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開発が欠かせません。そういった中で技術波及効果が高く、産業的に広い裾野を持つ航空 機産業の成長を促し、今後の我が国の基幹産業の一つにしていくことを目指して国際競争 力のある技術を産業界が受け止められるレベルまで持ち上げることがＪＡＸＡ航空の役割 であり目標であると考えています。

文部科学省 科学技術・学術審議会研究計画・評価分科会航空科学技術委員会において

「航空科学技術に関する研究開発の推進のためのロードマップ（２０１２）」（平成２４年 ８月）として了承されたところですが、航空機産業を研究開発面で促進していくためには、

技術開発の面でも産官学の連携をよりシステマティックにして、お互いが相補的な役割を 担いながら、基礎的な研究が応用研究、実用化研究へとうまくつながって行くことが重要 であることは、言うまでもありません。

JAXA航空部門では、成果を効果的に創出するとともに、外部機関との協力を拡大し、我 が国の航空基盤を強化する等の観点から、従来の個別に進めてきた共同研究や委託研究の 枠を広げて、大きなテーマと課題を設定し、そのための解決策を外部の知的リソースに幅 広く求めていく仕組みとして、平成２２年度から公募型研究制度を導入しています。

平成２５年３月２１日に各研究間の情報交流、意見交換の場を提供するために、平成２ ４年度に採択されました「次世代運航システム（ＤＲＥＡＭＳ）の研究開発」に係る課題 のうち研究継続中のものについて、成果報告会を開催しました。本報告書は、その際の成 果をまとめたものです。

ＪＡＸＡの目指している産学官の相互交流による人材発掘、人材交流の促進及び若手人 材への機会提供への貢献の一端を理解していただくための資料として活用していただけれ ば幸いです。

宇宙研究開発機構航空プログラムグループ 航空プログラムディレクタ 岩宮敏幸

１．低層風擾乱のデータ同化シミュレーションに関する研究...1

○菊地　亮太、三坂　孝志、大林　茂（東北大学流体科学研究所）

２．不確実環境下でのコンフリクトフリー4次元軌道生成アルゴリズム...11

○松野　賀宣、土屋　武司（東京大学）

３．マルチGNSS高精度測位およびその信頼性評価アルゴリズムに関する研究 ...23

久保　幸弘（立命館大学）

４． Cognitive aspects of curved approaches ...37

ヨルグ　エントジンガー（東京大学）

５．指向性を考慮した騒音伝搬予測手法に関する研究...45

坂本　慎一（東京大学生産技術研究所）

６．動的計画法によるコンフリクトフリー最適軌道の生成に関する研究...59

宮沢　与和（九州大学）

７．混雑空港周辺およびコンフリクト発生空域における

最適交通流制御アルゴリズムの開発 ...67

○請川　克之、矢野　夏子、宇田川　佑介（株式会社　構造計画研究所）

（所属は発表時）

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RAIM: Receiver Autonomous Integrity Monitoring

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AL PL AL

PL

HPL

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HPL

13/26

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CA

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0.54054

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L1ᦙ㏦Ἴ఩┦ 0.000054054

ほ 㞧㡢䛾ศᩓ ほ 㞧㡢䛾ศᩓ ศᕸ䛾㔜䜏

0.595730 0.404270

CA䝁䞊䝗 0.2525 0.9650

䜺䜴䝇࿴䝣䜱䝹䝍

L1ᦙ㏦Ἴ఩┦ 0.00002525 0.00009650

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17/26

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PL

19/26

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PL

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Closed loop䠉Loosely coupled᪉ᘧ

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䞉

Extended Kalman Filter (EKF)

䞉

Quasi Linear Filter (QLF)

G i S Filt (GSF)

䞉

Gaussian Sum Filter (GSF)

䞉

Gaussian sum-Quasi Linear Filter (GQLF)

Jorg ENTZINGER ^(Ph.D.)

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[email protected]

䝶䝹䜾㻌 㻌 䜶䞁䝖䝆䞁䜺䞊㻌 㻌 䠄ᕤᏛ༤ኈ䠅

What is the goal?

● Understand differences

in mental models and cognitive processes between curved and straight approaches

● Support the pilot

(through training or interfaces)

in his supervision of automation

and in decision making

Why curved approaches?

● Limit noise impact on the ground

Tokyo Haneda airport ILS approach (left) versus RNP-AR curved approach (right) 3

Why curved approaches?

● Limit noise impact on the ground

● Enabling approaches with challenging terrain

Radar-vectoring approach with ILS RNP-AR curved approach with

manual (FD) landing RNP-AR curved

approach with ILS Radar-vec

approach RNP-AR c approach manual (F RNP-AR c approach

5

What are we looking at?

RNP-AR curved approach with manual (FD) landing

Straight final:

FD (+ Auto Throttle) Curved part:

Auto Pilot + Auto Throttle

Situational Awareness

Decision Making

Cognitive Workload

What is the problem?

● Verification of navigation database during flight is practically impossible

● Workload reduction under normal conditions, but likely to increase with abnormalities

● Supervision of automation is more difficult

● Less time to confirm alignment with runway

○ Decision height may be in a curve

○ Go-around may be initiated in a curve

○ Location of runway in visual field uncertain

₇

What is the problem?

A curved approach is less safe than a straight approach

Mental model of curves

is more complex Worse decisions, less

stabilized, larger errors

Briefings and training of students by a

veteran airline pilot

Combining research and actual experience

9

How to measure cognitive workload?

● Subjective measures (e.g. Task Load Index)

How to measure cognitive workload?

● Subjective measures (e.g. Task Load Index)

● Pupil size

11

How to measure cognitive workload?

● Subjective measures (e.g. Task Load Index)

● Pupil size

● Heart-rate-variability y

● Research: mostly hardware or trajectory

● Pilot training: systems and procedures

● Missing: human factors

● Irregular cases are not yet considered

(challenging weather, one engine out, etc.)

● Late changes of plan due to mixed-mode airport operations occur

● Small differences between procedures,

certifications, and systems confuse crew

¹³

Where do we go from here?

● What are the most demanding cases?

● What support/training is needed?

Challenges:

● Current simulator has no RNP-AR capability

● Still few pilots with RNP-AR experience

(especially in Japan)

指向性を考慮した騒音伝搬予測手法に関する研究

•騒音は航空機運航ルートの決定における大きな要因

•長距離伝搬に関する風や温度分布の影響と 航空機

•長距離伝搬に関する風や温度分布の影響と、航空機 騒音の指向特性の影響

•本研究では、音源の指向性を考慮した騒音の伝搬予 測計算法を波動数値解析により開発することを目的

•計算と実験によって音源指向性が騒音レベル分布に 及ぼす影響を調べる。

?

? ? ? ? ? ? ?

及ぼす影響を調べる。

東京大学生産技術研究所 坂本 慎一 東京大学生産技術研究所 坂本 慎一

（専門分野：応用音響工学）

指向性を考慮した騒音伝搬予測手法に関する研究

④全体研究計画

H24(2012) H25(2013) H24(2012) H25(2013)

（各年度目標） ①波動数値解析に対

する指向性の導入手 法 確立

②フィールドにおける 検証実験

③音源指向性デ タ 法の確立 ③音源指向性データ の取得と騒音伝搬特 性に及ぼすケースス タデ

（課題と計画）

①指向性を考慮した波動数値解析手法

タディ

①指向性を考慮した波動数値解析手法 の確立と整備

デ 向

using Fourier expansion (in 2‐D)

(アイデア)：指向性の分解⇒合成をFDTDに取り込む

g p ( )

( ) ∑ { ( ) ( ) } ∑

^∞

( )

=

∞

=

= +

= Φ

0 0

cos sin

cos

m m

m Am mϕ Bm mϕ A mϕ

ϕ

h l h ( )

( ) ^{2 n + 1} ( ^{n − m} ) ( ) ^!

^j

using  spherical harmonic expansion (in 3‐D)

( ) ( )

( ) ( θ )

^ϕ

ϕ π

θ

_n^{m jm}

nm

P e

m n

m n

Y n cos

!

! 4

1 , 2

+

= +

Express by initial distribution of pressure p y p

3

y i d fi d

i d fi d

1 FDTDM

課題：指向性を考慮した波動数値解析手法

( ) ( )

( ) ( )

{ }

∑

^{+ +}

+

−

− + Δ +

−

+

= +

M n n

n n

k j m i p k j m i p t D

k j i u k j i u

2 / 1 2

/ 1 1

, , ,

,1 , ,2 / 1 ,

,2 / 1

y pis defined uis defined

1. FDTDM

( ) ( )

{ }

∑

=

+

Δ m Dm p i+m jk p i m jk h 0

, , ,

ρ ,1

( ) ( )

+ + = ⁿ +

n i j k v i j k

v ¹ , 1/2, , 1/2, Δh

( ) ( )

{ }

∑

=

+

+ + + − −

Δ

− Δ ^M

m

n

m pn i j m k p i j mk

h D t

0

2 / 1 2

/

1 , ,1 , ,

ρ x

( ) ( )

( ) ( )

{ }

∑

^{+ +}

+

−

− + Δ +

− Δ

+

= +

M n n

m n n

m k j i p m k j i p h D t

k j i w k

j i w

0

2 / 1 2

/ 1 1

, , 1

, ,

2 / 1 , , 2 / 1 , , ρΔh_m=0

ρ

( ) ( )

( ) ( )

{ }

⎡ Δ

=

∑

− +

M n n

n n

k j i

k j i

t D

k j i p k j i

p ^{1/2 1/2}

2 / 1 2

/ 1

, , ,

, κ

vis defined

( ) ( )

{ }

( ) ( )

{

^{+ + − − −}

}

+

⎢⎣

⎡ + + − − −

−Δ

∑

∑

=

M n n

m m

n m n

k m j i v k m j i v D

k j m i u k j m i u h 0D

, 2 / 1 , , 2 / 1 ,

, , 2 / 1 ,

, 2 / 1

2

( ) ( )

{ }

_⎥

⎦

− ⎤

−

− + + +

∑

=

= M m

n m n

m

m k j i w m

k j i w D

0 0

2 / 1 , , 2 / 1 ,

,

Initial-value problem

課題：指向性を考慮した波動数値解析手法

課題：指向性を考慮した波動数値解析手法

No.

(0, 0) Input spatial

Distribution [0, 0] Spectral

correction filter [0, 0]

Spatial Spectral Transient

Inverse filter ORDER‐0 (1, 1)

(1 0)

[ , ] Input spatial Distribution [1, 1]

Input spatial

[ , ] Spectral correction filter [1, 1]

Spectral Inverse

filter ORDER‐1 (1, 0)

(1,‐1)

Distribution [1, 0]

Input spatial Distribution [1,‐1]

i l

correction filter [1, 0]

Spectral correction filter [1,‐1]

S l

d nt)

(2, 2) (2, 1)

Input spatial Distribution [2, 2]

Input spatial

Distribution [2 1] Spectral

correction filter [2 1]

Spectral correction filter [2, 2]

Inverse

nd   fiel d ce   poi n

(2, 0)

Distribution [2, 1]

Input spatial

correction filter [2, 1]

Spectral filter ORDER‐2

Sou n c

characteristics for  (n,m)=(3,3)

( , ) (3,3)

z

y x

7

x-z plane

航空機の指向性を入手し、解析に取り込むことが課題

指向性を考慮した騒音伝搬予測手法に関する研究

④全体研究計画

H24(2012) H25(2013) H24(2012) H25(2013)

（各年度目標） ①波動数値解析に対

する指向性の導入手 法 確立

②フィールドにおける 検証実験

③音源指向性デ タ 法の確立 ③音源指向性データ の取得と騒音伝搬特 性に及ぼすケースス タデ

（課題と計画）

①指向性を考慮した波動数値解析手法

タディ

①指向性を考慮した波動数値解析手法 の確立と整備

②フィ ルドにおける予備実験

②フィールドにおける予備実験

②フィールドにおける検証実験

（装置等 実験準備）

③音源指向性データの取得と騒音伝搬 特性に及ぼす影響のケーススタディ

音響伝搬実験

実施日時：平成24年11月27日(火) 実施場所：大樹航空宇宙実験場

実施場所 大樹航空宇宙実験場 目的：

上空（100 500 ）からの音の伝搬を実験

• 上空（100～500m）からの音の伝搬を実験 的に詳細に計測した参照データを取得すること。

[DREAMS projectの実験 (11/18-12/2) に スポット参加]

スポット参加]

• 指向性をもつ音源のデータを取得すること。

実験概要(1)

指向性音源の作成

指向性音源からの伝搬を計測するため、係留気球 に吊るす音源を作成。 GPS （位置、方位を確認）

に吊るす音源を作成。

音源 ホ ンスピ カTH 750(TOA) 音源：ホーンスピーカTH‐750(TOA)

音源の指向性－事前に無響室で計測

-5 0 0.0 0

15 30 330

250Hz 345

-5 0 0.0 0

15 30 330

500Hz 345

-20.0 -15.0 -10.0 -5.0

45

60 300

315

-20.0 -15.0 -10.0 -5.0

45

60 300

315

-40.0 -35.0 -30.0 -25.0

75

90 270

285

-40.0 -35.0 -30.0 -25.0

75

90 270

285

105

255 255 105

10dB 10dB

120

135 150 210

225

240 120

135 150 210

225 240

150 180 165

195

210 150

180 165 195 210

音源の指向性－事前に無響室で計測

-5 0 0.0 0

15 30 330

1kHz 345

-5 0 0.0 0

15 30 330

2kHz 345

-20.0 -15.0 -10.0 -5.0

45

60 300

315

-20.0 -15.0 -10.0 -5.0

45

60 300

315

-40.0 -35.0 -30.0 -25.0

75

90 270

285

-40.0 -35.0 -30.0 -25.0

75

90 270

285

105

255 255 105

10dB 10dB

120

240 240 120

実験時間：半日 音源高さ：100 音源高さ：100 m

指向性 ：3ケース（直下 真横 斜め下）

指向性 ：3ケ ス（直下，真横，斜め下）

実際の音源

所望の向きに設定することができなかった。

◎ロープによる係留 ◎風条件

次年度の課題

◎ロープによる係留，◎風条件，

◎装置の重心バランス

実験結果

100 150 200

高度（路面基準）

O.A. TSP-50 s Band TSP-16 s

‐50 0 50

13:51:4 13:52:0 13:52:2 13:52:4 13:53:0 13:53:2 13:53:4 13:54:0 13:54:2 13:54:4 13:55:0 13:55:2 13:55:4 13:56:0 13:56:2 13:56:4 13:57:0 13:57:2 13:57:4 13:58:0 13:58:2 13:58:4 13:59:0 13:59:2 13:59:4 14:00:0 14:00:2 14:00:4 14:01:0 14:01:2 14:01:4 14:02:0 14:02:2 14:02:4 14:03:0 14:03:2 14:03:4 14:04:0 14:04:2 14:04:4 14:05:0 14:05:2 14:05:4 14:06:0 14:06:2 14:06:4 14:07:0 14:07:2 14:07:4 14:08:0 14:08:2 14:08:4 14:09:0 14:09:214:09:314:09:514:10:0 14:10:2 14:10:4 14:11:0 14:11:2 14:11:4 14:12:0 14:12:2 14:12:4 14:13:0 14:13:2 14:13:4 14:14:0 14:14:2 14:15:0 14:15:2 14:15:4 14:16:0 14:16:2 14:16:4

200

‐150

‐100

40 00 20 40 00 20 40 00 20 40 00 20 40 00 20 40 00 20 40 00 20 40 00 20 40 00 20 40 00 20 40 00 20 40 00 20 40 00 20 40 00 20 40 00 20 40 00 20 40 00 20 40 00 20 30 50 00 20 40 00 20 40 00 20 40 00 20 40 00 20 00 20 40 00 20 40

‐200

250 Hz 500 Hz 1 kHz 2 kHz 250 Hz 500 Hz

伝搬測定 TSP(Time Stretched Pulse, Swept sine) 法

伝搬測定 ( , p ) 法

例：4s 50s, 4Oct.

実測時間：13:50-14:15（天候の変化により終了）

実測時間：13:50 14:15（天候の変化により終了）

音源高度：50m (GPSデータによる)

実験結果 気象条件・音源条件

420.0 

0

270.0  300.0  330.0  360.0  390.0 

風向@h=1.2m

n [deg.]

N 0

120.0  150.0  180.0  210.0 

240.0  @

風向@h=10m 風向@h=5m

nd directio

270 90

15.0 

風速@h 1 2 30.0 0.0 

60.0 

90.0  OA‐No.1

Win

180

10.0 9 0 11.0  12.0  13.0 

14.0  風速@h=1.2m

風速@h=5m

OA‐No.1

[m/s]

7.0 8.0  9.0 

speed 

70 80 90 100

70 80 90 100

70 80 90 100

70 80 90 100

係留高度

20 30 40 50 60

20 30 40 50 60

20 30 40 50 60

20 30 40 50 60

高度はほぼ 定（50 ）

360 360360 360 0 10 20 0 10 20 10 20 0 10

20

高度はほぼ一定（50m）

180 225 270 315 360

180 225 270 315 360

180 225 270 315 360

180 225 270 315 360

OA‐001 OA‐003

OA‐004

SP方位

滑走路西方向

滑走路東方向 ⁴⁵⁰

90 135 180

0 45 90 135 180

0 45 90 135 180

0 45 90 135

180 OA 004

滑走路西方向

滑 路東

‐90

‐45

‐90

‐45

‐90

‐45

‐90

‐45 OA‐002

角度はバラバラ（一測定の間にも大きく変化）

角度はバラバラ（ 測定の間にも大きく変化）

風速大→スピーカが大きく振られ、動揺した。

実験結果 定量化 定量化

TSP I.R. Filtering Integration

t1

ITSP ∫

¹

^p ( ) ^t

²

^{d t}

t0

Unit impulse 500 Hz Unit impulse 1000 Hz Unit impulse 1000 Hz Unit impulse 2000 Hz

33 2 5 4

6

7 9 8

10 7

12 11

実験結果

1st 2nd 3rd 4th 5th

6th 7th 8th 9th 10th

130

6th 7th 8th 9th 10th

11th 12th 13th ave 10th

11th 12th 13th ave

115 120

125

250Hz

105 110 115

L[dB]

SPL 100

1st 2nd 3rd 4th 5th

6th 7th 8th 9th 10th

130

6th 7th 8th 9th 10th

11th 12th 13th ave 10th

11th 12th 13th ave

115 120

125

500Hz

105 110 115

L[dB]

90 95

SPL 100

80 85 90

500 300 100 100 300 500

‐500 ‐300 ‐100 100 300 500

Position [m]

実験結果

1st 2nd 3rd 4th 5th

6th 7th 8th 9th 10th

130

6th 7th 8th 9th 10th

11th 12th 13th ave 10th

11th 12th 13th ave

115 120

125

1kHz

105 110 115

L[dB]

90 95

SPL 100

80 85 90

500 300 100 100 300 500

‐500 ‐300 ‐100 100 300 500

Position [m]