着陸誘導装置のマルチパス信号処理技術と空港運営効率化

着陸誘導装置とは何か

航空機が安全に滑走路へ進入するためには高精度な位置情報が必要です。
この役割を担うのが着陸誘導装置であり、代表的な方式としてILS（計器着陸装置）、MLS（マイクロ波着陸装置）、GBAS／GLS（衛星航法補強システム）などが挙げられます。
滑走路端に設置された送信アンテナと機上受信機が連携し、航空機の横方向および縦方向のずれをリアルタイムに検出します。
しかし空港周辺には建物、地形、航空機自身の機体構造など複数の反射体が存在し、電波は複雑に散乱します。
これにより本来の経路とは異なる経路を通って到来する「マルチパス信号」が発生し、角度誤差や距離誤差の原因となります。
その誤差を極小化するのがマルチパス信号処理技術です。

マルチパス信号が引き起こす課題

ILSのローカライザは滑走路中心線に対し±2.5度程度の狭い角度を担保しますが、マルチパスが発生すると方位角情報が歪み、進入経路が偏位します。
グライドスロープも同様に角度が変動し、本来の降下角を維持できません。
結果としてパイロットは補正操縦を強いられ、最悪の場合は着陸復行（ゴーアラウンド）の判断を求められます。
運航ダイヤがひっ迫するハブ空港では、このような復行が連鎖的に遅延を生む要因となります。
さらに悪天候時は視界が制限されるため、着陸誘導装置の誤差は安全マージンを大幅に削減します。

マルチパス信号処理技術の進化

アンテナ配置最適化と吸収材の活用

最初期の対策は物理的アプローチでした。
アンテナ周囲の地形を整地し、電波吸収パネルを設置して不要反射を低減しました。
またローカライザアンテナ群を複数配置し、ビーム合成によって主ビームを絞り込みサイドローブを抑制しました。

アダプティブフィルタリング

デジタル信号処理技術の発展により、リアルタイムで受信波形を解析しマルチパス成分を分離する手法が実用化しました。
代表例がLMSアルゴリズムやRLSアルゴリズムを用いたアダプティブフィルタです。
機上受信機は目標となるダイレクトパス信号を基準に、遅延成分と角度オフセットを識別し、重み係数を動的に更新して干渉波を打ち消します。

MIMOとデジタルビームフォーミング

近年は複数送信・複数受信アンテナを組み合わせたMIMO構成が注目されています。
方向ごとに最適なビームパターンを生成し、ダイレクトパスのS/N比を最大化すると同時に、反射波方向をヌルポイントに設定します。
FPGAやGPUによる高速演算が可能になったことで、ビームフォーミングの遅延は数マイクロ秒以下に短縮され、航空機の秒速70〜80mの移動にも十分追従します。

AIベースの異常検知

ディープラーニングを用いて受信スペクトルを画像的に解析し、マルチパス特有の干渉縞パターンを自動認識する実験も進んでいます。
AIモデルは季節や気象条件による変動を学習し、閾値を超える異常を検知した際には空港運用者へアラートを送信します。
これにより早期の保守対応が可能になり、システム可用性が向上します。

導入事例と性能指標

欧州の某国際空港では、ILS送信機にMIMOアレーとアダプティブフィルタを組み合わせたハイブリッド方式を導入しました。
試験結果では、マルチパス誤差は従来比60％削減され、CAT II条件での着陸成功率が92％から98％に向上しました。
同空港は年間50万回の発着がありますが、1％の復行削減により年間約1200便のダイヤ回復効果が報告されています。

空港運営効率化への貢献

滑走路処理能力の向上

マルチパス誤差が縮小すると航空機同士の縦間隔および横偏位の安全マージンが明確になり、離着陸間隔を短縮できます。
滑走路処理能力の向上は、ピーク時間帯の待機時間を短くし、スポット占有時間の最適化につながります。

悪天候時の運用維持

霧や大雨の際でも高精度の進入経路が維持され、視程条件による運用制限を緩和できます。
特にCAT III運用では、マルチパス制御が滑走路閉鎖の有無を左右するため、空港の収益を大きく左右します。

環境負荷と騒音の低減

安定した進入経路は無駄なエンジン推力変更を防ぎ、燃料消費とCO₂排出量を削減します。
また都市部を迂回する精密なアプローチ設計により、人口密集地上空での騒音被害を軽減できます。

コスト構造と投資回収

MIMOアンテナ、専用プロセッサ、AIソフトウェアの導入費用は中規模空港で約3億円〜5億円と言われます。
一方で遅延削減による航空会社への賠償コスト低減、着陸料増収、保険料割引などのベネフィットを合算すると、5〜7年で投資回収が見込めるケースが多いです。
加えて国の補助金や環境関連の助成制度を活用すれば、初期投資を30％程度圧縮することも可能です。

将来展望

GBASとRNP ARの融合

GBASは衛星航法と地上補正局を組み合わせた次世代システムで、マルチパスの影響を受けにくいL1、L5帯信号を用います。
GBAS進入経路にマルチパス抑制技術を連携させることで、旋回進入やステップダウン降下といった柔軟なプロファイルが実現します。

ドローンとeVTOLの着陸支援

都市エアモビリティの普及に伴い、小規模な離着陸場でも高精度誘導が必要になります。
マルチパス環境がさらに複雑なビル街では、AIビームフォーミングとUWB帯の組み合わせが検討されています。
既存空港で培った技術は、これら新モビリティの安全運航にも直接応用できます。

まとめ

マルチパス信号処理技術は着陸誘導装置の精度と信頼性を飛躍的に向上させます。
アンテナ設計、デジタル処理、AI解析といった多角的アプローチにより、従来の課題を克服しつつあります。
その結果、復行率の低減、運航ダイヤの安定、燃料消費の削減といった空港運営効率化の効果が実証されています。
今後はGBASやドローン運航など新しい空のインフラと連携し、さらに高度な空港マネジメントを実現していくでしょう。