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うまじまきい
5 years ago
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1 国産の衛星測位システムによる 3 衛星測位海事システム工学科情報コース 8143 土倉弘子

2 背景と目的現在の衛星測位システム日本の衛星測位システム測位計算の理論と概要 3 衛星測位計算座標系衛星配置実験静止実験移動体実験まとめ目次 1

3 背景と目的衛星測位システムの普及個人利用から社会インフラ国民生活に必要不可欠 GNSS (Global Navigation Satellite Systems : 全地球航法衛星システム ) 米国 : GPS(Global lpositioning ii i System : 全地球測位システム ) ロシア : GLONASS 機稼働中民間用にも開放完成間近 EU : Galileo 機実機打ち上げ中国 : Compass 民間 ( 中国周辺での利用 ) に開放を決定各国 GPS への依存から脱却へ

4 背景と目的日本が保有する衛星測位システム MSAS ( 運輸多目的衛星用航法補強システム ) 静止衛星 : 機 (MTSAT 1R, MTSAT ) QZSS ( 準天頂衛星システム ) 準天頂衛星 : 1 機 (QZS 1) 日本周辺エリアをカバーする地域的測位衛星システム第四実験棟屋上から見た上空図 (4 時間 ) 3

5 背景と目的日本が保有する衛星測位システム GPSの補完と補強可視衛星数の増加により精度向上 GPS との併用が前提全面的に米国の GPS に依存バックアップシステムがない 3 機運用中測位可能本研究の目的国産の衛星測位システムのみでの測位 4

6 背景と目的 MSAS ( 運輸多目的衛星用航法補強システム ) レンジング機能あまり推奨されていない QZSS ( 準天頂衛星システム ) GPS とほぼ同等 GPS QZSS MSAS 目的測位測位補正 ( 広域 ) 測距性能 1m 以内 1m 以内 1m~1m 衛星位置決定性能 1m 以内 1m 以内 1m~1m 運用中衛星数 31 機 1 機機導入 *MSAS 衛星を測距に使用するプログラム *3 衛星 ( 二次元 ) 測位プログラム MSASの性能値は予測で今後検証予定 5

7 背景と目的現在の衛星測位システム日本の衛星測位システム測位計算の理論と概要 3 衛星測位計算座標系衛星配置実験静止実験移動体実験まとめ目次 6

8 * 三次元測位 3 衛星測位計算 ( 二次元測位 ) 位置 (x, y, z) と時計誤差 (t) に関する未知数 4 個可視衛星 4 機以上必要 *3 衛星測位 ( 二次元測位 ) 高度 ( 楕円体高 ) を既知とし固定未知数 3 個 MTSAT 機 +QZS 1 機の 3 機海上利用を検証 ( 高度がほぼ一定かつ実験可能 ) 7

9 測位計算座標系衛星位置と受信機位置計算 (X, Y, Z) 受信機位置表現 (φ, λ, h) (X, Y, Z) 地球中心地球固定直交座標系 ECEF(Eath Centeed, Eath Fixed) (φ, λ, h) 高度と (X, Y, Z) は対応していない高度固定が不可測地座標系 ( 緯度経度高度 ) 8

10 座標系 3 衛星測位計算 ( 二次元測位 ) 衛星位置と受信機位置 (X, Y, Z) 座標変換衛星位置と受信機位置計算 (e, n, u) 高度 (u) 固定 (e, n, u) 地平直交座標系受信機位置表現 (φ, λ, h) 9

11 衛星の幾何学的配置例 1) 衛星配置 : 良い例 ) 衛星配置 : 悪い衛星 1 疑似距離誤差衛星疑似距離誤差衛星疑似距離誤差衛星 1 疑似距離誤差 DOP (EX.1) < DOP (EX.) DOP (Dilution of Pecision) *HDOP 人工衛星の配置により生じる測位誤差の度合 (Hoizontal) 小さい値ほど誤差の要因が小さい水平方向測位精度 = DOP 測距精度 1

12 背景と目的現在の衛星測位システム日本の衛星測位システム測位計算の理論と概要 3 衛星測位計算座標系衛星配置実験静止実験移動体実験まとめ目次 11

13 静止実験概要場所 : 第四実験棟屋上東京海洋大学越中島キャンパス日時 : 11 年 9 月 3 日 9:~9 月 4 日 9: (4 時間 ) 全可視衛星からのデータを取得後処理で解析を実施仰角マスク :15 解析周期 : 3 [s] Google eath より 1

14 静止実験解析概要 1 全可視 GPS 衛星全可視 GPS 衛星, MTSAT 1R, MTSAT 3GPS 衛星 3 衛星測位 4MTSAT 1R, MTSAT, QZS 1 3 衛星測位実験結果 Ⅰ 実験結果 Ⅱ 屋上位置 ( 真値 ) と比較固定高度は真値を代入 13

実験結果 Ⅰ 時系列水平絶対誤差 GPS GPS+ MSAS 平均 [m].11 16.

15 実験結果 Ⅰ 時系列水平絶対誤差 GPS GPS+ MSAS 平均 [m] 標準偏差 [m] HDOP GPS GPS+ MSAS 平均

16 実験結果 Ⅱ (3 衛星測位衛星配置 ) HDOP が 5 以下の場合のみ位置を求めるよう制限して測位条件 4 時間中測位可能時間 3 QZS 1の仰角マスク 15 以上 84.13% 約時間 /4 時間 + 国産 3 衛星のHDOP 5 以下 76.55% 約 18 時間 /4 時間 4 GPS3 衛星のHDOP 5 以下 96.5% 約 3 時間 /4 時間 15

17 実験結果 Ⅱ 時系列水平絶対誤差 [m] GPS 3 機国産 3 機平均 [m] 標準偏差 [m] HDOP GPS 3 機国産 3 機平均

18 移動体実験概要練習船汐路丸 ( コンパスデッキにアンテナを設置 ) 勝どき桟橋を 11 年 7 月 6 日 9 時に出航静止実験と同条件解析周期 : 1 [] [s] 解析データ 11 年 7 月 6 日 14:~14:3(3 分 ) 14:~14:3 解析に使用 (3 分データ ) 7/6 9:~7/7 9: (4 時間データ ) MTSAT 1R, MTSAT, QZS 1が継続して可視 Google eath より 17

19 勝どき出航航海中の楕円体高館山湾東京湾航行中館山湾停泊中 46 18

20 移動体実験解析概要 1 全可視 GPS 衛星全可視 GPS 衛星, MTSAT 1R, MTSAT 3GPS 衛星 3 衛星測位 4MTSAT 1R, MTSAT, QZS 1 3 衛星測位実験結果 Ⅰ 実験結果 Ⅱ DGPS による測位結果 ( 精度 1~m 程度 ) と比較固定高度は時間平均を代入 19

21 実験結果 Ⅰ : 1GPS 衛星 : GPS 衛星 +MTSAT 1R, MTSAT : DGPS Google eath より約 m

22 実験結果 Ⅰ 時系列水平絶対誤差 GPS GPS+ MSAS 平均 [m] 標準偏差 [m].6.7 HDOP GPS GPS+ MSAS 平均.98.89

23 実験結果 Ⅱ : 3GPS 衛星 3 機 (31, 3, 3) : 4MTSAT 1R, MTSAT, QZS 1 3 機 : DGPS 約 5m 約 4m Google eath より

実験結果 Ⅱ 時系列水平絶対誤差 [m] GPS 3 機国産 3 機平均 [m] 4.48 454.

24 実験結果 Ⅱ 時系列水平絶対誤差 [m] GPS 3 機国産 3 機平均 [m] 標準偏差 [m] HDOP GPS 3 機国産 3 機平均

25 移動体実験衛星配置 GPS 3 機 MSAS + QZSS 3 機 HDOP GPS 3 機国産 3 機平均

26 背景と目的現在の衛星測位システム日本の衛星測位システム測位計算の理論と概要 3 衛星測位計算座標系衛星配置実験静止実験移動体実験まとめ目次 5

27 まとめ国産 3 衛星のみでの測位が可能数 1m~ 数 1m の精度海上において有効性は高いバックアップ通常時における精度信頼性の向上更なる QZSS 衛星の増加 4 機 (~7 機 ) 体制に 6

28 ありがとうございました 7

29 単独測位計算地球上の位置は ECEF 直交座標系で表現計算される受信機位置 ( ) と機衛星位置 ( ) と疑受信機の位置 (x,y,z) と i 機の衛星の位置 (xi,yi,zi) と疑似距離 (i) 光速 (c) 時計誤差 (δ) よりと表現され最小二乗法により s s z z y y x x i i i i i 初期値を更新し真値を導く

30 次元測位計算 ECEF 直交座標系での Z 軸座標を既知値 (Z) とするとそれぞれの初期値はとなるそれぞれ衛 s Z y x それぞれの初期値はとなるそれぞれ衛星の疑似距離は,,, s Z y x ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( s Z z y y x x s Z z y y x x ) ( ) ( ) ( s Z z y y x x と表され最小二乗法で求める今回は衛星数を 3 機に ) ( ) ( ) ( s Z z y y x x n n n n と表され最小二乗法で求める今回は衛星数を 3 機に制限しているためであり 3 本の式となる n 3

31 次元測位計算最小二乗法により更新すべき次の初期値が x x x 1 Z z y y y 1 1 ( ) z となり z が更新されない s s s 1 Z z z z n 1 s s z z y y x x i i i i i また測位計算の式でも上記により実際に扱うのはまた測位計算の式でも上記により実際に扱うのは 3 行 x3 列の行列計算となる

32 初期値 (x,, y, z) ) base(x, y, z ) Satpos (x, y, z) ECEF 直交座標 ECEF 直交座標 ECEF 直交座標 (lat,lon,hight) 測地座標 Satpos(e,n,u) ENU 座標 H 固定値代入修正量計算 (e,n,), (t) 最少二乗法計算代入解 (e,n,), (t) ENU 座標座標変換解 (x,y,z) ECEF 直交座標解を更新 31

33 計算方法 - Z 軸位置固定 DGPS で計算した Z 軸値 (ECEF 座標 ) を保存逐次読み込み Z 軸値へ代入計算 3

34 衛星の幾何学的配置海洋大学第 4 実験棟屋上から見た上空図ほぼ同位置 MSAS 衛星機の衛星配置は非常に悪い高仰角で可視 GPS 測位の補完都市部での可視衛星数増加 33

測量士補重要事項はじめに GNSS測量の基礎

測量士補重要事項はじめに GNSS測量の基礎 GNSS 測量の基礎 (1)GNSS とは GNSS(Global Navigation Satellite Systems: 全地球衛星航法 ( または測位 ) システム ) 測量とはいわゆるカーナビを想像すればよいつまり上空の衛星から発射される電波を受信する事により地上の位置を求める測量である衛星として代表的なものはアメリカの GPS 衛星であるがその他にも次のようなものがあるアメリカの