準天頂衛星の7機体制における配信信号の変更について
Quasi-Zenith Satellite System

１． ７機体制に向けて
２． 送信信号の仕様変更
３． ユーザセグメントのL1C/B対応

２０２１年５月
内閣府 宇宙開発戦略推進事務局

宇宙開発戦略推進事務局

１．7機体制に向けて

1

２． 背景・経緯

7機体制の整備宇宙開発戦略推進事務局○ ＧＰＳに頼らずに持続測位が可能となるためには、最低７機の準天頂衛星が必要。
○ 令和２年６月２９日の第２２回宇宙開発戦略本部会合を経て、準天頂衛星の７機体制の確立や、持続測位能力の維持・向上についての記載を含む「宇宙基本計画」が令和２年６月３０日に閣議決定された。
○ 2023年度めどの運用開始に向け、追加3機の開発整備を実施中。

日本付近で、常時5機から7機の衛星が利用できるようになるため、GPSを併用せず、持続測位が可能。

５号機
初号機後継機【機能性能向上項目】
６号機

３号機

７号機
２号機

４号機

 衛星の位置誤差を改善する「衛星間測距機能」等によるユーザー測位精度の向上
 信号のなりすまし（スプーフィング）を防ぐ「信号認証機能」による、測位信号の安全・信頼性の向上
 衛星安否確認サービスの防災機能拡張による、利活用の促進

4準天頂軌道 + 2静止軌道 + 1準静止軌道の体制を2023年度をめどに確立

 高精度測位補強サービス（MADOCA-PPP）の初期収束
時間短縮、災害・危機管理通報のアジア・オセアニア地域への提供による、利活用製品・サービスの海外展開の促
進
2

4． 参考機能性能向上項目

衛星間測距機能等の開発

宇宙開発戦略推進事務局○ ユーザ測位精度の向上 ⇒ 衛星の軌道・時刻をより正確に推定することが必要• 地上-衛星間の距離に加えて、衛星-衛星間の距離を計測する（衛星間測距機能の付加）• 軌道位置誤差と衛星の時計誤差を正確に分離する（地上/衛星間測距機能の付加）

精度向上のための新たな機能
衛星間測距機能

衛星間方向の位置誤差が改善

S帯（双方向回線）
６号機

７号機

５号機

地上・衛星間測距機能

地上－衛星間方向の位置誤差が改善

C帯（Up回線）C帯（Down回線）
Up信号とDown信号の差をとることにより、衛星の位置誤差（電離圏と対流圏に起因する誤差）を相殺して、衛星に搭載する時計の誤差を分離する。
→時刻推定誤差が改善
新規地上システム（追跡管制と併用可）
3

4． 参考機能性能向上項目

信号認証（航法メッセージ認証）機能の開発

宇宙開発戦略推進事務局○ GPS等の衛星測位システム（GNSS）の利用が普及している一方で、測位信号への妨害技術（ジャミング・スプーフィング等）に対する懸念がより高まってきている。
〇 スプーフィング（なりすまし）対策として、測位信号に含まれる航法メッセージが本物であることを「電子署名」技術により証明する「信号認証機能」の開発・整備を、2023年度までに実施することを計画。認証対象は、準天頂衛星に加えGPS、Galileo衛星の測位信号を予定。
〇 取得できる位置及び時刻情報の“信頼性”が高まるため様々なユースケースでの活用が見込まれる。
準天頂衛星

信号認証システムのイメージ
信号認証システム

GPS電子署名内閣府
測位信号
電子署名

秘密鍵
測位信号
ペア

公開鍵

地上システム• 受信機に公開鍵を予め配布• 受信機は公開鍵とペアの秘密鍵による電子署名入り測位信号を受信• 受信機は、本物の信号かスプーフィング信号かを確認(*)• 本物と確認された信号で“時刻”、“位置”を計算(*)
・認証完了までに約5分かかります（現時点の設計想定値）
・航法メッセージの改竄、なりすましを防ぐことができます。
ジャミング、疑似距離スプーフィングは受信機側での対応が必要となります。

測位信号
電子署名

GPS、Galileoの電子署名は準天頂衛星のL6E信号で配信

Galileo

測位信号

スプーフィング信号
受信機がこの信号を使用すると時刻、位置の計算を誤る

サービス提供を受けるには対応受信機が必要

対応受信機＜想定される製品＞
中価格帯以上の受信機が信号認証に対応すると想定される、制御・安全支援（自動運転、農機、建機、ドロー

本物の信号を利用して計算された時刻と位置 ン等）、移動記録（デジタルタコグラフ、カーナビ、航海情報記録装置 等）、タイムサーバ など

自動車・物流インフラ

ドローン（金融・エネルギー などでの時刻同期）

LBS・
コンシューマ向けサービス

測量・地理情報屋内外シームレス

農業など

44． 参考

機能性能向上項目

災害危機管理通報の機能拡張

宇宙開発戦略推進事務局〇 準天頂衛星は、2018年より、気象庁が作成した災害関連情報（津波警報、地震速報、洪水警報、火山噴火情報など）をみちびきの測位信号を利用して国内に配信中。
〇 Jアラート情報（ミサイル発射情報）及びLアラート情報（避難勧告）の災危通報による配信に必要なインターフェースの改修、信号生成機能の拡張等を2023年度まで実施する。
〇 豪・東南アジア諸国の災害情報について、災危通報による配信ニーズが高いところ、必要なインターフェースの改修や配信エリア切替設定、および現地実証等を2024年度まで実施し、海外展開を行う。

災害情報

配信先

準天頂衛星システム

津波警報発生気象庁

信号生成の拡張携帯端末

J・Lアラート情報の提供

J・Lアラート接続

豪・東南アジア諸国

カーナビ

管制局
【内閣府】

豪・東南アジア諸国への提供
54． 参考

機能性能向上項目

高精度測位補強サービスの海外におけるサービス拡張

宇宙開発戦略推進事務局○ 現在、センチメータ級補強サービスは国内向けのみに提供されており、海外向けには、実証実験信号としてJAXAが開発した方式によって生成した補強情報を配信している。
〇 令和元年から、アジア・オセアニアの6カ国での性能評価を実施、実用サービスとしての性能仕様策定の目途を得たので、実用サービス開始に必要なシステム整備を行う。
〇 初期収束時間短縮のための広域電離層補正生成・配信機能を追加整備する。
将来構想

MADOCA PPPシステム

QZS-5-7 L6D
チャンネルで広域電離層補正データを配信

基準局網
QZS-１-7 L6Eチャン
ネルで広域高精度補強データを配信

国際GNSS
事業観測網
Correction
Data Server
Correction
Data Server

GNSS統合データ共有
日本国内の機関（JAXA,NICT等）が持つネットワークを統合

国際GNSS事業の基準局網データに加えて、国内研究機関大学のGNSS観測網を共用する統合データ共有システムを整備し冗長性を確保

ユーザ測位精度(cm)•••GPS、QZSS、Galileo、Glonassの広域高精度補強データ生成
広域電離層補正データ生成
衛星配信フォーマット変換
 C-SSRフォーマット
 GPS,Galileo信号認証の追加

ユーザ測位精度(cm)

海外機関
観測網

•20
30
測位開始からの経過時間（分）

20
１

30
測位開始からの経過時間（分）広域電離層補正等により初期収束時間短縮を実現••

現地基準局網データを用いた広域高精度補強データ及び広域電離層補正データ生成機能の開発
民間事業を活用、衛星経由の配信に必要機能の追加整備を実施••

広域高精度測位補強機能を実用サービス化、アジア・オセアニア全域に配信
広域電離層補正データによる初期収束時間短縮を実現
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２． 背景・経緯

衛星間測距機能等の開発

宇宙開発戦略推進事務局○ ユーザ測位精度の向上 ⇒ 衛星の軌道・時刻をより正確に推定することが必要• 地上-衛星間の距離に加えて、衛星-衛星間の距離を計測する（衛星間測距機能の付加）• 軌道位置誤差と衛星の時計誤差を正確に分離する（地上/衛星間測距機能の付加）

精度向上のための新たな機能
衛星間測距機能

衛星間方向の位置誤差が改善

S帯（双方向回線）
６号機

７号機

５号機

地上・衛星間測距機能

地上－衛星間方向の位置誤差が改善

C帯（Up回線）C帯（Down回線）
Up信号とDown信号の差をとることにより、衛星の位置誤差（電離圏と対流圏に起因する誤差）を相殺して、衛星に搭載する時計の誤差を分離する。
→時刻推定誤差が改善
新規地上システム（追跡管制と併用可）
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宇宙開発戦略推進事務局

２．送信信号の仕様変更

8

２． 送信信号の仕様変更

初号機後継機（１Ｒ）および５～７号機の仕様変更（抜粋）宇宙開発戦略推進事務局

今後打ちあがる衛星について、性能向上やセキュリティ対策などが図られる一方で、以下の制約により送信信号に関する仕様の一部が変更となった。

1. L1帯の干渉レベルの制約
 2015年に米国と合意したL1帯の干渉レベルを超えてL1信号を送信することが困難 L1帯の干渉レベルへの影響の大きい信号はL1C/A信号及びL1S信号※ L1C信号はBOC(1,1)変調のため干渉は限定的

L1C/A

代替としてL1C/B信号を送信（1R以降）

L1S

国内向けの補強信号のため配信停止（5-7号機）

2. ペイロードの搭載制約
 5-7号機では、衛星間測距機能等の搭載機器のリソースが増加
 既存号機の衛星バスの搭載性の制約から、衛星測位サービスに利用する信号の削減が必要となった。
L2C

他国の衛星測位サービスの状況も踏まえ、削減（配信停止）（5-7号機）
9

２． 送信信号の仕様変更

L1C/B信号の概要••••

宇宙開発戦略推進事務局

L1C/B信号は、L1C/Aにサブキャリアを重畳したBOC（Binary Offset Carrier）方式で変調
BOC変調後のスペクトルは、L1の中心周波数帯を避けるため、干渉が少ないユーザセグメントにおける前方互換性維持に関する対策が必要
ユーザセグメントにおけるデータフォーマット整備が必要

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２． 送信信号の仕様変更

L1C/B信号の課題と対策

宇宙開発戦略推進事務局

課題
L1C/A?
既に市場に出回っている受信機がL1C/B信号を(L1C/A信号だと思い込んで)受信をした場合、信号強度の低下（3db）に加えて、誤った測距値を算出（コード0.5chip≒約150m誤差）する可能性がある。

【対策１】 PRNコードのL1C/AとL1C/Bの分離

対策

L1C/A

• L1C/B信号のPRNコードとして、現在の衛星測位サービスに割り当てている番号「以外」のコードを利用する。すでに市場に出回っている受信機では、L1C/B信号を捕捉できなくなるため、誤捕捉のリスクはなくなる。

L1C/B【対策２】 ヘルス情報のL1C/AとL1C/Bの分離• 航法メッセージに格納されているヘルス情報(5-bit health)をL1C/AとL1C/B毎に個別に定義し、L1C/B信号を送信しているときには、L1C/Aのヘルス情報を常に「1（異常）」に設定する。すでに市場に出回っている受信機が、当該信号を測位演算に利用するリスクを低減可能。
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２． 送信信号の仕様変更【対策１】 PRNコードのL1C/AとL1C/Bの分離

宇宙開発戦略推進事務局• 従来のPRN番号とは別のコードを、L1C/B信号用のPRNコードとして利用• L1C/AまたはL1C/Bのいずれかを送信する

3. Signal Specifications
3.2. PRN Codes
3.2.1. PRN Number Assignment12

２． 送信信号の仕様変更【対策２】ヘルス情報のL1C/AとL1C/Bの分離

宇宙開発戦略推進事務局

航法メッセージに格納されているヘルス情報(5-bit health)をL1C/AとL1C/Bで個別定義

4. Message Specifications
4.1. LNAV (L1C/A)
4.1.2. Message Content
4.1.2.3. Subframe 1 (SV Clock)

1-bit Health
1st bit (MSB)

5-bit Health 1st bit(MSB)
L1 C/A Health

5-bit Health 5th bit(LSB)
L1 C/B Health

意味1--L1C/A もL1C/Bも使用不可

00

1

L1 C/A 送信中

010

L1 C/B 送信中

13

２． 送信信号の仕様変更

7機体制(第1期)における送信信号一覧

宇宙開発戦略推進事務局

QZS

サービス名称

No.

1

1(参考)

2

3

4

1R

56

7

L1C/A

○

○

○

○

○

○

○

○

L1C/B

××××

○

○

○

○

L1C

○

○

○

○

○

○

○

○

L2C

○

○

○

○

○

×××

L5○

○

○

○

○

○

○

○

L6R×○

○

○

○

○

○

○

2周波目×××××〇〇〇

サブメータ級測位補強サービス

L1S○○○○○××

×

センチメータ級測位補強サービス(国内)L6(L6D)

○

○

○

○

○

（○）

（○）

（○）

高精度測位補強サービス(広域)（TBD)

L6(L6E）

×

○

○

○

○

○

○

○

衛星測位サービス

1-1

1-2
2

種別

公開測位サービス“with 自信号メッセージ認証機能"

L1C/AとL1C/Bの切替可能

L2Cは配信しない

公共専用測位サービス

衛星測位補強サービス
2-1

2-2

3

災害・危機管理通報サービス

L1S

○

○

○

○

○

×××

4

衛星安否確認サービス

S-Band

××

○

××××

○

5

SBAS配信サービス

L1Sb××

○

×××

○

○

6

測位技術実証サービス

L5S

×〇

〇

〇

○×〇

〇
14

宇宙開発戦略推進事務局

３．ユーザセグメントにおけるL1C/B対応

15

３．ユーザセグメントにおけるL1C/B対応

ユーザセグメントで想定されるL1C/B対応の例• L1C/Bに対応したGNSSデータフォーマット改訂• GNSS受信機のL1C/B対応（測位機能及びデータフォーマットなど）• 各種GNSSソフトウェアのL1C/B対応

宇宙開発戦略推進事務局

参考

データフォーマット改訂
 RTCM RINEX（OBS）
 BINEX ※今回範囲外

GNSS受信機
 測位機能 観測データの外部出力機能
 制御コマンド対応

ソフトウェア・システム
 GNSSデータの入出力機能
 GNSSデータの変換機能
 GNSSデータロギング機能
 GNSS解析機能
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