第7回
電子航法研究所研究発表会
June 12, 2007

２４．準天頂衛星L1-SAIF補強信号の２４．準天頂衛星L1-SAIF補強信号の測位性能
測位性能

坂井坂井 丈泰
丈泰 ・・ 福島福島 荘之介
荘之介 ・・ 武市
武市 昇
昇 ・・ 伊藤伊藤 憲
憲
通信・航法・監視領域
通信・航法・監視領域（高精度測位補正技術開発ＰＴ）（高精度測位補正技術開発ＰＴ）

June 2007 - ENRI

Introduction

SLIDE 1

• 準天頂衛星システム（QZSS）：– ８の字形の軌道により、３機の衛星で２４時間運用。
– 静止衛星と比べて仰角を高くできるため、山間部や都市部での測位・放送ミッションに有利。
– L1/L2/L5の補完信号（GPS互換信号）と補強信号を計画。
– 2009年度に測位ミッションのみの１号機を打上げ、実証試験の予定。

• L1-SAIF補強信号：– ICAO SBAS互換の信号形式により、サブメータ級の測位精度とインテグリティ機能を提供する。
– 電子航法研究所が開発を担当。
– オフラインの試験システムをすでに整備、試験。現在はメッセージ形式の検討を続けるとともに、リアルタイムシステムを開発中。

June 2007 - ENRISLIDE 2（１）L1-SAIF信号の概要

June 2007 - ENRI

サブメータ級補強信号（L1-SAIF）

SLIDE 3

• 広域ディファレンシャル補正情報：– 我が国全域を対象とした広域ディファレンシャルGPS（WADGPS）。
– 補強対象：GPS、準天頂衛星、（ガリレオ）。目標精度＝1m。
– すでに実用化されているSBAS規格をベースとして開発。

• GPS L1周波数で放送：– GPSと同一のアンテナおよびフロントエンドで受信可能。
– 測距信号として利用可能。
– L1-SAIF信号（Submeter-class Augmentation with Integrity Function）。

• インテグリティ情報あり：– 信頼性の高い位置情報を提供（移動体用途で重要）。

June 2007 - ENRISLIDE 4サブメータ級補強

準天頂衛星

GPS衛星

軌道誤差
電離層補強情報

010010100
1…
…

クロック誤差• さまざまな誤差を補正• 信頼性の情報

測距機能

対流圏高仰角ユーザ（１周波GPSアンテナ）

June 2007 - ENRI

補強メッセージの設計

SLIDE 5

• 目的：日本全域に対して有効な広域補強情報を送ること。
– 制約：データレートは250bps以内。受信感度を下げないため。

• すでに実用化されているSBASメッセージをベースとする：– 上位互換とする：メッセージの変更はしない。追加により対応。
– 電離層・対流圏伝搬遅延については、高精度化が可能な拡張メッセー
ジを検討する。
– 実現可能な測位精度について予備検討を実施。
→ プロトタイプによる検討の結果、大幅な変更は必要ないとの結論。

• 信号仕様はIS-QZSSとして公表：– 補完信号（L1/L2/L5）と同一の文書として、1月にドラフト版を公表した。
– URL http://qzss.jaxa.jp/is-qzss/

June 2007 - ENRISLIDE 6

ＳＢＡＳ互換メッセージ
プリアンブル メッセージタイプ
8ビット
6ビット

CRCコード24ビットデータ領域
212ビット

250ビット
メッセージ
タイプ

内 容

更新間隔（秒）

メッセージ
タイプ

内 容

更新間隔（秒）0

テストモード（使用不可）

6

17

GEOアルマナック

300

1

PRNマスク情報

120

18

IGPマスク情報300

高速補正（FC+UDRE）

60

24

高速補正・長期補正

66

インテグリティ情報（UDRE）

625

長期補正

120

7

高速補正の劣化係数12026

電離層遅延補正（+GIVE）

300

9GEO航法メッセージ

120

27

SBASサービスメッセージ

300

10

劣化係数

120

28

クロック・軌道情報共分散

120

12

SBAS時刻情報

300

63

NULLメッセージ—

2～5

L1-SAIFでは使用しない

June 2007 - ENRISLIDE 7

拡張メッセージ（案）
メッセージ
タイプ

メッセージ内容

検討状況

52

電離層伝搬遅延補正（グリッド情報）

53

電離層伝搬遅延補正情報（遅延量）

54

対流圏伝搬遅延補正情報（グリッド情報）

55

対流圏伝搬遅延補正情報（遅延量）

56

信号間バイアス補正情報（ISC）

57

軌道情報に使用58

QZSエフェメリス

59

QZSアルマナック

（検討中）

60

広域情報（検討中）

61

（検討中）

（検討中）
L1C/L2C/L5/L1Pの遅れを放送（検討中）
直交座標表現を採用する方向（空き）※メッセージタイプ番号・メッセージ内容は変更する可能性があるJune 2007 - ENRISLIDE 8（２）プロトタイプシステムによる性能評価

June 2007 - ENRI

プロトタイプシステムの開発

SLIDE 9• ＰＣまたはUNIX上で動作するプロトタイプシステム：– GPS受信機の観測データ（RINEX形式他）を利用して、実際にSBAS形式の補強メッセージを生成する。
– 研究開発用テストベッド：補強情報生成アルゴリズムやパラメータをさまざまに変えて、補強性能を調べることができる。

• 利用するのは２周波の擬似距離のみ。
– 国土地理院GEONET（電子基準点）のデータを使用（30秒サンプル)。
– 搬送波位相は使わない。
– 当面は補強対象はGPSのみ：準天頂衛星の観測データが無いから。

• SBASメッセージを出力：– 完全なSBASメッセージ（250ビット長）を毎秒生成、ファイルに記録。
– 毎秒250ビットのデータレート。

June 2007 - ENRISLIDE 10

補強情報生成処理フロー
モニタ局における測定データを収集• 2周波の観測データ前処理など• 時刻あわせ• 整合性チェック

対流圏遅延補正• モデルで補正する

電離層遅延補正• ２周波データにより補正

クロック／軌道誤差を分離

電離層遅延補正データを作成

補正情報の品質チェック

ユーザに向けて放送• データの整合性チェック• 実際に補正情報を適用してみる• SBASフォーマット

June 2007 - ENRISLIDE 11

ユーザ測位誤差の例
GPS

GPS

プロトタイププロトタイプ

GEONET 940058（高山） 2005年11月14～16日 モニタ局配置PT/7

June 2007 - ENRI

モニタ局配置（１）SLIDE 12（南鳥島→父島に変更）

モニタ局

モニタ局

ユーザ位置

ユーザ位置

PT/5
JAXAが設置するQZSSモニタ局候補地

MSAS および PT/6
MSASの国内モニタ局

June 2007 - ENRI

モニタ局配置（２）SLIDE 13

モニタ局モニタ局

ユーザ位置

ユーザ位置

PT/7
当所のリアルタイムモニタ局

PT/12
PT/5 + PT/6 + さらに2局

June 2007 - ENRISLIDE 14

ユーザ測位精度
補強システム

単位 [m]

男鹿御前崎
高山高知
佐多
水平 垂直 水平 垂直 水平 垂直 水平 垂直 水平 垂直

GPS
単独測位

RMS
最大

1.30 3.58
3.71 8.45

1.37 3.63
5.13 8.76

1.39 3.63
4.70 10.9

1.50 3.72
5.63 11.8

1.77 3.40
8.60 9.53

MSAS

RMS
最大

0.38 0.63
1.66 2.41

0.43 0.67
2.04 3.60

0.50 0.73
4.87 3.70

0.64 0.88
8.52 9.40

0.64 0.73
3.01 2.68

PT/5RMS
最大0.44 0.67
2.78 2.95

0.47 0.89
2.27 3.21

0.45 0.72
2.30 3.33

0.57 1.07
2.21 5.19

0.69 0.99
4.64 4.50

PT/6RMS
最大

0.33 0.51
2.01 2.91

0.32 0.70
1.46 3.14

0.30 0.56
1.85 3.06

0.38 0.76
1.81 6.01

0.53 0.71
5.02 4.05

PT/7

RMS
最大

0.32 0.50
1.96 3.08

0.38 0.67
1.41 3.05

0.29 0.54
1.68 2.86

0.40 0.68
1.81 6.02

0.55 0.68
4.35 3.52

PT/12

RMS
最大0.29 0.49
1.87 2.95

0.32 0.71
1.95 3.29

0.31 0.57
1.68 3.12

0.40 0.83
1.64 5.41

0.56 0.88
4.81 4.02（一周波、30秒サンプル、キャリアスムージングあり）

June 2007 - ENRISLIDE 15（３）リアルタイムシステムの開発

June 2007 - ENRI

リアルタイムシステムの開発

SLIDE 16

• 準天頂衛星から放送する補強情報：– 当所にて補強情報を生成し、追跡管制局を経由して放送する。
– 準天頂衛星追跡管制局はJAXA筑波宇宙センターに設置される予定。
– 通信回線のインターフェース調整を実施中。

• モニタ局データ：– 国土地理院GEONET（電子基準点）のリアルタイムデータを使用（1秒サンプル)。現在、200局のデータが利用可能。
– L1-SAIF信号については、所内に受信機を設置する。
– 将来的には、JAXAモニタ局（海外局含む）も利用可能。準天頂衛星のすべての信号が受信できる。

• リアルタイムシステム開発状況：– プロトタイプシステムをベースとして開発。初期動作試験を実施。

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リアルタイムシステムの構成
国土地理院 GEONET
FTP収集

リアルタイム接続（TCP/IP）
観測データファイル

測定データ収集部
現在時刻情報周波数間バイアス
推定プログラム

電離層伝搬遅延量推定部

バイアス推定値
ファイル
バッチ動作（毎日１回実行）補強情報生成部
補強情報生成プログラム
リアルタイム動作

補強メッセージ出力部
リアルタイム接続（TCP/IP）

June 2007 - ENRI

リアルタイムシステム計算機

SLIDE 18

HPC-IA642
Itanium2（1GHz） ×2
16GB/8GB
Red Hat Linux 2.1AS
HPC #1 （16GB）
補強情報生成HPC #2 （16GB）
電離層補正情報生成
HPC #3 （8GB、イーサネット×4）
補強情報チェック、ユーザ側計算
HPC #4 （8GB、イーサネット×4）
データインターフェース、前処理

June 2007 - ENRI

初期動作試験：ユーザ測位誤差

SLIDE 19

GPS単独測位モード
L1-SAIF補強あり• 940058（高山局）におけるユーザ測位誤差の例• 2007年1月13～16日（84時間）• リアルタイムモード

水平方向

垂直方向

RMS

1.415 m2.431 mMax

7.059 m10.47 mリアルタイム RMS
システムMax0.370 m

0.484 m2.610 m4.713 mSystemGPS単独

June 2007 - ENRI

初期動作試験：ユーザ測位精度
2007年1月13～16日（84時間）

ユーザ位置

Hor

Ver

940030
男鹿

RMS
Max

0.434
2.739

0.582
5.395

93101
御前崎

RMS
Max

0.357
2.710

0.409
2.985

940058
高山

RMS
Max

0.370
2.610

0.484
4.713

940083
高知

RMS
Max

0.373
2.769

0.612
4.584

モニタ局配置950491
佐多

RMS
Max

0.701
4.591

0.995
8.042

単位 [m]SLIDE 20

June 2007 - ENRI

Conclusion

SLIDE 21

• 準天頂衛星L1-SAIF補強信号：– プロトタイプシステムによる性能評価の結果、目標とする測位精度を達成可能な見込み。
– 拡張メッセージの内容を検討中。

• リアルタイムシステムの開発：– 準天頂衛星から放送する補強情報を生成するシステムを開発中。
– 初期動作試験：オフラインシステムに比べて測位精度は若干低下するが、モニタ局の追加や補強アルゴリズムの改良により対応可能との見通し。

• 今後の課題：– 拡張メッセージの内容を決定する（IS-QZSSに記載）。
– 電離層遅延補正など、補強アルゴリズムの検討。