平成１８年度第２回電波航法研究会
平成１８年９月１４日

高速移動体向け
高精度測位補正技術に関する研究開発(その２)
独立行政法人電子航法研究所

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内容• 準天頂衛星について• 研究開発概要• これまでに得られた成果• 今後の計画2

準天頂衛星について

Latitude, deg

60

0-60
90

120
150
Longitude, deg

180

3

準天頂衛星について：計画
1.

各国の状況
(a) GPS近代化計画（米国）： L2C, L5, GPSIII （L1C），24衛星(b) ガリレオ計画（欧州）：1機打ち上げ成功(2005.12.28)，30衛星(c) 北斗（中国）：軍事用，１号打ち上げ（2003.5），コンパス計画

2. 準天頂衛星計画（日本）：８字軌道
総合科学技術会議，宇宙開発委員会「我が国における測位衛星システムのあり方」(2003.12)

測位・地理情報システム等推進会議→計画見直し（2006.3）◆第１段階：国主体のプロジェクト
・１号機打ち上げ（2009）→技術実証（4省），利用実証（他省庁、民間）◆第２段階：官民合同プロジェクト
・２，３号機打ち上げ→システム実証（官民），事業化判断
4

準天頂衛星について：測位技術開発体制◆ GPS補完信号（L1C，L2，L5）：宇宙航空開発研究機構◆ 広域補強信号（L1-SAIF）：電子航法研究所■ 国産の広域DGPS技術開発■ 目標精度：１ｍ程度
SAIF: Submeter Augmentation with Integrity Function◆ 衛星搭載原子時計技術：情報通信研究機構，産業技術総合研究所◆ ネットワークRTK技術：国土地理院◆ ユーザ側技術：国土技術政策総合研究所，交通安全環境研究所

5研究開発概要(1)準天頂衛星を用いる高精度測位補正技術（高精度・高信頼性の測位補正方式の開発）• 目的
鉄道などの高速移動体の安全性向上に寄与する高精度測位システムの実現

・ 特徴①高精度：目標測位精度は１メートル程度②高信頼性：利用者が安心して使えるシステム③SBAS方式に基づいて開発
SBAS：静止衛星型衛星航法補強システム
6高精度測位実験システム概念図
高精度測位実験システム概念図

ＳＢＡＳの改良：測位精度の改善/信頼性の確保
ＳＢＡＳの改良：測位精度の改善/信頼性の確保
GPS衛星のGPS衛星の軌道推定誤差
軌道推定誤差準天頂衛星
高仰角から補正情報を伝送

GPS衛星のGPS衛星の時計誤差
時計誤差

GPS衛星

高信頼度の高信頼度の誤差補正情報
誤差補正情報

電離層
対流圏
電子航法研究所
補正情報を生成し準天頂衛星へ送信

電子基準点
GPS信号受信補正情報によりこれらの誤差を除去

電離層遅延
電離層遅延

GPS互換信号
GPS互換信号

対流圏遅延
対流圏遅延

利用者(プロトタイプ受信機)
地上局

GPS信号と補正情報を受信して高精度・高信頼性の測位

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年次計画
年次計画
平成１５年度

平成１６年度(補正情報生成方式開発)

方式調査・検討

方式評価

評価用ソフトウェア作成

平成１７年度 平成１８年度

平成１９年度

平成２０年度(補正情報リアルタイム生成システム開発)(実リアルタイム処理システム開発

総合試験

平成２１年度
証試

平成２２年度験)

技術実証試験

プロトタイプ受信機開発

準天頂衛星
打上げ

8研究開発概要(2)• 研究項目①完全性監視方式開発(信頼性確保)②伝搬遅延推定方式開発(誤差減少)③補正情報生成・配信方式の開発④プロトタイプ受信機開発⑤機能・性能確認のための実証試験実施
9研究開発概要(3)• 完全性監視方式：信頼性の確保①システムが期待される性能で利用できるか判断→利用できないとき利用者に対し警報を出す• 伝搬遅延推定方式：誤差補正①遅延あり→距離が長く測定→誤差を生ずる②電離層遅延量・対流圏遅延量の高精度推定• 補正情報生成・配信方式の開発①補正情報の内容、形式、送信手順

10研究開発概要(4)• プロトタイプ受信機の開発①利用者用受信機②実証試験で利用• 実証試験
①補正情報生成システムとプロトタイプ受信機を組合せて、高精度測位技術の機能・性能を評価②測位精度の評価③完全性監視機能の評価④利用者：静止／移動

11これまでに得られた成果(1)
完全性監視方式：SBAS方式の採用
完全性監視の概念：SBAS方式①ﾌﾟﾛﾃｸｼｮﾝﾚﾍﾞﾙ (ｼｽﾃﾑが保証できる測位誤差)を見積もる②見積もったﾌﾟﾛﾃｸｼｮﾝﾚﾍﾞﾙがある一定の許容値を超えたら、利用者に警報を出す

プロテクション
レベル

真の位置

誤差分布

Ｘ：測位結果12これまでに得られた成果(2)• 伝搬遅延推定方式の検討：電離層遅延(1)特徴
季節的な変化、日変化
仰角に依存
数ｍ〜数十ｍ程度(2) SBASモデル改良による遅延量推定：格子点間隔細分化、電離層多層化モデル→遅延量を高精度に推定
13

SBASによる電離層補正の概念図

点の観測遅延量から点の遅延量/分散値をマスタ局で計算

SBAS衛星GPS衛星
東経125度
遅延量 14m

GPS衛星
東経130度

東経135度

遅延量 12m

遅延量 10m
電離層350km

点の遅延量/分散値をSBAS衛星により放送
ユーザは 点から自位置の遅延量/分散値を補間計算
電離層通過点(IPP)
電離層格子点(IGP)ユーザ

遅延量：10mと12mの間
↓
11m

モニタ局
マスタ局

IPP：Ionospheric Pierce Point，IGP：Ionospheric Grid Point14

電離層３層モデルによる電離層遅延量推定結果例
5
補間遅延量（単層）
補間遅延量（三層）
観測遅延量

スラント遅延量, m

43210432600○推定条件（１）入力データ
・電子基準点1秒データ（２）モニタ局
・日本近傍の電子基準点３０局（３）解析対象日
・２００４年１１月１９日

432700

GPS time, sec

432800432900○スラント電離層遅延量：衛星方向の遅延量(大宮とGPS14番衛星との間)○補間遅延量３層／単層モデルによる電離層遅延量推定結果○観測遅延量２周波にもとづく電離層遅延量（真値と仮定）
15

これまでに得られた成果(3)• 伝搬遅延推定方式の検討：対流圏遅延(1)特徴
仰角に依存して変化する
季節的な変化、短期的な変化、日変化
遅延量 〜数ｍ
1日における変動 〜20cm程度(垂直方向)(2)複数の補正方式の検討

16対流圏遅延補正方式概念図

地上局が電子基準点データを用いて推定する方式

地上局

地上局が気象データを用いて推定する方式

利用者がモデルを用いて推定する方式

利用者が気象センサを用いて推定する方式

17

広域GPSデータ方式による対流圏遅延量推定結果例：推定精度約2cm (垂直方向遅延量)

対流圏遅延量(mm)

補間なし

補間あり

(電子基準点の位置における垂直遅延量の推定結果)

18測位精度評価結果の一例

GPSのみ
GPS+ENRI信号• ENRIシステムによる実際の測位結果• GPS単独測位：1.84m → 補正情報により 0.42m に測位精度改善
19これまでに得られた成果(4)• 補正情報生成方式①ＳＢＡＳ・・補正情報の種類ごとに送信用メッセージ(メッセージタイプ（0-28）で区別)を定義②ＱＺＳＳ・・ＳＢＡＳで用いられているタイプに、高精度測位に必要な情報を新たなタイプとして定義し、追加(電離層遅延量高精度推定用、対流圏遅延量推定用情報など)• 補正情報配信方式
QZSS用に追加した補正情報の最大送信間隔を考慮し、SBAS方式に準拠した方式を提案（SBAS：静止衛星型衛星航法補強システム

QZSS：準天頂衛星システム）20

補正情報リアルタイム生成・配信システム構成
国土地理院／
日本測量協会

電子航法研究所

電子基準点データ
オフラインデータ処理装置

補正情報リアルタイム
生成・配信システム
電子基準点データリアルタイム収集システム
電子基準点データ

データ
サーバ

補正情報

補正情報リアルタイム生成・配信装置

地上局運用状況

JAXA地上局

補正情報

プロトタイプ
受信機

システム監視装置
測位結果、観測値：平17までに整備

21

補正情報リアルタイム生成・配信システム外観補正情報リアル
タイム生成システム

オフライン
データ収集装置

データサーバ

リアルタイムデータ
収集システム22

プロトタイプ受信機構成図
受信用アンテナ

受信機本体

信号処理部
信号の捕捉・追尾
擬似距離測定航法メッセージ収集

測位演算部
位置計算

モニタ用パソコン

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今後の計画• 平成１８〜１９年度(1)補正情報リアルタイム生成・配信システム開発(2)プロトタイプ受信機開発• 平成２０〜２２年度(1)地上での総合試験(2)JAXA-ENRI接続システム開発(3)実衛星による技術実証試験

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