宇宙天気予報の高度化の在り方に関する検討会
警報基準WG測位①宇宙天気はどのように測位に影響を与えるか？
②警報基準WG測位分野での検討概要③警報基準策定の試み

情報通信研究機構 電磁波研究所
電磁波伝搬研究センター 宇宙環境研究室
西岡未知 (nishioka@nict.go.jp)

①宇宙天気はどのように測位に影響を与えるか？
一周波単独測位誤差：電離圏遅延が原因
全電子数と遅延量・時間の対応
測位衛星

疑似距離

電離圏
全電子数
電離圏遅延
地上受信機

https://swc.nict.go.jp/knowledge/guide.html#gps

 1周波GNSS測位で利用される擬似距離には電離圏遅延量が含まれる。
 L1の場合、昼間に数ｍから十数m、夜間には数m程、遅延する。
 1周波GNSS測位において、電離圏遅延は最大誤差要因の一つ。

①宇宙天気はどのように測位に影響を与えるか？
相対測位とシンチレーション：電離圏の空間勾配が原因
測位衛星
測位衛星

疑似距離
電離圏

電離圏~100m100mスケールの不規則構造
遅延量2
地上受信機

遅延量補正

遅延量1
既知局

地上受信機

シンチレーション 電離圏の電子密度構造に急峻な空間勾配がある場合、相対測位にも誤差が生じる可能性がある。
 電離圏の電子密度に数100mスケールの強い不規則構造がある場合、GNSSシンチレーションが発生し、GNSS信号のロック損失に繋がる場合がある。

②警報基準WG測位分野での検討概要
WG測位分野メンバー (五十音順、敬称略、所属は当時のもの)
今給黎哲郎、前田 剛、岸本 統久（内閣準天頂衛星システム戦略室）
岩本貴司、佐藤一敏（三菱電機株式会社）
金田知剛（日本電気株式会社）
斎藤 享（電子航法研究所）、津川卓也、西岡未知（情報通信研究機構）

検討概要
 測位手法（1周波/2周波？位相情報利用有/無？単独/複数受信機？）は複数存在し、ユーザーによってその使用方法や目的が様々。それぞれのユーザーがどのような水準を求めているのかを知る必要有り。
 「宇宙天気が測位の精度等に与えうる影響の調査に関するアンケート」を実施。主に測位サービスを提供する19事業者から回答を得た。
「宇宙天気が測位の精度等に与えうる影響の調査に関するアンケート」概要
Q1．提供サービス名
Q2．エンドユーザーの業種
Q3．測位手法
Q4．性能水準（精度要件・安全性・継続性・アベイラビリティなど）
Q5．宇宙天気や電離層の影響について考慮されているか、その具体例
Q6．宇宙天気に関するアラートが出るとした場合に、望まれる情報②警報基準WG測位分野での検討概要
アンケート結果と予警報必要性の議論
測位手法
一周波

単独

相対

一周波
(精密)

二周波二周波
(精密)

予警報として必要

参考情報として必要

宇宙天気の影響

測位サービス（延べ回答数）

求められる性能水準（一部抜粋）

QZSS-PNT(1)・精度 ≤ 2.6 m 、電離層パラメータ精度≤ 7.0 m (共に95%値)
等（※サービスの要求水準）

単独測位(7)・車両位置精度：数m（道路幅程度）

ABAS（1）・水平方向0.47-3.7㎞等

SLAS(1)精度（Zone 1）：水平1.00m以下(95%値)等(※サービスの要求水準)

SBAS(3),MSAS(1),GBAS(2)MSASの例：非精密進入、垂直 基準なし、水平 220m 、インテ
グリティ：1-10-7 per hour
GBASの例：カテゴリーI精密進入、垂直6.0–4.0m、水平16m、インテグリティ：1-2×10-7 in any approach 等

DGNSS(6)・水平：0.4m / 垂直：0.6m
車両の測位精度：サブメータ級等

遅延量

遅延空間勾配ｼﾝﾁﾚｰｼｮﾝ

✓✓

✓

✓

✓

不要

不明・要調査相対(位相)✓✓（一部のRTKユーザー）

単独(PPP)✓✓

PPP(1)

単独✓

QZSS-PNT(1)相対✓二周波SBAS(将来的に)相対(位相)✓RTK(13), VSRRTK(2),スタティッ
ク(4),CLARCS(1)

公共測量作業規定に準じた精度、水平2cm、上下方向3 ㎝

単独(PPP)✓CLAS(5), PPP(2)静止体で水平6㎝以下、垂直12㎝以下、移動体で水平12㎝以下、垂直24㎝以下（いずれも信頼水準95%値）等（業務要求水準書）

要求水準としては1周波単独PNTに同じ「宇宙天気予報の高度化の在り方に関する検討会」報告書 [https://www.soumu.go.jp/main_content/000821116.pdf]

②警報基準WG測位分野での検討概要
二周波精密相対測位（RTK測位）における予警報検討
影響が無視できる範囲

影響の可能性があり深刻な影響の可能あり適切な対応を要する範囲
運用の継続が困難になる範囲＊今後の研究により変わりうるもの ■システムに依存するもの △障害というより「通常と異なる」もの
社会的影響発生頻度と影響
障害を起こし得る分野
影響と被害
宇宙天気現象・物理量
Lv 1
Lv 2
Lv 3
電離圏遅延空間勾配・ｼﾝ
測位不可あるいはﾁﾚｰｼｮﾝ（TID・ﾌﾟﾗｽﾞﾏﾊﾞ
測位（二周波精密相対）精度低下
ﾌﾞﾙなど）
FIX解が得られれ、基準精度の低下
測位不可能（水平2センチ、上下方水平2cm鉛直3cmの測 測位解（FIX解）が得ら
社会的影響
向3センチ以内の誤差範
位精度が出ないれない囲）を満たす
計測・予測可能な物理量

電離圏遅延の空間勾配（水平方向10kmの基線におけるTEC値の差分）
ｼﾝﾁﾚｰｼｮﾝ（Rate of TEC change Indexをｼﾝﾁﾚｰｼｮﾝ指数の代替指標とする）

国外基準との関連性（米国、英国等）

ICAOのGNSS基準（TEC125/175TECU以上、S4指数0.5/0.8以上でmoderate/severe）は、ユーザー側の要件から導かれた根拠ではなく、改めて検討する必要があると考える。
電離圏遅延の空間勾配については基準なし。

予報・警報の必要なタイミング（現況、1時間前、2－3日前、数日前等）

予報・警報実現性、閾値情報更新への課題

その他

警報（ナウキャスト）に加え、数日先/1日先/半日先の予報があると好ましい。
予警報実現性：現在のTEC観測より基線10kmあたりの遅延量空間勾配を基に予警報を出すことで実現可能。ｼﾝﾁﾚｰｼｮﾝに関してもROTI指数を基に予警報を出すことで実現可能。
閾値決定のための課題：電離圏遅延の空間勾配と、測位手法各システムに生じうる測位誤差およびFIX失敗の関係について明らかにする必要がある。
ｼﾝﾁﾚｰｼｮﾝの目安となるROTI指数についても同様に各システムに生じ得る測位誤差およびFIX失敗の関係について明らかにする必要がある。
現時点で利用可能な測位データと特定のアルゴリズムを用いた解析を実施し、今年度内に暫定値を導出することを目標とする。多種の解析アルゴリズムに対する比較・考察、統計的に不足するデータの補間の手法開発を行い、一般化できる結果を得るためには、数年の研究が必要と推測される。
・地方ごとの予警報発出が望まれる。

「宇宙天気予報の高度化の在り方に関する検討会」報告書 [https://www.soumu.go.jp/main_content/000821116.pdf]

③警報基準策定の試み
2021年10月末の宇宙天気現象とRTK測位への影響
 2021年11/1-2に発生したフレア・CMEに伴い、3-4日に地磁気嵐と電離圏擾乱が発生。この時期のRTK測位精度について調査した。

太陽：X線フラックス
M1.7LDEフレア発生

地磁気：柿岡K指数

電離圏：全電子数

地磁気嵐発生30分以下TEC変動成分マップ

観測値
27日間中央値

TEC擾乱指数(ROTI)マップ

電離圏嵐発生TEC変動/擾乱11/4 21:30UT

NICT宇宙天気予報HP [https://swc.nict.go.jp/report/topics/view.html?ids=202111291740]

③警報基準策定の試み
2021年10月末の宇宙天気現象とRTK測位への影響
電子基準点
・0720局：みなし観測点
・0721局：既知局とし、RTK測位を実施。

11/4 21:30UT
電離圏全電子数

電離圏擾乱指数（ROTI）

鹿児島県
桜島

測位誤差（3成分）

0720局

~8km

鹿児島市◎
0721局
FIX率
（地理院HPより）

 11/4 21:30UT (6:30JST)にFIX率が50%を下回った。
 11/4の昼間（3-6UT）や11/1の午後（6-12UT）の一部の時間帯でもFIX率が80％以下、全電子数や擾乱指数が大きくなった時間帯と一致。

まとめ①宇宙天気はどのように測位に影響を与えるか？
→電離圏遅延量とその空間変化、シンチレーションが測位精度に影響を与える。
②警報基準WG測位分野での検討概要→手法や目的が多岐に渡る測位ユーザーの中でも、特に、二周波利用の相対測位であるRTK測位分野に予警報が必要。
・Lv1:FIX解が得られ、基準（水平/鉛直 2/3cm以内）の範囲内。
・Lv2:FIX解が得られるが、誤差が基準の範囲外。
・Lv3:FIX解が得られない場合。
③警報基準策定の試み→具体的な宇宙天気の閾値策定を行うべく、2021年10月末の宇宙天気現象についてRTK測位精度について調査。全電子数や擾乱指数のに伴い、FIX率の低下が認められた。更なる統計的な調査に基づき、予警報閾値の設定を行う。
質問等ございましたら、西岡（nishioka@nict.go.jp）までお寄せください。