GPS の利用（日食観測の必需品）
連載第2回

GPSの原理（その2)丹羽誠

今回も前回に引き続き、 GPS の原理です。 より高精度な測位を可能にするDGP S の原理と、接触測定で有効な時刻同期の話です。
また、 モンゴル ・ ジベリア日食直前と言うことで、 国内でも容易に入手できるGPS受信機を簡単に紹介します。

2. 6

ディファレンシャルGPS(DGPS)

単独測位の精度は既に述べたように S Aなどの問題もあってせいぜい100m 程度です。 この精度では陸の上にいるはずなのに海の上にいるといったこともありうるわけです。 カ ー ナピな
どで使う場合マップマッチング等の万法で強制的に道路上を走つているように見せる技術もありますガ根本的な解決策というわけではありません。 特に掩蔽観測などではせめてSOm以上の精度ガ欲しいところです。
そこでGPS 測位の精度を向上させる技術として考え出されたのが、 DGPS (Differential GPS)です。 この DGPS は、トランスロケージョンとガ差動GPS という呼び万をされることもあります。
(1)DGPSの原理
DGPSと単独測位との一番の違いは、 2台のGPS受信機を使って、 同時に測位することにあります。 一台の受信機を座標のわかつている観測点にあきます（これを基準局とする）。 そうするとGPSから出力される座標と、 本来わかっています座標との誤差がわガリます。 この誤差の椙報をもう一台のGP S 受信機（こちらを移動局とする）に送つて、 測位結果ガら誤差を差し引くことで移動局のより正確な位堂を知ることができるのです。 この場合精度は数m ~ 10m程度にまで改善されます。
DGPS で精度が向上するのは共通の誤差を相殺できるためです。 相殺される誤差は、 S A、 GPS 衛星の軌道楕報の誤差、 電離蔭の影害です。
誤差を上手く相殺するには、 誤差を相殺する前提である＂

それぞれの誤差を基地局 ・ 移動局＂

共通の誤差 となるように、 次の点に注意する必要ガあります。
・同時に観測すること
・基準局、 移動局で同じGPS衛星を使用すること

・軌道楕報は同じものであること（椙報更新時に混乱する可能性ガある）
このDGPSにもいくつガの万法があし）ますが、 一般的なものとしては補正椙報の扱い方によリ次の2つの万法があります（図2. 11)。
①補正梢報を基準局の綴度、 経度、 高さ、 もしくは3次元直交座標値との差とする万法―, ＿②補正梢報を各衛星毎の疑似距離の誤差とする万法それぞれの万法には一 長 一 短ガ あるが簡単にまとめると次のようになリます。
①による方法・単独測位用の受信機をそのまま用いますことができる。
・転送する補正楕報は少なくてすむ。
・基準局と移動局で測位に使用しています衛星が異なると粗度が低下する。
②による万法・基準局は受信していますすべての衛星の疑似距離もしくは疑似距離の誤差を出力する機能が必要。
・観測できています衛星が多いと転送する補正椙報が増加する。
・移動局は疑似距離補正ガできる機能が必要。
・基準局と移動局とは同じ衛星を利用して 測位計算ができる。
①の万法 は簡便ですが、 離れた2地点でいつも 同じ衛星を使 うというのが困難なため現在ではほとんど利用されていません。 米国なとで 一
般に用いられているのは②の万法です。
この方法で問題となるのは基準局側の受信横です。 疑似距離. .. -.._- ..• =- : -:- .

② 面■ことの位置瞑記胄莉

誤差を出力できるGP. ···" .ヰ．；元真の衝量位■/:·'. :··.-: _:-_./・ 、・;,:-:: -_•:':.'
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S受信横 はまだまだ．．．

·,.#3

高価で 一 般に利用できるものではあリま、せん。 と ころが、 この補正情報だけをなんらガの万法でユ ーザ ー ガ 利用できるな

図2. 11DGPSの方法-10-

らば、 ユ ー ザ ー は補正椙報を入力できるGPS受信携 1台があればよいことになります。
米国では、 この補正梢報について標準化が以前よリ進められてあり、 RTCM (Radio Technic11l
Commission for Maritime services)

SC-104委員会で、 DGPSに必要なデータ仕様ガ定められています。
(2)DGPSの実際先ほど述べた RTC M SC-104 のデ ー タ仕様は、 DGPSを実際に行う上で現在では事実上の世界標準です。 この標準の正式な名称は、" RTCM RECOMMENDED STANDARDSDIFFERENTIAL NAVST AR GPS SERVICE" です。

一FOR

般には RTCM SC-104 規格の通称で通じます。
RTCM SC-104 のメッセ ー ジは1語30ピソトガらなるバイナリ ー デ ー タです。 メッセ ー ジの内容
はメッセ ー ジタイプとして区別されてあり、 表7. 3に主なものを示します。
表 7. 3
メッセ ー ジタイプ No.

RTCM SC-104 規格の主なメッセ ージタイブ
タイトル（意味）DGPS補正醤（疑似距離誤差とその時間変化率）

2

デルタDGPS補正匿（軌道楕報の更新椙報の補正）

3

基準局バラメ ー タ ー （基準局の WGS-84 座標）

9

DGPS補正呈の 一 部（タイプ 1 と同じで使用する衛星のみ）

16

特別メッセ ー ジ(90文字までのアスキ ー デ ー タ）

RTCM RECOMMENDED STANDARDS FOR DIFFERENTIAL NAVST、\R GPS SERVICE
VER.2.1TABLE4-2,.JAN31994より
この規格はデ ー タ形式を決めているだけでその伝送万法には触れられていません。 一般的には RS-232C 等のジリアルデ ー タにして伝送されることがほとんどです。 この場合最低 SObps 程度の転送速度があれば補正デ ー ダの転送は可能です。 実際にはこれより早い IOObps から9600bps 程度で送られていることが多いようです。
伝送万法の次は伝送手段に何を利用するかです。 伝送手段としては、 携帯零話を含めだ窃話回線、 業務用無線、 アマチュア無線のバケット通信、 特定小電力無線、 ピ ー コソ電波、 通信衛星、 FM 多菫放送、 航海衛星等があります。 このうち米国ではピ ー コン電波、 FM多菫放送による補正情報が 一般に利用できることは先に述べたとありです。
米国製のGPS受信機のほとんどは、 RTCMSC-104 の補正データを入力できるようになってあり、 専用のピ ー コン受信機や FM受信機と組み合わせることによって、 DGPSが簡単に実現できます。
DGPS補正椙報は、 日本ではまだオ ー プンに誰でも簡単にできるよう にはなっていませんが、-ll-徐々にDGPSサ ー ビスが始まりつつあリます。
①日本船舶通信株式会社

DGPS補正椙報サ ー ピス

NTTの公衆回線を利用したDGPSの補正楕報サ ー ピスです。利用するには加入契約を結んで、 IDとバスワ ー ドを取得する必要があります。 公衆回線を利用するだめ、 携帯電話等を利用すれば移動体でのDGPSも可能です。
②海上保安庁 ラジオピ ー コン多重放送
海上保安庁が、 船舶の航行にDGPSが利用できるように、 無線方位測定又は船舶気象通報のラジオピ ー コン電波(288 ~ 316k.Hz)にMSK変調でDGPS補正星を付加して中波多重送を行っています。 平成8年4月に実用運用に入る予定であったガ現在遅れています
ようです。この多重放送のデ ー タの復調には、米国製のピ ー コン受信猥が利用可能です。
ただし、 もともと船舶を対象としていますので、 山間などの内陸での利用は困難です。
この他、 阪神大震災の教訓から、 神戸の鉢伏山でDGPS実験局が開設され、 RTKと呼ばれる測皇用GPSの補正椙報の提供も行われましだ。
合後、 DGPS補正梢報のサ ー ピスはますます一般化する万向にあると考えられますが、 現在期待されているのは道路交通情報ジステムのVICSなどに代表されるFM多重放送の利用です。F
M多重放送は既に「見えるラジオ」として利用されていますが、 この他にVICSへのDGPS補正楕報の付加も検討されています。 これが実現すれば、 カ ー ナピも、 道路から勝手に外れることもなく、 より正確なナビゲ ー ジョンが可能になるでしょう。

2. 7

時刻同期

GPSの単独測位の副産物として正確な時刻が、 GPS受信機の中にできているのは既に述べたとありです。この時刻精度は、色々な誤差を差し引いてもlµs程度は十分に得ることができます。
この高精度の時刻を利用するには、 GPS受信機にlPPS出力と呼ばれる時刻出力がついだ受信機が必要です。普段我々が利用できるI\ンデイタイプのGPS受信機には、 この1PPS出力はあまリみかけませんが、 センサ ー タイプのGPSや測昆用GPS受信機にはついているものを多くみかけます。

IPPS出力は、その名の通�）1秒間に1バルス(1 pulse per second)正確に出力されます。 この出力をピデオのス ー バ ー インポ ー ズ用の時計のリセット入力などにつないで制御すれば、 その精度を活かすことができます。 だだし、 こういった形で簡単に時刻セットできるGPSとしての製品は、 一般消費者向けとしては発売されていないため、 アマチュアの自作により行われているのが現状です。
日本国内でも、 JJYが頗次廃止される方向に向かってあり、 安定した精度の時刻を得る万法は、これからはGPSに頼らざるを得ないようになってきています。日食の海外遠征などでは、lPPS出力の栢度まででなくても、 GPSに表示されるUTだけでも十分に助かります。

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3. モンゴル ・ シペリア日食に向けてモンゴル ・ジベリア日食まであとわずかとなりました。 ここまで読んでいだだけだ万の中には「 GPSって日食観測に便利そうな道具だガ、 どこで売つているの？」と疑問に思う万も見えるかと思います。

3. 1

国内で入手できるGPS受信機

そこで、 現在国内で入手しやすいGPS受信機を簡単に紹介したいと思います。 以下の製品以外にもいくつかのあもしろい製品がありますガ、 それはまた機会を改めて紹介したいと思います。
(1) エンペックス

ポケット GPS38J/40J (米国 Garmin 社製ハンディ GPS)

気象関係の製品を扱っているエンペックス株式会社が Garmin 社のハンデイ GPSを輸入販売しています。 38J と 40J の2モデルがあり、 両者の違いは外部アンテナが付けられるかどうかという違いです。 ハンデイ GPSですので、 買ったその日から早速使うことができます。 また、 Jモデルということで、 表示とマニュアルが日本語表記となっています。
G11rmin 社のハンデイ GPSは北米でも多大なジェアを誇ってあL）、 CfP も高くあすすめできる製品です。 ただし、 この 38 以前のモデルは、 アソテナ感度がやや低く、 日本国内の都心など
では衛星がなガなかつガまらないといった難点もありました。 また、 オプションのデータケープルによりバソコンにつないでの利用も可能です。
問い合わせ先：エンベックス気象計株式会社

通信販売事業部 03-3494-4010

http://www.infoweb.or.jp/empex/wekome.html
価格： GPS38J

氾9,800GPS40J;ii:59,000

なあ、 この製品は大手のアウトドアジョップに置いてあることガ多いです。
(2) SONY IPS-5000
これはセンサ ー タイプのGPS受信懐です。 単独では使えません。 必ずバソコンなどにつないで、 その出力を利用するタイプです。 私が普段から使っている GPS受信櫻もこれで、 ベル ー 、 インド8食で活躍しました。 この GPS受信機の特長は、 非常に感度が高く、 零波状況の少々悪いところでも測位出来る点です。 パソコンにつなぐことにより、 デ ー タを自由に加工することガでき、 この点も便利です。 ただし、 バソコンとつなぐにはレベルコンバ ー ダ ー というものが必要です（別売リ品）。
入手先：通信販売：（株）SPA 03-5496-4701
ht Ip ://w..vw .avisn ct.or.j p/-syspal/spa/s pa. htm I

秋葉原：ックモ万世店

03-3251-244 l

T-ZONEアップグし ー ドギャラリ ー 03-3257-2675
価格： IPS-5000本体¥29,800-13-3. 2

わからないことがあったらGPS、 特に最近のハンデイGPSは非常に使いやすくなってあり、 使い方がわ からないといったことはほとんどないと思います。 ただし、 間違つだ使い万をしていて、 それに気がつかないことは結構あるようです。
例えば、 電源入れても全然測位にならない。 最初はGPS受信視の中のデ ー タがからっほにな
つていることがあるので、 全万位天空のよく開けだところで、 20~30分衛星からの電波をまず受信して下さい。 部屋の中や窓際ではだめです。
地図の位型と表示されいている緯度経度とが4~500mずれている。 測地系がWGS-84 のままになつています。 日本国内の地図はTOKYO-DATUMで書ガれていますので、 GPS受信機の測地系をセットしてください。 ただし、 海外遠征ではWGS-84系で、 観測地の縮度経度を記録された方がよいでしょう。
この他にも使っていると疑問がわいてくると思います。 もし、 バソコ:; 通信のニフテイサ ー プのIDをあ持ちでしたら、 是非 一度、 バソコ:;GPSフォ ー ラム(FGPS)を覗いてみて下さい。 答
えがきっと見つかると思います。 私は、 このフォ ー ラムでサプジスオペ(ID:DNC0 1095)をしてあります。 あ気軽にFGPSにあ寄1）下さい。

参考文献
・日本測地学会編著、日本測醤協会発行「新訂版GPS 人工衛星による精密測位ジステム」、1989•土屋淳、 辻宏道著、 日本測量協会発行「GPS測星の基礎」、 1995

・需波実験社発行「PCWAVE1994年11月号特集2

バソコンGPS」

・電波実験社発行「PCWAVE1995年10月号特集1

バ ー ソナルGPSの構築」＊訂正
前回記事の中で、 図2. 8と図2. 9が逆になっていましだ。 謹んで訂正いだいします。

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