪深計により測定するようにしたものである。 The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, wherein after removing snow to a constant snow depth, the snow depth at a reflection point of any one of the three-element antennas is measured by a snow depth meter. It is to be measured.
請求項7に係る発明は、請求項1〜請求項5にそれぞれ記載の発明において、不等積雪深に除雪する場合には、3素子アンテナの各反射点の積雪面に、高さの異なる除雪キャップを内挿するようにしたものである。 The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 5, wherein when removing snow at an unequal snow depth, snow removal with different heights is performed on the snow surface of each reflection point of the three-element antenna. A cap is inserted.
請求項1に係る発明は、上記のように構成したので、反射波は、GP反射面の積雪面が、縦断方向及び横断方向の3次元の積雪表面形状についても解析可能となり、従来方法より高精度にGPパスを監視し、予測することが出来る。 Since the invention according to claim 1 is configured as described above, the reflected wave can be analyzed on the snow surface of the GP reflecting surface even in the three-dimensional snow surface shape in the longitudinal direction and the transverse direction, which is higher than the conventional method. The GP path can be accurately monitored and predicted.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、上記のように構成したので、図形表示部に、少なくともGPパス特性、GPパス幅特性、積雪深と雪質の誤差と予想降雪量に基づくGPパスの誤差計算図、基本積雪形状を表示するようにしたから、必要なデータを明確に表示することが出来る。 Since the invention according to claim 2 is configured as described above in the invention according to claim 1, at least the GP path characteristics, the GP path width characteristics, the snow depth and snow quality errors and predictions are displayed on the graphic display unit. Since the error calculation diagram of the GP path based on the amount of snowfall and the basic snow cover shape are displayed, necessary data can be clearly displayed.
請求項3に係る発明は、請求項1〜請求項2に記載の発明において、上記のように構成したので、請求項1及び請求項2に記載の発明の効果があるとともに、誘電率を測定する装置としては、従来の測定装置より格段に小型化、軽量化することが出来る。又、従来のセンサは、地中に埋め込まれることによる積雪の膨張収縮に伴う金属疲労が発生し、長期の使用には問題があったが、共振型センサは、積雪深方向に配列されており、従来のように、地中に埋め込む必要はないので、長期使用に対しても耐久性がある。さらに、共振型センサへの積雪量を最小にすることが出来るとともに、共振型センサの下方に、積雪によるひさしのような空洞部分が形成されることもないので、正確な誘電率を測定することが出来る。又、除雪車の邪魔になることもなく、複雑な測定機器の校正も不要である。 Since the invention according to claim 3 is configured as described above in the invention according to claims 1 and 2, the effect of the invention according to claims 1 and 2 is obtained, and the dielectric constant is measured. As a device to perform, it can be much smaller and lighter than conventional measuring devices. In addition, the conventional sensor suffered from metal fatigue due to snow expansion and contraction due to being buried in the ground, and there was a problem for long-term use. However, the resonance type sensors are arranged in the snow depth direction. Since it is not necessary to embed in the ground as in the prior art, it is durable even for long-term use. In addition, the amount of snow on the resonant sensor can be minimized, and a hollow portion like eaves due to snow is not formed below the resonant sensor, so an accurate dielectric constant must be measured. I can do it. Also, it does not get in the way of the snowplow and it is not necessary to calibrate complicated measuring equipment.
請求項4に係る発明は、請求項1〜請求項2に記載の発明において、上記のように構成したので、請求項2に係る発明と同様な効果がある。さらに、除雪車は、大地面に設置されている共振型センサの上を走行可能であるから、除雪作業の邪魔になることもない。又、積雪深が異なる残留積雪部分が発生することもない。 Since the invention according to claim 4 is configured as described above in the invention according to claims 1 and 2, the same effect as the invention according to claim 2 is obtained. Furthermore, since the snowplow can run on the resonance sensor installed on the ground, it does not interfere with the snow removal work. In addition, there is no occurrence of residual snow portions having different snow depths.
請求項5に係る発明は、請求項1〜請求項4に記載の発明において、上記に記載の発明において、上記のように構成したので、積雪の雪質、即ち、みぞれ雪、あられ等のような雪質の相違は、誘電率の相違となるから、その誘電率の測定値を用いることにより、雪質の相違についてもGPパスの予測計算に導入することが出来る。 Since the invention according to claim 5 is configured as described above in the invention according to claims 1 to 4 in the invention described in the above, the snow quality of snow, that is, sleet snow, hail, etc. Since the difference in the snow quality is the difference in the dielectric constant, the difference in the snow quality can be introduced into the GP path prediction calculation by using the measured value of the dielectric constant.
請求項6に係る発明は、請求項1〜請求項5に記載の発明において、上記のように構成したので、除雪作業が容易であるとともに、積雪深が異なる残留積雪部分が発生することもない。さらに、積雪深と誘電率の変化が均一化されるので、1点の測定結果を反射面の雪質として代表させることが出来る。 Since the invention which concerns on Claim 6 was comprised as mentioned above in the invention of Claims 1-5, it is easy to remove snow, and it does not generate | occur | produce the residual snow cover part from which snow cover depth differs. . Further, since changes in snow depth and dielectric constant are made uniform, the measurement result at one point can be represented as the snow quality of the reflecting surface.
請求項7に係る発明は、請求項1〜請求項5に記載の発明において、上記のように構成したので、除雪の際の目印として除雪することが出来るから除雪作業が容易である。さらに、除雪車は除雪キャップ上を通過することも可能であるから、積雪深が異なる残留積雪部分が発生することもない。 Since the invention which concerns on Claim 7 was comprised as mentioned above in the invention of Claims 1-5, since it can remove snow as a mark at the time of snow removal, snow removal work is easy. Furthermore, since the snowplow can pass over the snow removal cap, there is no occurrence of residual snow accumulation portions having different snow accumulation depths.
少なくともアッパー素子、ミドル素子、ロー素子の3素子のアンテナ高、滑走路からのGPアンテナのオフセット量を設定し、基本積雪形状データ、GP反射面の横断勾配データ、縦断勾配データを、データファイルから読み込むとともに、GP反射面をメッシュのデータ列に変換し、一定積雪深または不等積雪深の積雪の誘電率を、誘電率測定センサとして共振型センサにより計測するとともに、各誘電率の測定時における各雪深を積雪深計により測定し、測定した誘電率と、この誘電率の測定時の積雪深と、データファイルから一定積雪深または不等積雪深の縦断方向のメッシュのデータ列と、GPアンテナの高さデータとをいずれも少なくとも3点読み込む。 Set at least the antenna height of the upper element, middle element, and low element, the offset amount of the GP antenna from the runway, and the basic snow shape data, the cross slope data of the GP reflecting surface, and the longitudinal gradient data from the data file At the same time, the GP reflection surface is converted into a mesh data string, and the dielectric constant of snow with a constant snow depth or uneven snow depth is measured by a resonance sensor as a dielectric constant measurement sensor, and at the time of measuring each dielectric constant Each snow depth is measured with a snow depth meter, the measured dielectric constant, the snow depth at the time of measurement of this dielectric constant, the mesh data string in the longitudinal direction of constant snow depth or uneven snow depth from the data file, and GP At least three points of antenna height data are read.
次いで、GPアンテナから受信点までの距離を可変とする下記(1)〜(5)を繰り返し処理し、(1)メッシュのデータ列から反射点を推定し、(2)反射点、GPアンテナ虚像及び受信点からの伝搬経路を求め、(3)積雪の反射係数を求め、(4)直接波を求め、(5)GP反射面の前方に位置する前方地形が形成する前方地形データから前方地形の回折波を求め、このようにして求めたそれぞれ2周波の直接波と反射波と回折波とを加算して、ILS受信機の入力信号を求め、このILS入力信号から機上受信器の受信指示値DDMを求め、図形表示部に、少なくともGPパス特性、GPパス幅特性、積雪深と雪質の誤差と予想降雪量に基づくGPパスの誤差計算図、基本積雪形状を表示する。 Next, the following (1) to (5) in which the distance from the GP antenna to the reception point is made variable are repeatedly processed, (1) the reflection point is estimated from the mesh data string, and (2) the reflection point and the GP antenna virtual image. And the propagation path from the receiving point, (3) the snow reflection coefficient, (4) the direct wave, and (5) the front terrain from the front terrain data formed by the front terrain located in front of the GP reflecting surface. The diffracted wave is obtained, and the direct wave, the reflected wave and the diffracted wave of the two frequencies obtained in this way are added to obtain the input signal of the ILS receiver, and the on-board receiver receives the signal from the ILS input signal. The indication value DDM is obtained, and at least the GP path characteristics, the GP path width characteristics, the snow depth and snow quality errors, the GP path error calculation chart based on the predicted snowfall amount, and the basic snow cover shape are displayed on the graphic display unit.
この発明の実施例を、図1b〜図15に基づいて詳細に説明する。
図1b〜図1cは、GP反射面の基本積雪深形状をモデル化したもので、図1bはGP反射点が同じ高さに除雪された層構造をなす一定積雪深のGP反射面(以下、単に一定積雪深と記す)、図1cはGP反射点が不均一な高さに除雪された層構造をなす不等積雪深のGP反射面(以下、単に不等積雪深と記す)をそれぞれ示している。
An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
FIGS. 1b to 1c are models of the basic snow depth shape of the GP reflecting surface, and FIG. 1b is a GP reflecting surface (hereinafter referred to as a “slave depth”) having a layer structure in which the GP reflecting points are removed at the same height. Fig. 1c shows the GP reflecting surface of the unequal snow depth (hereinafter, simply referred to as the unequal snow depth) that forms a layer structure in which the snow is removed to a non-uniform height at the GP reflection point. ing.
図2は、積雪の誘電率を測定する誘電率測定装置の構成図、図3a〜図3bは除雪キャップ7の斜視図で、図3aはミドル素子アンテナの反射点付近に設置する雪深30cmの除雪キャップ7a、図3bはアッパー素子アンテナとロー素子アンテナの反射点付近に設置する積雪深10cmの除雪キャップ7bである。図4は除雪キャップ7の配置図、図5は予測計算部8の構成図である。 FIG. 2 is a configuration diagram of a dielectric constant measuring device for measuring the dielectric constant of snow, FIGS. 3a to 3b are perspective views of the snow removal cap 7, and FIG. 3a is a snow depth of 30 cm installed near the reflection point of the middle element antenna. The snow removal cap 7a, FIG. 3b is a snow removal cap 7b having a snow depth of 10 cm installed near the reflection point of the upper element antenna and the low element antenna. FIG. 4 is a layout diagram of the snow removal cap 7, and FIG. 5 is a configuration diagram of the prediction calculation unit 8.
GP反射面の形状は、GPのGPパスの形成に大きな影響がある。例えば、発明者等が実験した青森空港のGP反射面は、図1bに示す一定積雪深の場合及び図1cに示す不等積雪深の場合には、いずれも1.5%の横断勾配と0.15%の縦断勾配を持ち、積雪縦断面の雪質は、下層新雪と上層新雪とがあり、機械圧雪によりしまり雪またはざらめ雪となっている。さらに表層は表層新雪となっている。 The shape of the GP reflecting surface has a great influence on the formation of the GP path of the GP. For example, the GP reflecting surface of Aomori Airport, which the inventors have experimented, has a cross slope of 1.5% and 0 for both the constant snow depth shown in FIG. 1b and the unequal snow depth shown in FIG. 1c. It has a vertical gradient of 15%, and the snow quality of the vertical section of the snow has lower fresh snow and upper fresh snow. Furthermore, the surface is fresh snow.
図1b〜図1cにおいて、1はGPアンテナ、2は積雪深計、3はGP反射点で、この実施例では3点測定する。4は誘電率測定センサで、この実施例では、積雪深方向に配列した共振型センサ4aと大地面に設置する構造の共振型センサ4bとが使用されている。5は除雪車である。 1b to 1c, 1 is a GP antenna, 2 is a snow depth meter, and 3 is a GP reflection point. In this embodiment, three points are measured. Reference numeral 4 denotes a dielectric constant measuring sensor, and in this embodiment, a resonant sensor 4a arranged in the snow depth direction and a resonant sensor 4b having a structure installed on the ground are used. 5 is a snowplow.
なお、誘電率測定センサ4として、大地面に設置する構造の共振型センサ4bは、除雪作業の際、除雪車5がこの共振型センサ4bの埋設されている箇所を走行しても破壊されることはないので、残留積雪部分が発生することはない。 Note that the resonance type sensor 4b having a structure installed on the ground as the dielectric constant measurement sensor 4 is destroyed even when the snowplow 5 travels in a place where the resonance type sensor 4b is buried during snow removal work. There will be no residual snow.
図2において、誘電率測定センサ4としての共振型センサ4a、4bとしては、中層、表層の雪質測定用としての積雪深方向に立設されている支柱10に沿って、複数配列されている共振型センサ4aと下層積雪の雪質測定用として大地面設置構造の共振型センサ4bとが使用されている。又、共振型センサ4a、4bは、PTFE(商品名:テフロン(登録商標))等の耐腐食性の誘電体板中に組み入れた平行型2線または3線からなる電気的長さが半波長あるいは1/4波長の形状を有する分布線路型共振器で、UHF帯(1GHz付近)で自由共振する共振器ある。 In FIG. 2, a plurality of resonance sensors 4 a and 4 b as the dielectric constant measurement sensor 4 are arranged along the support pillars 10 standing in the snow depth direction for measuring the snow quality of the middle layer and the surface layer. The resonance type sensor 4a and the resonance type sensor 4b having a large ground installation structure are used for measuring snow quality of the lower layer snow. The resonant sensors 4a and 4b have a half-wave electrical length consisting of two parallel or three wires incorporated in a corrosion-resistant dielectric plate such as PTFE (trade name: Teflon (registered trademark)). Alternatively, there is a distributed line type resonator having a quarter wavelength shape, which resonates freely in the UHF band (near 1 GHz).
誘電率測定装置6は、誘電率測定センサ4、共振特性測定用のネットワークアナライザ11、マルチポート同軸切り替え用の同軸スイッチ及び駆動部12、センサ共振線路13、計測器制御とデータ保存用のパソコン(以下、PCと記す)14とから構成される。 The dielectric constant measuring device 6 includes a dielectric constant measuring sensor 4, a network analyzer 11 for measuring resonance characteristics, a coaxial switch and driving unit 12 for multi-port coaxial switching, a sensor resonant line 13, a personal computer for measuring instrument control and data storage ( (Hereinafter referred to as PC) 14.
誘電率測定センサ4とネットワークアナライザ11は、1対の同軸ケーブル(2ポート)で接続されており、各センサ4との接続を順次切り替えるための同軸スイッチ12の制御は、PC14側からRS232Cインタフェース16を介して行われる。 The dielectric constant measurement sensor 4 and the network analyzer 11 are connected by a pair of coaxial cables (2 ports), and the control of the coaxial switch 12 for sequentially switching the connection with each sensor 4 is controlled from the PC 14 side by the RS232C interface 16. Is done through.
積雪の複素誘電率の測定は、センサ共振線路13に沿った共振電磁界の一部が誘電体板外へ漏洩しているため、これと相互作用する近傍の積雪の複素誘電率に応じ空気中でのセンサ共振特性に変化が生じる。従って、共振周波数と負荷Q(共振周波数/共振帯域幅)の測定値を、予めデータ保存してある空気中における値と比較することにより、複素誘電率の推定が可能である。センサの自由共振周波数は形状寸法が手ごろとなるUHF帯に設計され、誘電率の測定結果は、目的のGP周波数(330MHz)帯へと変換される。 In the measurement of the complex permittivity of snow, a part of the resonant electromagnetic field along the sensor resonance line 13 leaks out of the dielectric plate, so that it depends on the complex permittivity of the snow in the vicinity that interacts with this in the air. Changes in the sensor resonance characteristics. Therefore, the complex dielectric constant can be estimated by comparing the measured values of the resonance frequency and the load Q (resonance frequency / resonance bandwidth) with values stored in the air in advance. The free resonance frequency of the sensor is designed in the UHF band where the shape and size are reasonable, and the measurement result of the dielectric constant is converted into the target GP frequency (330 MHz) band.
ネットワークアナライザの制御は、PC14上の自動計測制御プログラムによって、GPIBインタフェースを介して一定間隔で行われ、また、このPC14上の自動計測制御プログラムによって、同軸スイッチ12をも一定時間間隔で制御される。測定誘電率プロファイルデータは測定時刻とともにPC14上のディスプレイ15に表示され、同時にPC14に保存することも可能である。 The network analyzer is controlled by an automatic measurement control program on the PC 14 at regular intervals via the GPIB interface, and the coaxial switch 12 is also controlled at regular intervals by this automatic measurement control program on the PC 14. . The measured dielectric constant profile data is displayed on the display 15 on the PC 14 together with the measurement time, and can be stored in the PC 14 at the same time.
次に、GP反射面の除雪方法について説明する。
まず、図1bに示すように、一定積雪深に除雪した場合について説明する。積雪深一定の除雪を行えば、GP反射面の場所による積雪深と誘電率の変化が均一化される。そのため、誘電率測定センサを積雪に内挿する形式の誘電率の測定装置を適用することができる。誘電率は、1箇所の測定結果をGP反射面の雪質として代表させることが出来る。
Next, a method for removing snow from the GP reflecting surface will be described.
First, as shown in FIG. 1b, a case where snow is removed to a constant snow depth will be described. If snow removal with a constant snow depth is performed, changes in snow depth and dielectric constant depending on the location of the GP reflecting surface are made uniform. Therefore, it is possible to apply a dielectric constant measuring device of a type in which a dielectric constant measuring sensor is inserted into snow. The dielectric constant can represent the measurement result at one location as the snow quality of the GP reflecting surface.
そこで、図1bに示すように、まず、一定積雪深に除雪した場合について説明する。一定積雪深に除雪し、積雪の層構造は2層構造(下層と表層)としてGPパスの予測計算を行った。その予測計算結果は、図6及び図7に示す。図6では、下層の積雪深Dsw1=5cm、ε1=1.8−j0.004とし、図7では、下層積雪深Dsw1=10cm、ε1=1.8−j0.004として計算した。表層の積雪深は10cm間隔とし、その誘電率は図6、図7の横軸に示すように、融雪を模擬して、1.0<ε1≦1.3の範囲で可変とした。 Therefore, as shown in FIG. 1b, a case where snow is removed to a constant snow depth will be described first. Snow removal was performed at a constant snow depth, and the snow layer structure was two-layer structure (lower layer and surface layer), and GP path prediction calculation was performed. The prediction calculation results are shown in FIGS. In FIG. 6, the lower layer snow depth Dsw1 = 5 cm and ε1 = 1.8−j0.004, and in FIG. 7, the lower layer snow depth Dsw1 = 10 cm and ε1 = 1.8−j0.004. The snow depth of the surface layer was set at 10 cm intervals, and the dielectric constant was variable in the range of 1.0 <ε1 ≦ 1.3 by simulating snow melting as shown on the horizontal axis of FIGS.
図6及び図7から明らかなように、積雪深を、Dsw1+Dsw2=35cm又は40cmとすると、GPパスは急増する。従って、5cm〜15cmの一定積雪深に除雪するとともに、Dsw1+Dsw2>35cm又は40cmになった時には、融雪前に除雪を実施する必要がある。このような除雪体制を実施することができれば、40cm迄の除雪基準に緩和することが出来る。 As apparent from FIGS. 6 and 7, when the snow depth is Dsw1 + Dsw2 = 35 cm or 40 cm, the GP path increases rapidly. Therefore, it is necessary to remove snow to a constant snow depth of 5 cm to 15 cm and to carry out snow removal before melting snow when Dsw1 + Dsw2> 35 cm or 40 cm. If such a snow removal system can be implemented, the snow removal standard up to 40 cm can be relaxed.
又、図8は暖冬や降雨によって積雪含水率が増加した場合を模擬した予測計算を示すもので、この図8から明らかなように、一定積雪深状態に除雪し、上層積雪深を30cm、下層積雪深を15cmとした場合、下層積雪深の誘電率を2〜10迄変化させると、GPパスの変化が大幅に減少する。従って、誘電率の変化を監視すれば、寒い時期には、Cdi(機上の指示値)が変動するので、注意深く監視する必要があるが、暖冬、降雨及び降雪末期には、Cdiの変動は生じない。 FIG. 8 shows a prediction calculation simulating the case where the snow moisture content increases due to warm winter or rain. As is apparent from FIG. 8, the snow is removed to a constant snow depth, the upper snow depth is 30 cm, and the lower snow depth is 30 cm. When the snow depth is 15 cm, the change in the GP path is greatly reduced when the dielectric constant of the lower snow depth is changed from 2 to 10. Therefore, if the change in the dielectric constant is monitored, the Cdi (indicated value on the machine) fluctuates during cold weather, so it is necessary to monitor carefully. However, during the warm winter, the rain and the end of snowfall, Does not occur.
次に、不等積雪深に除雪した場合について説明する。図1cに示す不等積雪深の場合には、この状態に除雪するのは困難である。そこで、図3a及び図3bに示すように、3素子アンテナの反射点3付近の積雪面に、高さの異なる除雪キャップ7(7a、7b)を、それぞれアッパー素子、ミドル素子及びロー素子の反射点3付近に内挿すれば、除雪車5は、それを目印として、除雪キャップ7の高さに相当する積雪深(例えば、10cm、30cm、10cm)に除雪することが出来る。 Next, a case where snow is removed to an uneven snow depth will be described. In the case of the unequal snow depth shown in FIG. 1c, it is difficult to remove snow in this state. Therefore, as shown in FIGS. 3a and 3b, snow removal caps 7 (7a and 7b) having different heights are applied to the snow surface near the reflection point 3 of the three-element antenna, and reflected by the upper element, the middle element, and the low element, respectively. If it is interpolated in the vicinity of the point 3, the snowplow 5 can remove snow to a snow depth (for example, 10 cm, 30 cm, 10 cm) corresponding to the height of the snow removal cap 7 using that as a mark.
図1cに示すように、GPアンテナのミドル素子の反射点3を、30cm高く除雪する必要がある。積雪の層構造を、一定積雪深に除雪した場合と同様に、2層構造(下層と表層)とし、図9に示すように、下層積雪深を、Dsw1=10cm又は35cm(ミドル素子の反射点)に、下層積雪深の誘電率をε1=1.8−j0.004とする。図10に示すように、下層積雪深を、Dsw1=10cm又は30cm(ミドル素子の反射点)に、下層積雪深の誘電率を、ε1=1.8−j0.004とする。又、表層の積雪深を、10cm間隔とし、誘電率を図の横軸に示すように、融雪状態となることを模擬して、1.0<ε1≦1.3の範囲で計算している。 As shown in FIG. 1c, it is necessary to remove snow by 30 cm higher at the reflection point 3 of the middle element of the GP antenna. As in the case of removing snow to a constant snow depth, the snow layer structure is a two-layer structure (lower layer and surface layer), and as shown in FIG. 9, the lower layer snow depth is Dsw1 = 10 cm or 35 cm (middle element reflection point) ), The dielectric constant of the lower snow depth is ε1 = 1.8−j0.004. As shown in FIG. 10, the lower layer snow depth is Dsw1 = 10 cm or 30 cm (the reflection point of the middle element), and the dielectric constant of the lower layer snow depth is ε1 = 1.8−j0.004. In addition, the snow depth of the surface layer is set at an interval of 10 cm, and the dielectric constant is calculated in the range of 1.0 <ε1 ≦ 1.3 by simulating the snow melting state as shown in the horizontal axis of the figure. .
図9及び図10に示すように、2層(下層と表層)の積雪深がDsw1+Dsw2≦60cm以上になると、表層の融雪時にGPパスの変動が急増する。そのため、除雪キャップ7の高さを、10cm、30cm、10cmに設定して、これを目印にして除雪すれば、60cm迄の大幅な緩和が可能となる。 As shown in FIGS. 9 and 10, when the snow depth of the two layers (the lower layer and the surface layer) is Dsw1 + Dsw2 ≦ 60 cm or more, the fluctuation of the GP path rapidly increases when the surface snow melts. Therefore, if the height of the snow removal cap 7 is set to 10 cm, 30 cm, and 10 cm, and snow is removed using this as a mark, a significant relaxation up to 60 cm becomes possible.
次に、GPパスの予測計算について、図5に基づいて説明する。
図5において、まず、計算開始(ステップ51)にあたって、基本データとして、少なくともアッパー素子、ミドル素子、ロー素子の3素子のアンテナ高、滑走路からのGPアンテナのオフセット量を入力する(ステップ52)。さらに、データファイルからGP反射面の前方に位置する前方地形が形成する前方地形データを読み込む(ステップ53)。同様に、GP反射面の基本積雪形状データ(スノーデータ)、GP反射面の横断勾配データ、縦断勾配データを、データファイルから読み込む(ステップ53)。GP反射面をメッシュのデータ列に変換する(ステップ55)。なお、この実施例の場合には、GP反射面を20cm幅のメッシュのデータ列に分解している。
Next, GP path prediction calculation will be described with reference to FIG.
In FIG. 5, first, at the start of calculation (step 51), at least the antenna height of at least three elements of the upper element, middle element, and low element, and the offset amount of the GP antenna from the runway are input as basic data (step 52). . Further, the front terrain data formed by the front terrain located in front of the GP reflecting surface is read from the data file (step 53). Similarly, basic snow shape data (snow data) of the GP reflecting surface, cross slope data and longitudinal gradient data of the GP reflecting surface are read from the data file (step 53). The GP reflecting surface is converted into a mesh data string (step 55). In this embodiment, the GP reflecting surface is broken down into a 20 cm wide mesh data string.
ステップ52において、データファイルから読み込むスノーデータは、一定積雪深または不等積雪深の縦断方向のデータ列である。これらのデータ列を読み込むとともに、誘電率測定装置及び積雪深計で測定した誘電率ε1、ε2、ε3と積雪深データDsw1、Dsw2、Dsw3、GPアンテナ素子の高さデータ(この実施例では、4.32m、8.63m、12.95m)を読み込む(ステップ54)。 In step 52, the snow data read from the data file is a data string in the longitudinal direction of a constant snow depth or an uneven snow depth. While reading these data strings, the dielectric constants ε1, ε2, and ε3 measured by the dielectric constant measuring device and the snow depth meter, the snow depth data Dsw1, Dsw2, Dsw3, and the height data of the GP antenna element (in this embodiment, 4 .32m, 8.63m, 12.95m) is read (step 54).
GPアンテナの座標系は、GPアンテナ基部を原点とする直交座標系である。従来は、GP反射面の縦断方向を考慮した二次元の解析であったが、積雪の残留積雪部分、不等積雪深に変形が生じると、GP反射面は3次元で変形する場合がある。そこで、図11にGP反射面の表面形状が、三次元となる場合の反射波を解析するための模式図として示すように、GP反射面における滑走路の横断勾配、縦断勾配及び縦断方向の積雪形状変化を考慮した三次元の解析となり、式(1)により反射面の表面形状を求める。 The coordinate system of the GP antenna is an orthogonal coordinate system having the GP antenna base as an origin. Conventionally, the two-dimensional analysis is performed in consideration of the longitudinal direction of the GP reflecting surface. However, when the remaining snow portion of the snow cover and the unequal snow depth are deformed, the GP reflecting surface may be deformed in three dimensions. Therefore, as shown in FIG. 11 as a schematic diagram for analyzing the reflected wave when the surface shape of the GP reflecting surface is three-dimensional, the runway crossing gradient, longitudinal gradient, and longitudinal snow accumulation on the GP reflecting surface are shown. This is a three-dimensional analysis taking into account the shape change, and the surface shape of the reflecting surface is obtained by equation (1).
ここで、式(1)のスノーデータ(Hsnow)は、図11及び図12に示す不等積雪深用の反射点の積雪形状データ、0.0015は縦断勾配、0.015は横断勾配である。GP反射面の測量データがあれば、この測量データを読み込んで計算する(ステップ52)。 Here, the snow data (Hsnow) of the equation (1) is the snow shape data of the reflection points for uneven snow depth shown in FIGS. 11 and 12, 0.0015 is the longitudinal gradient, and 0.015 is the transverse gradient. . If there is survey data on the GP reflecting surface, the survey data is read and calculated (step 52).
次いで、次の順序で、アンテナから受信点迄の距離を可変とする下記(1)〜(5)の繰り返し処理(Do Loop)を実行する(ステップ55)。まず、繰り返し処理(1)では、GP反射面をメッシュのデータ列に変換するとともに、このメッシュのデータ列から下記のように、反射点の推定を行う(ステップ56)。以下、GP反射面の反射点を、少なくとも3点(アッパー、ミドル、ロー)推定する方法について、図11の模式図を用いて説明する。 Next, the following (1) to (5) repetitive processing (Do Loop) for changing the distance from the antenna to the receiving point is executed in the following order (step 55). First, in the iterative process (1), the GP reflection surface is converted into a mesh data string, and the reflection point is estimated from the mesh data string as follows (step 56). Hereinafter, a method for estimating at least three points (upper, middle, and low) of reflection points on the GP reflection surface will be described with reference to the schematic diagram of FIG.
まず、繰り返し処理(1)において、実験機の受信点を既知とし、メッシュの横断方向のデータ列を選択し、受信点の水平方向の偏差Dhoが最小になる点を計算する。この操作を縦断方向に一列ずつ移動しながら、随時、各列の偏差Dhoの最小値を推定する。この列ベクトルの中から受信点の高さ方向の偏差Dvoが最小になる点を求める。この点が電波の反射点となる(ステップ56)。 First, in the iterative process (1), the receiving point of the experimental device is known, a data string in the cross direction of the mesh is selected, and the point at which the horizontal deviation Dho of the receiving point is minimized is calculated. While moving this operation one column at a time in the longitudinal direction, the minimum value of the deviation Dho of each column is estimated at any time. From this column vector, a point at which the deviation Dvo in the height direction of the reception point is minimized is obtained. This point becomes a reflection point of the radio wave (step 56).
次いで、繰り返し処理(2)において、任意の水平方向の偏差Dhoの最小点を、(Xf、Yf、Zf)とし、その接平面を求め、この接平面に点対称になるGPアンテナの虚像(Xi、Yi、Zi)を求めると、下記式(2)となる(ステップ57)。 Next, in the iterative process (2), the minimum point of any horizontal deviation Dho is set to (Xf, Yf, Zf), its tangent plane is obtained, and the virtual image (Xi) of the GP antenna that is point-symmetric with respect to this tangent plane , Yi, Zi), the following equation (2) is obtained (step 57).
ここで、(Xo、Yo、Zo)は、水平方向の偏差Dhoの最小点(Xf、Yf、Zf)の接平面とGPアンテナのZ軸との交点の座標である。ZoxとZoyは、接平面とGPアンテナのZ軸との交点のz成分とy成分を示している。 Here, (Xo, Yo, Zo) are the coordinates of the intersection of the tangent plane of the minimum point (Xf, Yf, Zf) of the horizontal deviation Dho and the Z axis of the GP antenna. Zox and Zoy indicate the z and y components at the intersection of the tangent plane and the Z axis of the GP antenna.
さらに、式(2)で求めたGPアンテナの虚像と反射点を結ぶ直線から、受信点の高さ方向の偏差Dvoが求められ、縦断方向の列ベクトルのなかで、高さ方向の偏差Dvoが最小になる点を推定する。このようにして、水平方向の偏差Dho及び高さ方向の偏差Dvoの算出理論によれば、GP反射面の反射点を最短方法で探査することが出来る。 Further, the deviation Dvo in the height direction of the reception point is obtained from the straight line connecting the virtual image of the GP antenna and the reflection point obtained by Expression (2), and the deviation Dvo in the height direction is obtained from the column vector in the longitudinal direction. Estimate the point that minimizes. Thus, according to the calculation theory of the deviation Dho in the horizontal direction and the deviation Dvo in the height direction, the reflection point on the GP reflection surface can be searched by the shortest method.
次いで、繰り返し処理(3)では、反射係数Γsnowの算出を行う(ステップ58)。3層構造の積雪表面(不積雪深の状態)に、入射角θで水平偏パターン(TE波)のGPデジタルパターンが入射した時の反射係数Γsnow=Zte(θ)の理論式は、下記式(3)で表される(ステップ58)。 Next, in the iterative process (3), the reflection coefficient Γsnow is calculated (step 58). The theoretical formula of the reflection coefficient Γsnow = Zte (θ) when the GP digital pattern of the horizontal deviation pattern (TE wave) is incident on the snow surface of the three-layer structure (non-snow depth) at an incident angle θ is It is represented by (3) (step 58).
ここで、Z3は層構造の積雪表面の入インピーダンスの漸化式であり、下層から順次表層へと計算していく。Z0は自由空間の特性インピーダンスであり、Zgdは大地の誘電率による特性インピーダンス、Zsw3は、各層の特性インピーダンスであり、γsw3は、各層の伝搬常数である。 Here, Z3 is a recurrence formula of the input impedance of the snow surface of the layer structure, and is calculated from the lower layer to the surface layer in order. Z0 is the characteristic impedance of free space, Zgd is the characteristic impedance due to the dielectric constant of the earth, Zsw3 is the characteristic impedance of each layer, and γsw3 is the propagation constant of each layer.
なお、繰り返し処理(2)では、下記式(4)に示す送受信点の伝搬経路Xdを計算する(ステップ57)。伝搬経路Xdは、アンテナ虚像、反射点及び受信点より計算される(ステップ57)。 In the iterative process (2), a transmission / reception point propagation path Xd shown in the following equation (4) is calculated (step 57). The propagation path Xd is calculated from the antenna virtual image, the reflection point, and the reception point (step 57).
次に、繰り返し処理(4)では、反射波は下記式(4)で求められる(ステップ58)。 Next, in the iterative process (4), the reflected wave is obtained by the following equation (4) (step 58).
ここで、伝搬経路Xdは、アンテナ虚像、反射点及び受信点を結ぶ経路である。Γsnowは、TE波(GPでは水平偏波)が多層積雪深に入射した時の積雪面からの反射係数で、積雪表面への入射角、各層構造の積雪深Dsw及び各層の誘電率ε=ε’−jε”から計算される。なお、層構造の積雪深Dsw及び各層の誘電率ε=ε’−jε”は、誘電率測定装置で計測される積雪データである。 Here, the propagation path Xd is a path connecting the antenna virtual image, the reflection point, and the reception point. Γsnow is a reflection coefficient from the snow surface when a TE wave (horizontal polarization in GP) is incident on the multilayer snow depth, the incident angle to the snow surface, the snow depth Dsw of each layer structure, and the dielectric constant ε = ε of each layer It is calculated from “−jε”. Note that the snow depth Dsw of the layer structure and the dielectric constant ε = ε′−jε ”of each layer are snow accumulation data measured by a dielectric constant measuring device.
次いで、繰り返し処理(4)では、前方の丘による回折波を計算し、直接波を計算する(ステップ59)。このように、図5に示す繰り返し処理では、ステップ56〜ステップ59迄の処理が行われる。 Next, in the iterative process (4), the diffracted wave by the hill ahead is calculated and the direct wave is calculated (step 59). Thus, in the iterative process shown in FIG. 5, the process from step 56 to step 59 is performed.
次いで、ILSの受信機の受信信号が3素子のアンテナ高と送受信距離を変えながら、直接波、反射波及び回折波を合成し、受信機の2周波信号復調処理を経て受信機指示値DDMが算出され(ステップ60)、図形表示部にDDMで表示される(ステップ61)。 Next, the received signal of the ILS receiver synthesizes the direct wave, the reflected wave and the diffracted wave while changing the antenna height and transmission / reception distance of the three elements, and the receiver instruction value DDM is obtained through the two-frequency signal demodulation processing of the receiver. It is calculated (step 60), and is displayed on the graphic display unit by DDM (step 61).
図形表示部には、GPパス特性図、GPパス幅特性図、地面形状と積雪の層構造の図形、積雪深と雪質の誤差図、予想降雪量を与えるGPパスの誤差計算図が表示され(ステップ61)、終了する(ステップ62)。 In the graphic display area, a GP path characteristic diagram, a GP path width characteristic diagram, a figure of the ground shape and snow layer structure, a snow depth and snow quality error diagram, and a GP path error calculation diagram that gives the expected snowfall amount are displayed. (Step 61), the process ends (Step 62).
なお、この発明によるGPパスの予測計算部では、アンテナから受信点迄の距離を可変とする繰り返し処理を行っているので、ステップ56において入力する誘電率測定装置からの積雪の雪質を表す誘電率の値を可変にして、GPパスの予測計算も行うことが出来る。従って、この発明によるGPパスの予測方法は、如何なる雪質にも適用してGPパスを予測することが出来る。 Note that the GP path prediction calculation unit according to the present invention performs an iterative process to vary the distance from the antenna to the reception point, so that the dielectric constant representing the snow quality of the snow from the dielectric constant measuring device input in step 56 is obtained. The calculation of the GP path can also be performed by changing the value of the rate. Therefore, the GP path prediction method according to the present invention can be applied to any snow quality to predict the GP path.
次いで、発明者等は、残留積雪部分が存在する積雪状態が、GPパス角に与える影響を調査するために、青森空港において、GP反射面の無積雪時や図12の(a)〜(e)図に示す層構造をなす積雪状態について飛行実験を行った。 Next, in order to investigate the influence of the snow cover state in which there is a residual snow cover portion on the GP path angle, the inventors of the present invention at Aomori Airport when there is no snow on the GP reflecting surface or in FIGS. ) A flight experiment was conducted on the snow cover with the layer structure shown in the figure.
まず、実験機としては、MuPAL−α(ドルニエ機)を使用して飛行実験を行った。なお、この実験機は、GPS補強型の慣性航法システム(GPS Aided Inertial-Navigation Avionics, 略称GAIA)を搭載しており、GPS補正信号を地上から受信することにより、自機位置を誤差1m以下の精度で測位することが出来る。 First, a flight experiment was conducted using MuPAL-α (Dornier aircraft) as an experimental aircraft. In addition, this experimental aircraft is equipped with a GPS augmented inertial navigation system (GPS Aided Inertial-Navigation Avionics, abbreviated as GAIA). By receiving GPS correction signals from the ground, the position of the aircraft is 1 m or less in error. Positioning can be performed with accuracy.
飛行実験では、15km遠方でパスにインターセプトし、その後、3度のGPパスの受信機データを収集する。風によって実験機はGPパスから離脱するため、ILSの受信機出力から航空機のパス偏位量を補正して、パス特性(DDM:Difference of Depth of Modulation)を求める。これによりGPアンテナの前方地形や地面構造の影響を求めた。 In the flight experiment, the path is intercepted at a distance of 15 km, and then the receiver data of the 3rd GP path is collected. Since the experimental aircraft leaves the GP path due to the wind, the path characteristic (DDM: Difference of Depth of Modulation) is obtained by correcting the path deviation of the aircraft from the ILS receiver output. As a result, the influence of the frontal terrain and the ground structure of the GP antenna was obtained.
さらに、機体の離脱量は、搬送波位相を利用したDGPSによる測位データによって求めた。 Further, the amount of separation of the aircraft was obtained from positioning data by DGPS using the carrier phase.
ここで、飛行実験を行った時の積雪状態は、以下の通りである。
図12の(a)図に示すように、反射点はGPアンテナから80mの等間隔の位置、即ち、それぞれGPアンテナから80m(Hlow)、160m(Hmid)、240m(Hupr)の位置に発生し、3つの素子反射点付近の残留積雪深を示し、除雪後に場所によって残留積雪が生じている。図12の(b)図〜(e)図は、GP反射面の残留積雪と積雪の層構造を示すもので、(b)図は平成15年1月の積雪状態、(c)図は平成15年2月の積雪状態、(d)図は16年2月3日の積雪状態、(e)図は16年2月19日の積雪状態を示している。積雪状態は、2層から3層の層構造になっている。誘電率は反射点付近の誘電率を測定した。図中に記載した誘電率の値は、測定値の平均値を示している。なお、除雪は、ブルドーザで行うため、積雪面の中層と下層は硬いしまり雪、ざらめ雪になり、表層は新雪が堆積した状態となっている。
Here, the snow accumulation state when the flight experiment was conducted is as follows.
As shown in FIG. 12 (a), the reflection points are generated at 80 m (Hlow), 160 m (Hmid), and 240 m (Hupr) positions at an equal interval of 80 m from the GP antenna. The residual snow depth near the three element reflection points is shown, and residual snow is generated depending on the location after snow removal. (B) to (e) in FIG. 12 show the residual snow layer and the layered structure of snow on the GP reflecting surface. (B) is the snow cover in January 2003, (c) is the Heisei era. The snow condition in February 2015, (d) the figure shows the snow condition on February 3, 2016, and (e) the figure shows the snow condition on February 19, 2016. The snow cover state has a layer structure of two to three layers. The dielectric constant was measured in the vicinity of the reflection point. The value of the dielectric constant shown in the figure shows the average value of the measured values. In addition, since snow removal is performed with a bulldozer, the middle layer and the lower layer of the snow cover surface are hard and rough snow, and the surface layer is in a state where fresh snow has accumulated.
ここで、ICAOで定められているGP反射面の除雪基準及びその時のGPパス上下偏位についてのICAOのパス規格値は、それぞれCAT1では、除雪基準30cm以下、パス規格値±30μAであり、CAT3では、除雪基準10cm以下、パス規格値±25〜±30μAである。 Here, the ICAO path standard values for the GP reflection surface snow removal standard defined by ICAO and the GP path vertical deviation at that time are the snow removal standard 30 cm or less and the path standard value ± 30 μA for CAT1, respectively. Then, the snow removal standard is 10 cm or less, and the path standard value is ± 25 to ± 30 μA.
表1は、4回の積雪時の飛行実験結果をまとめたもので、積雪時のGPパス特性を無積雪時と比べると、積雪時には+側あるいは−側に偏位している。 Table 1 summarizes the flight test results during four snowfalls, and the GP path characteristics during snowfall are deviated to the + side or the-side when there is no snow.
この表1から、(1)〜(2)のことが判明した。(1)同一進入コースを飛行した時の複数のデータからデータの再現性を求めると、積雪時、無積雪時を問わず、GPパスの変化は、±0.02度以下である。(2)無積雪時と比較すると、積雪時の場合には、GPパスが、約0.02度+側に偏位する場合と、約0.03度−側に偏位する場合とがある。この結果、積雪時におけるGPパスの偏位は最大0.15度、平均0.05度以下であることが判明した。 From Table 1, it was found that (1) to (2). (1) When the reproducibility of data is obtained from a plurality of data when flying on the same approach course, the change in GP path is ± 0.02 degrees or less regardless of whether there is snow or not. (2) Compared to when there is no snow, in the case of snow, there are cases where the GP path is deviated to about 0.02 degrees + and cases where it is deviated to about 0.03 degrees-. . As a result, it was found that the deviation of the GP path during snow accumulation is 0.15 degrees at the maximum and 0.05 degrees or less on average.
又、図13は、表1に示す飛行実験結果をグラフに表示したもので、横軸はGPアンテナから受信点迄の距離(km)、縦軸はDDM(μA)を示している。 FIG. 13 is a graph showing the flight experiment results shown in Table 1. The horizontal axis indicates the distance (km) from the GP antenna to the reception point, and the vertical axis indicates DDM (μA).
この図13からも明らかであるように、GPアンテナからの距離が、14kmより遠方の場合と2kmより近傍の場合には、DDMの変動が急増している。その原因としては、風による姿勢の変化や航空機の着陸、降下、GPパスとの会合段階の姿勢によるものであると考えられる。特に、2kmより近傍では、GPアンテナの開口面による経路差の影響で変動が生じる。しかしながら、GPナンテナから3km〜13kmの区間では、DDMの変動が±5μA以下となり、直線性も良好であった。 As is clear from FIG. 13, when the distance from the GP antenna is farther than 14 km and nearer than 2 km, the fluctuation of DDM increases rapidly. The cause is considered to be due to the attitude change due to the wind, landing and descent of the aircraft, and the attitude of the meeting stage with the GP pass. In particular, in the vicinity of 2 km, fluctuation occurs due to the influence of the path difference due to the opening surface of the GP antenna. However, in the section from 3 km to 13 km from the GP antenna, the fluctuation of DDM was ± 5 μA or less, and the linearity was also good.
又、図13中の15/1(平成15年1月測定)と15/2(平成15年2月測定)、16/2/3(平成16年2月3日測定)と16/2/19(平成16年2月19日測定)は、降雪期間の1ヶ月が経過したときの実験データで、互いに5μAから10μAの上下偏位が生じている。これが天候による積雪形成過程の相違による影響であり、降雪期間中、GPパスは、反射面の積雪状態によって上下変化を生じると予測可能である。 In addition, 15/1 (measured in January 2003) and 15/2 (measured in February 2003), 16/2/3 (measured on February 3, 2004) and 16/2 / in FIG. 19 (measured on February 19, 2004) is experimental data obtained when one month of the snowfall period has elapsed, and vertical deviations of 5 μA to 10 μA are generated. This is an influence due to the difference in the snow formation process due to the weather, and during the snowfall period, the GP path can be predicted to change vertically depending on the snow cover state of the reflecting surface.
次いで、発明者等は、この発明による予測方法に基づいて、図12の(b)〜(e)に示す層構造の積雪面の時のGPパスの予測計算を行った。図14は、この発明による新規なGPパスの予測方法による積雪によるGPパスの計算結果を示すもので、横軸はGPアンテナから受信点迄の距離(km)、縦軸はDDM(μA)を示している。 Next, the inventors performed prediction calculation of the GP path when the snow surface has a layer structure shown in FIGS. 12B to 12E based on the prediction method according to the present invention. FIG. 14 shows the calculation result of the GP path due to snow by the novel GP path prediction method according to the present invention. The horizontal axis represents the distance (km) from the GP antenna to the reception point, and the vertical axis represents DDM (μA). Show.
この図14からも明らかであるように、40μA付近の上下偏位は、15年1月のデータとして示す表面に完全導体反射モデルを適用した従来方法の場合では、図13の飛行実験結果と一致していないが、この発明による方法では、図13に示す飛行実験結果の3km〜13kmの区間のパス直線部分と一致している。 As is clear from FIG. 14, the vertical displacement near 40 μA is the same as the result of the flight experiment shown in FIG. 13 in the case of the conventional method in which the complete conductor reflection model is applied to the surface shown as data of January 2015. Although not done, in the method according to the present invention, it coincides with the straight path portion of the section of 3 km to 13 km of the flight experiment result shown in FIG.
又、図14中の15/1(平成15年1月測定)と15/2(平成15年2月測定)、16/2/3(平成16年2月3日測定)と16/2/19(平成16年2月19日測定)の天候による積雪状態変化に対する上下偏位も、5μAから10μAとなり、飛行実験結果と一致している。 In addition, 15/1 (measured in January 2003) and 15/2 (measured in February 2003), 16/2/3 (measured on February 3, 2004) and 16/2 / in FIG. 19 (measured on February 19, 2004), the vertical deviation with respect to the change in snow condition due to the weather was also changed from 5 μA to 10 μA, which is consistent with the flight test results.
なお、図14において、1.2km近傍では10μA以下、1.2km〜5km迄では、±2μA程度の鋭いノイズ状の変動が生じている。このノイズは航空機迄の距離に反比例する。また、GP反射面の表面形状を水平面として計算すると、このノイズが完全に消滅する。このように、メッシュの分割幅による経路誤差は、地面構造による反射波と前方地形(例えば、丘)で発生する回折波の影響とは異なる。反射波の場合、GPパスの上下の平行移動により、前方地形の影響は緩やかなパスベンドとなる。1.3km付近にノイズと重なった前方地形(丘)によるパスベンドが生じている。丘による回折波の信号レベルは、反射波の4%程度になるので、1kmより近傍のノイズは、反射波のレベルの3%弱に相当する。又、直線性の良い飛行区間のDDMの変動(±5μA)と比較すると2/5以下となり、直線性も良好である。 In FIG. 14, a sharp noise-like fluctuation of about ± 2 μA occurs in the vicinity of 1.2 km at 10 μA or less and from 1.2 km to 5 km. This noise is inversely proportional to the distance to the aircraft. Further, when the surface shape of the GP reflecting surface is calculated as a horizontal plane, the noise disappears completely. As described above, the path error due to the division width of the mesh is different from the influence of the reflected wave from the ground structure and the diffracted wave generated in the frontal landform (for example, a hill). In the case of a reflected wave, the influence of the frontal terrain becomes a gentle path bend due to the parallel movement of the GP path up and down. A pass bend due to the frontal terrain (hill) that overlaps with noise occurs in the vicinity of 1.3 km. Since the signal level of the diffracted wave by the hill is about 4% of the reflected wave, noise near 1 km corresponds to a little less than 3% of the level of the reflected wave. Moreover, it is 2/5 or less compared with the DDM fluctuation (± 5 μA) in the flight section with good linearity, and the linearity is also good.
次いで、発明者等は、図12の(b)図〜(e)図に示す層構造の積雪面の時のGPパスの予測計算をそれぞれ行った。まず、図12の(b)図に示す3層構造の積雪面の時のGPパスの予測計算を行った。この計算結果は、図15bに示すように、横軸は誘電率、縦軸は機上の指示値Cdiとし、下層の積雪深(Dsw1)は5cmとし、中層の積雪深は残留状態とし、表層の積雪深は、降雪を模擬して5cm〜15cmとした。 Next, the inventors performed a GP path prediction calculation when the snow surface of the layer structure shown in FIGS. First, a GP path prediction calculation was performed for the three-layered snow surface shown in FIG. As shown in FIG. 15b, the horizontal axis represents the dielectric constant, the vertical axis represents the on-machine command value Cdi, the lower layer snow depth (Dsw1) is 5 cm, the middle layer snow depth remains, and the surface layer The snow depth of 5 cm to 15 cm was simulated by snowfall.
この図15bから明らかなように、機上の指示値Cdiに最も顕著に影響するのは、中層の誘電率の変化である。積雪の含水量の増加により、この中層の誘電率が増加すると、GPパスが降下する傾向がある。しかし、1.9≦ε2’≦2.1の場合には、Cdiの変化は3.5μAと少ない。又、図12の(b)図に示す積雪状態では、4μAとなり、いずれも表1に示す飛行実験結果(5μA)とほぼ一致することが判明した。 As is apparent from FIG. 15b, it is the change in the dielectric constant of the middle layer that most significantly affects the on-machine instruction value Cdi. When the dielectric constant of this middle layer increases due to an increase in the water content of snow, the GP path tends to drop. However, when 1.9 ≦ ε2 ′ ≦ 2.1, the change in Cdi is as small as 3.5 μA. Further, in the snow covered state shown in FIG. 12 (b), it was found to be 4 μA, and it was found that both of them almost coincided with the flight experiment result (5 μA) shown in Table 1.
次に、図12の(c)図に示す2層構造の積雪面の時のGPパスの予測計算を行った。この計算結果は、図15cに示すように、横軸は誘電率、縦軸は機上の指示値Cdiとし、下層積雪深は5cmとし、中層の積雪深は残留状態とし、表層の積雪は、降雪を模擬して10cm、15cm、20cmとした。 Next, a GP path prediction calculation was performed for the two-layered snow surface shown in FIG. As shown in FIG. 15c, the horizontal axis represents the dielectric constant, the vertical axis represents the on-machine instruction value Cdi, the lower layer snow depth is 5 cm, the middle layer snow depth is the residual state, and the surface layer snow depth is Simulating snowfall, they were 10 cm, 15 cm, and 20 cm.
この図15cから明らかなように、機上の指示値Cdiに最も顕著に影響するのは、表層の積雪深である。下層の誘電率の変化はあまり影響がない。表層の積雪深は15cmであるから、指示値Cdi=−3μAとなり、表1に示す飛行実験結果(−2μA〜−6μA)と良く一致することが判明した。 As is apparent from FIG. 15c, it is the snow depth of the surface layer that most significantly affects the on-machine instruction value Cdi. The change in the dielectric constant of the lower layer has little effect. Since the snow depth of the surface layer is 15 cm, the indicated value Cdi = −3 μA, which is found to be in good agreement with the flight experiment results (−2 μA to −6 μA) shown in Table 1.
同様に、図12の(d)図に示す2層構造積雪面の時のGPパスの予測計算を行った。この計算結果は、図15dに示すように、横軸は誘電率、縦軸は機上の指示値Cdiとし、表層の積雪深は、5cm、10cm、15cmとした。 Similarly, a GP path prediction calculation was performed for the two-layer structure snow surface shown in FIG. As shown in FIG. 15d, the horizontal axis represents the dielectric constant, the vertical axis represents the on-machine instruction value Cdi, and the surface snow depth was 5 cm, 10 cm, and 15 cm.
この図15dから明らかなように、機上の指示値Cdiに最も顕著に影響するのは、表層の積雪深である。下層の誘電率の変化はあまり影響がない。表層の積雪深の実測値は15cmであるから、指示値Cdi=−2μAとなり、表1に示す飛行実験結果(−3μA〜−6μA)と良く一致することが判明した。 As is apparent from FIG. 15d, the snow depth on the surface layer has the most significant effect on the on-machine instruction value Cdi. The change in the dielectric constant of the lower layer has little effect. Since the measured value of the snow depth on the surface layer is 15 cm, the indicated value Cdi = −2 μA, which is found to be in good agreement with the flight experiment results shown in Table 1 (−3 μA to −6 μA).
同様に、図12の(e)図に示す3層構造積雪面の時のGPパスの予測計算を行った。この計算結果は、図12の(e)図中に示す値とし、中層の積雪深は、図12の(e)図中に記載の残留値を用い、表層の積雪深は、5cm、10cm、15cmとした。 Similarly, the GP path prediction calculation was performed for the three-layer structure snow surface shown in FIG. The calculation result is the value shown in FIG. 12 (e), and the snow depth of the middle layer is the residual value described in FIG. 12 (e), and the snow depth of the surface layer is 5 cm, 10 cm, It was 15 cm.
この図15eから明らかなように、機上の指示値Cdiに最も顕著に影響するのは、表層の積雪深である。中層の誘電率の影響は、表層積雪深が5cmの時である。表層の積雪深の実測値は10cmであるから、指示値Cdi=+7μA〜10μAとなり、表1に示す飛行実験結果(4μA〜8μA)と良く一致することが判明した。 As is apparent from FIG. 15e, it is the snow depth of the surface layer that most significantly affects the on-machine instruction value Cdi. The influence of the dielectric constant of the middle layer is when the surface snow depth is 5 cm. Since the measured value of the snow depth on the surface layer is 10 cm, the indicated value Cdi = + 7 μA to 10 μA, which is found to be in good agreement with the flight experiment results shown in Table 1 (4 μA to 8 μA).
この発明によるGPパス予測方法は、豪雪地帯に設けられている空港において、特に有効に利用することが出来る。 The GP path prediction method according to the present invention can be used particularly effectively at airports provided in heavy snowfall areas.
1 GPアンテナ
2 積雪深計
3 GP反射点
4 誘電率測定センサ
4a、4b 共振型センサ
7(7a、7b) 除雪キャップ
8 予測計算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 GP antenna 2 Snow depth meter 3 GP reflection point 4 Permittivity measurement sensor 4a, 4b Resonance type sensor 7 (7a, 7b) Snow removal cap 8 Prediction calculation part
Claims (7)
少なくともアッパー素子、ミドル素子、ロー素子の3素子のアンテナ高、滑走路からのGPアンテナのオフセット量を設定し、
前記基本積雪形状データ、前記GP反射面の横断勾配データ、縦断勾配データを、前記データファイルから読み込むとともに、前記GP反射面をメッシュのデータ列に変換し、
前記一定積雪深または前記不等積雪深の積雪の誘電率を、誘電率測定センサとして共振型センサにより計測するとともに、各誘電率の測定時における各雪深を積雪深計により測定し、
測定した誘電率と、この誘電率の測定時の積雪深と、前記データファイルから前記一定積雪深または前記不等積雪深の縦断方向のメッシュのデータ列と、前記GPアンテナの高さデータとをいずれも少なくとも3点読み込み、
前記GPアンテナから受信点までの距離を可変とする下記(1)〜(5)を繰り返し処理し、(1)メッシュのデータ列から反射点を推定し、(2)反射点、GPアンテナ虚像及び受信点からの伝搬経路を求め、(3)積雪の反射係数を求め、(4)直接波を求め、(5)GP反射面の前方に位置する前方地形が形成する前方地形データから前方地形の回折波を求め、
このようにして求めたそれぞれ2周波の前記直接波と反射波と回折波とを加算して、ILS受信機の入力信号を求め、
このILS入力信号から機上受信器の受信指示値DDMを求めること
を特徴とするILSのグライドパス装置のGPパス予測方法。 Front terrain data formed by the front terrain located in front of the GP reflection surface, snow data of a constant snow depth that forms a layer structure in which the GP reflection points are removed to the same height, and the GP reflection points are unevenly high In the GP path prediction method of the ILS glide path device, which stores the snow data of the unequal snow depth forming the layer structure removed from the snow as the basic snow shape data of the GP reflecting surface, respectively, in the data file,
Set the antenna height of at least three elements, upper element, middle element, and low element, and the offset amount of the GP antenna from the runway,
The basic snow shape data, the cross slope data of the GP reflection surface, and the longitudinal gradient data are read from the data file, and the GP reflection surface is converted into a mesh data string.
The dielectric constant of the snow of the constant snow depth or the unequal snow depth is measured by a resonance type sensor as a dielectric constant measurement sensor, and each snow depth at the time of measuring each dielectric constant is measured by a snow depth meter,
A measured dielectric constant, a snow depth at the time of measuring the dielectric constant, a mesh data string in the longitudinal direction of the constant snow depth or the unequal snow depth from the data file, and height data of the GP antenna All read at least 3 points,
The following (1) to (5) in which the distance from the GP antenna to the reception point is variable are repeatedly processed, (1) the reflection point is estimated from the mesh data string, (2) the reflection point, the GP antenna virtual image, and The propagation path from the receiving point is obtained, (3) the snow reflection coefficient is obtained, (4) the direct wave is obtained, and (5) the front terrain data formed by the front terrain located in front of the GP reflecting surface is determined. Find the diffracted wave
The input signal of the ILS receiver is obtained by adding the direct wave, the reflected wave and the diffracted wave of each of the two frequencies thus obtained.
A GP path prediction method for an ILS glide path device, characterized in that a reception instruction value DDM of an on-board receiver is obtained from the ILS input signal.
を特徴とする請求項1に記載のILSのグライドパス装置のGPパス予測方法。 2. The graphic display unit displays at least a GP path characteristic, a GP path width characteristic, a snow depth and snow quality error, a GP path error calculation chart based on an expected snowfall amount, and the basic snow cover shape. The GP path | pass prediction method of the glide path | pass apparatus of ILS.
を特徴とする請求項1〜請求項2にそれぞれ記載のILSのグライドパス装置のGPパス予測方法。 3. The GP path of the ILS glide path device according to claim 1, wherein the dielectric constant measurement sensor for measuring the dielectric constant is measured using a resonance type sensor arranged in a snow depth direction. Prediction method.
を特徴とする請求項1項〜請求項2にそれぞれ記載のILSのグライドパス装置のGPパス予測方法。 3. The ILS glide path device according to claim 1, wherein the dielectric constant measurement sensor for measuring the dielectric constant is measured using a resonance type sensor having a structure installed on a ground plane. 4. GP path prediction method.
を特徴とする請求項1〜請求項4にそれぞれ記載のILSのグライドパス装置のGPパス予測方法。 5. The GP path prediction method for an ILS glide path apparatus according to claim 1, wherein a measured value of dielectric constant is used for the difference in snow quality of the snow cover.
を特徴とする請求項1〜請求項5にそれぞれ記載のILSのグライドパス装置のGPパス監視方法。 6. The ILS glide according to claim 1, wherein after removing snow to the constant snow depth, a snow depth at a reflection point of any one of the three-element antennas is measured by a snow depth meter. GP path monitoring method for pass device.
を特徴とする請求項1〜請求項5にそれぞれ記載のILSのグライドパス装置のGPパス予測方法。 When removing snow at the unequal snow depth, snow removal caps having different heights are inserted into the snow surface of each reflection point of the three-element antenna. A GP path prediction method for an ILS glide path apparatus.
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