次世代SBAS開発と準天頂衛星による放送実験
航法システム領域○北村 光教、⿇⽣ 貴広、坂井 丈泰
2018/06/01 講演番号16 15:40〜16:05
平成３０年度 電⼦航法研究所 研究発表会

コンテンツ• 衛星型補強システム（SBAS）とは• 次世代型のSBAS• 次世代SBASプロトタイプ機の開発• 次世代SBASプロトタイプ機の評価• 準天頂衛星を利⽤した次世代SBAS放送実験

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衛星型補強システム（SBAS）

SBAS衛星
静⽌軌道

信頼性の⾼い測位GPS

L1

衛星の誤差推定監視局

現⾏SBASの課題（利⽤可能性）

SBASの特徴• GPS L1-C/A信号を監視• 監視情報を集めて各衛星の誤差を推定• エフェメリスからの衛星位置・時計誤差
電離圏遅延の分布など• 補強情報として静⽌衛星経由でユーザに伝送• 精度とインテグリティの⾼い測位が可能に• GPSのみ利⽤する⇒ 衛星数が少ない場合がある• L1-C/A信号のみ利⽤する⇒ 電離圏活動が活発な時，性能が低下し得る2• 静⽌軌道から放送する ⇒ 極域の航路では補強情報の受信が困難

次世代型SBAS• SBAS相互運⽤性会議 (SBAS-IWG) や国際⺠間航空機関(ICAO) の航法システムパネル (NSP) において規格化が議論• SBAS-IWG: 欧⽶を始め各国のSBAS提供機関が参画• ICAO-NSP: ⺠間航空のための国際規格を議論• 電⼦航法研究所では⽇本の航空局と共に参画
次世代SBAS規格策定を⽀援• 次世代SBASの特徴• 2周波・マルチコンステレーションの利⽤（DFMC SBAS）• ⾮静⽌衛星の利⽤

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DFMC SBAS
BeiDouSBAS衛星静⽌軌道
⾮静⽌軌道

Galileo

GLONASS
GPSL5
L1

電⼦航法研究所ではDFMC SBAS規格策定⽀援活動の⼀環としてDFMC SBAS プロトタイプ機を開発中

DFMC SBASの特徴
DF: Dual Frequency• L1 & L5 信号を利⽤⇒電離圏の影響を⾼精度に除去可能
MC: Multi-Constellation• 複数GNSSを利⽤⇒衛星数の増加
⾮静⽌衛星• QZSSからも放送可能• ⾼緯度から放送⇒極域航路でも受信が容易

4現⾏SBASとDFMC SBASの⽐較
現⾏SBASDFMC SBAS
マルチGNSSGPS
L1-C/A信号

L1&L5帯信号

監視局網

監視局網

観測データ
補強情報作成プロセス
・衛星の誤差・共分散推定
・電離圏環境の推定

補強情報作成プロセス
・衛星の誤差・共分散推定

補強情報
主管制局
静⽌衛星
ユーザ

主管制局
静⽌衛星

⾮静⽌衛星
ユーザ

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次世代SBASプロトタイプ機の概要
マルチGNSS
監視局網
プロトタイプ機
補強情報作成プロセス
・衛星の誤差・共分散推定

国⼟地理院が整備する
GNSS連続観測システム（GEONET）から13局
QZSS監視局配置を参考に選定
GPS, Galileo, QZSS
L1&L5帯信号を観測

監視局

カルマンフィルタによる推定
主管制局
静⽌衛星

⾮静⽌衛星
ユーザ

補強情報の例 (QZSS1号機)

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DFMC SBAS 性能評価（代表点）• 試験局で評価• 代表的な1地点• 測位精度と保護レベルを評価• 評価⽇︓• 2017年9⽉29⽇ 24時間 (UTC)• 試験局• GEONET（和歌⼭）• ⽇本の中⼼付近

試験局

試験局の位置7

DFMC SBAS 性能評価（代表点）

補正なし
補正あり

95% 誤差範囲 m
⽔平垂直4.03
0.49

7.84
1.01

DFMC SBAS補正で精度が向上• ⽔平 4 m ⇒ 0.5 m• 垂直 7 m ⇒ 1 m

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DFMC SBAS 性能評価（代表点）• GPSはL5信号を放送する
衛星が少ない（全部で12機）

評価中の衛星数の推移
Galileo
GPSQZSS
Galileo
GPS1412108• QZSSをGPSと同等とみなす（システム間に誤差が少ない）

6420• GPSが2機を下回ると測位に利⽤不可

04812Time (h)162024• GPS+QZSSで常に3機以上を測位に利⽤可能になる

今回はQZSSを利⽤することで評価が可能に

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DFMC SBAS 性能評価（代表点）
実際の測位誤差と保護レベル（PL, Protection Level) の関係

保護レベルとは: SBASのインテグリティ機能（測位誤差の許容限界）
⽔平垂直• 誤差＜保護レベル ⇒ インテグリティ破綻していない• LPV-200の要求（⽔平PL＜40m ，垂直PL＜35m）を⼗分満⾜• LPV-200とは: ILS CAT-I 相当の進⼊⽅式• 今回は利⽤可能率（アベイラビリティ）: 100％

• DFMC SBAS プロトタイプ機は⼗分な性能を持つ（ LPV-200において）
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将来的にGPS, Galileo, QZSSの衛星整備で更に性能向上し得る

DFMC SBAS 性能評価（多地点）• ⽇本全域における性能傾向を把握するために複数地点で評価• 130局のGEONETを利⽤• 全ての試験局で測位⇒測位精度と保護レベルの分布をみる• 評価⽇は代表点評価と同じ• 2017年9⽉29⽇ 24時間 (UTC)

試験局

試験局の位置11

DFMC SBAS 性能評価（多地点）• 測位精度（95％誤差範囲）の分布
⽔平精度

垂直精度

• 南北で誤差の増⼤が⾒られるものの⽇本全体で良好な測位精度が得られている
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DFMC SBAS 性能評価（多地点）• 保護レベル（99％範囲）の分布
⽔平保護レベル

垂直保護レベル• 測位精度の分布と同様に南北で増⼤が⾒られる• 監視局で補強された衛星が減少 ⇒ DOP悪化が原因（精度分布も同様）• ⽇本全域でLPV-200の要求（⽔平PL＜40m ，垂直PL＜35m ）を⼗分に満⾜する

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DFMC SBAS 性能評価 まとめ• 代表的な地点• 95％誤差 ⽔平︓0.49 m，垂直︓1.01 m• 99％ＰＬ ⽔平︓7.03 m，垂直︓14.16 m• ⽇本全域• 95%誤差 ⽔平︓0.5〜1m，垂直︓1〜2m• 99%ＰＬ ⽔平︓ 6〜8m，垂直︓13〜20m• DFMC SBASプロトタイプ機はLPV-200の観点で⼗分な性能を実現している
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DFMC SBAS放送実験
マルチGNSS• QZSSを介したDFMC SBAS補強情報の放送実験

補強情報作成プロセス
・衛星の誤差・共分散推定• 2017年8⽉23⽇に世界初の次世代SBAS放送実験として開始
以降，実験計画に基づいて平⽇9時〜17時に断続的に実施

主管制局

QZSS主管制局（常陸太⽥ or 神⼾）

監視局網
プロトタイプ機

静⽌衛星

⾮静⽌衛星
ユーザ

QZSS2号機
L5S（PRN: 196）信号でリアルタイムに放送

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放送実験評価
6
30-3-6
630-3-612
60-6-12

1

2

34

567

GPS time (hour)

補正なし
補正あり

95% 誤差範囲 m
⽔平垂直2.80
0.82

8.25
1.16

• 2017年11⽉13⽇10:00〜16:00• DFMC SBASによるリアルタイム補強が可能︕ 16

まとめ• 次世代 (DFMC) SBASのプロトタイプ機を開発• GPS, Galileo, QZSSのL1&L5帯信号を補強• 評価結果（⽇本全域）• DFMC SBAS放送実験• LPV-200の観点で⼗分な性能を実現• 95%誤差 ⽔平: 0.5〜1m, 垂直: 1〜2m
• 99%ＰＬ ⽔平: 6〜8m, 垂直: 13〜20m• リアルタイムの補強が可能• 95%誤差 ⽔平︓0.8m, 垂直︓1.2m• 以上の結果について
SBAS-IWGで議論されておりDFMC SBAS規格策定作業に貢献• 今後の展開

補強性能の向上放送実験• 監視局の海外設置を想定した検討 • 航空機や⾞両を⽤いた• BeiDou (中国) の利⽤検討
アプリレベルで試験• ACK. 放送実験は内閣府およびQSSによるQZSSの測位技術実証サービスによって実現した

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