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あおいいのら
4 years ago
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1 後期実験演習衛星測位工学と電気回路久保信明

2 スケジュール 10 月 5 日衛星測位 + 電気回路 10 月 9 日衛星測位 + 電気回路 10 月 12 日衛星測位 + 電気回路 10 月 23 日汐路丸での演習 (GNSS 実験を自分たちで行う ) 11 月 9 日汐路丸での演習 (GNSS 実験を自分たちで行う ) 11 月 16 日電気回路衛星測位は 2 号館の計算機室電気回路は第 4 実験棟 4 階の奥のほうの実験室 ( 川村先生担当 )

3 衛星測位 ( 内容 ) 汐路丸実習に向けた準備と GNSS の概要について GNSS の概要汐路丸実習での実施内容取得したデータの分析

4 Why do we call GNSS not GPS? 4

5 Single point positioning( 単独測位 ) 12h, rooftop, our building

6 Differential positioning( デファレンシャル ) 12h, rooftop, our building

7 RTK performance 12h, rooftop, our building RTK : mm level 7

8 x, y, z, receiver clock offset( 単独測位で求めるもの ) Satellite clock is corrected using navigation data. Fortunately, receiver clock offset is same for all satellites. Therefore, unknown variables should be solved are x, y, z and receiver clock offset. 8

9 Improved GPS (relative positioning) DGPS and RTK are powerful method for error mitigation. DGPS uses the fact that the most of error sources change slowly in the time domain if the distance between reference and user is approx. within 100km. Please remember that differential technique provides only vector solution from base station to the target position precise position of base station should be prepared. (x,y,z) (dx,dy,dz) can be estimated. Target position (x ref,y ref,z ref ) Base station 9

10 Ellipsoidal Height (m) Altitude determination for boat Height Determination of Small Boat on the Sea (1hour) GPSTIME (s) 10

11 高度の定義 ( ジオイド ) 平均海水面に全世界的にもっともよく一致する等ポテンシャル面はジオイドと呼ばれる地球の形状を表す楕円体の大きさはジオイドに最小二乗法の意味でもっともよく合うように定められている

12 世界測地系 (WGS84) WGS84 は実質的な世界標準の国際測地系さまざまな測地系を統一し地図作成の作業を単純化したことは GPS の重要な成果である特徴 *ECEF 直交座標系 * 地球形状の幾何学モデルとしての回転楕円体 * 地球重力場およびジオイドの詳細 * 矛盾のない基礎定数群

13 WGS-84 (WGS-84)World Geodetic System 1984 は地球中心と楕円体の中心が一致するように生成されている ECEF とも呼ばれる

14 World Geoid Color Scale, Upper (Red) : 85.4 meters and higher; Color Scale, Lower (Magenta) : meters and lower 14

Geoid Height in Japan TUMSAT 36.41 m Narita 35.24 m Mt. Fuji 42.

15 Geoid Height in Japan TUMSAT m Narita m Mt. Fuji m Osaka m 15

16 Tide Observation 16

17 RTK at Pontoon (m) hours Height Variation at Pontoon Geoid 36 1/ / (TIME) 17

18 Wave Height (m) Application of RTK (Tsunami detection) Unstable data due to earthquake South Iwate buoy 10km offshore Depth 200m 14:46 Earthquake 14:53 First detected Tsunami motion 15:12 Tip of Tsunami wave by Port and Airport Research Institute 18

19 RTK for UAV >Height Single solution RTK solution >Horizontal Single solution RTK solution 19

20 Performance of GPS based Velocity Accuracy in terms of frequency GPS L1 wavelength = 19cm 1Hz : 19cm 0.1Hz : 1.9cm Accuracy in terms of satellite velocity sv_vel [t]=(sv_vel [t+1]-sv_vel [t-1])/2 based on ephemeris parameters Accuracy is quite good. std = 1.6 cm/s 20

21 汐路丸での実習内容

22 目的汐路丸上での GNSS 測位実験とその手法について学ぶ得られた観測データを用いて後処理解析を行う

23 受信機およびアンテナの設置

24 受信機およびアンテナの設置ブリッジ内フライングブリッジ側面の配線用の穴よりケーブルを引き込む受信機アンテナケーブルケーブルの取り回し接合部の取り扱いには十分注意すること! 信号強度の低下につながります ( 折り曲げないドアに挟まない接合部に水を侵入させない等 ) アンテナはポールに取り付け結束バンドで固定

25 PC と受信機の接続設定 ( 単独測位 )

26 PC と受信機の接続設定 ( 単独測位 ) 機器の構成 LAN ケーブル及び電源の接続受信機 Trimble SPS855 PC

27 PC と受信機の接続設定 ( 単独測位 ) 1. 受信機 IP アドレスの確認ボタンを二回押す IP アドレスが表示される

28 PC と受信機の接続設定 ( 単独測位 ) 1. ネットワークと共有設定ローカルエリア接続をクリック 2. プロパティをクリック 3.TCP/IPv4 をクリック

29 PC と受信機の接続設定 ( 単独測位 ) 4.IP アドレスの設定注意!! 受信機の IP アドレス ( ) とは末尾をずらすこと

30 PC と受信機の接続設定 ( 単独測位 ) 5. ブラウザーに受信機の IP アドレス ( ) を入力し接続 6. 以下のパスワードを入力 User:admin Pass:********

31 PC と受信機の接続設定 ( 単独測位 ) 7. この画面が出てくれば接続完了

32 衛星の信号強度確認

33 衛星の信号強度確認 Satellites の Tracking をクリック信号強度が 40dBHz 程度であればおおむね良好 L1 信号帯 L2 信号帯 L5 信号帯

34 衛星の信号強度確認 Tracking(SkyPlot) を選択すると現在の衛星配置を確認することもできる

35 海洋大学基準局への接続設定

36 海洋大学基準局への接続設定本実験では補正データを用いる RTK 測位も行うため基準局への接続が必要

37 海洋大学基準局への接続設定 RTK 測位の概要海洋大基準局

38 海洋大学基準局への接続設定研究室 (5 階 ) Trimble NetR9 基準局アンテナ (4 号館屋上に設置 ) 観測したデータをインターネットを介して提供 RTK 測位や DGNSS 等補正データが必要な測位に用いる

39 海洋大学基準局への接続設定海洋大学基準局からは RTCM( 汎用的 ) および CMRx フォーマット ( 受信機固有 ) による補正データが配信されているこの補正データを NTRIP(Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) と呼ばれる通信手段により移動局 ~ 基地局間でやり取りする今回用いるのは CMRx

40 海洋大学基準局への接続設定 1. ブラウザーに基準局の IP アドレスを入力し接続 IP address: 192.***.***.*** 2. 以下のパスワードを入力 User:*** Pass:********

41 海洋大学基準局への接続設定 3. この画面が出てくれば接続完了

42 海洋大学基準局の補正データ配信確認

43 海洋大学基準局の補正データ配信確認 IBSS/NTRIP Server の項が緑色であれば補正データは配信中

44 海洋大学基準局の観測データ取得確認

45 海洋大学基準局の観測データ取得確認観測データは衛星から受信した情報を格納したファイル拡張子は.T02 緯度経度の情報等を計算するための材料このファイルを受信機内部やソフトウェアで処理した結果が NMEA

46 海洋大学基準局の観測データ取得確認実験に合わせて取得間隔 (Hz) や期間を選択可能チェックマークを入れた時点から保存開始

47 海洋大学基準局の観測データ取得確認 Data Files にデータは保存

48 観測データの保存 ( 移動局 )

49 観測データの保存 ( 移動局 ) Configures で測位間隔等を変更可能

50 PC と受信機の接続設定 (RTK 測位 )

51 PC と受信機の接続設定 (RTK 測位 ) 機器の構成 LAN ケーブル及び電源の接続 USB ケーブルの接続 (STRSVR というソフトで補正情報をやり取りするため ) 受信機 Trimble SPS855 PC

52 補正データを利用した RTK 測位 RTK 測位の概要 STRSVR がここを担当

53 補正データを利用した RTK 測位 STRSVR を起動 STRSVR 補正情報を取得し受信機等に送信するソフト bin ファイル内の rtklaunch を開く

54 補正データを利用した RTK 測位

55 補正データを利用した RTK 測位 Serial = 今回は USB 端子デバイスマネージャを開きポート番号の確認 (COM**)

56 補正データを利用した RTK 測位緑色の点滅であれば正常に送信中 Start を押すと受信機への補正データ送信開始

57 補正データを利用した RTK 測位海洋大基準局の I/O Configuration を開き NTRIP Caster の項が緑になっていれば補正データ送信中

58 補正データを利用した RTK 測位受信機を確認補正情報送信前 Autonomous ( 単独測位 ) 補正情報送信後 RTK Fixed or RTK Float (RTK 測位 )

59 NMEA データの取得

60 NMEA データの取得 NMEA とは? 観測データをもとに受信機内部やソフトウェアで計算した結果アスキーコードとシリアル通信プロトコルを用いて風速計ジャイロコンパスオートパイロット AIS GPS 受信機等の海上電子装置のデータを出力するためのフォーマットこのフォーマットは様々なメッセージの集まりである観測データとの混同に注意

61 NMEA データの取得 NMEA データの一例センテンス例 : $GPRMC, ,A, ,N, ,E,000.0,240.3,181211,,,A*6A Hiramine.com より引用

62 NMEA データの取得今回は GGA と RMC のみを取得

63 NMEA データの取得 NMEA データの保存にも STRSVR を用いる

64 NMEA データの取得拡張子はつけなくて OK

65 実験の終了後の停止方法

66 観測データのチェックを外す ( 移動局 ) NMEA の保存を停止 (STRSVR) 補正データの送信を停止 (STRSVR)

67 Excel を用いた NMEA の中身の確認

68 Excel を用いた NMEA の中身の確認 1. 取得した NMEA データを Excel で開く

69 Excel を用いた NMEA の中身の確認

70 Excel を用いた NMEA の中身の確認 2. データを区切り見やすくするデータ区切り位置をクリック

71 Excel を用いた NMEA の中身の確認

72 Excel を用いた NMEA の中身の確認

73 Excel を用いた NMEA の中身の確認

74 Excel を用いた NMEA の中身の確認 3.Excel の A 列をクリック A 列すべてのデータに適用

75 解説本データの区切りは NMEAの出力値とカンマに分けて区切っている NMEAの出力値の中でも GGAの出力値とカンマに分けて区切っているので注意のこと汐路丸で取得したNMEAデータは GGAとRMCの2つ

76 Excel を用いた NMEA の中身の確認完了後の画面

77 Excel を用いた NMEA の中身の確認 4. フィルタ機能を用いて GPGGA のみ抽出データフィルタをクリックした後赤い丸の部分を左クリック

78 Excel を用いた NMEA の中身の確認

79 Excel を用いた NMEA の中身の確認 GGA を選択

80 当日の流れ 13 時前乗船船長のはなし 13 時 15 分機器設置 13 時 30 分受信機 PC 等設定データ取得開始 14 時 30 分データ取得終了データ分析方法講義 ( 教室 ) 15 時 30 分機器撤収 16 時下船

81 レポートのポイント緯度経度のGoogleMapへのプロット ( データをまびくこと ) 高度時系列データプロット測位フラグ時系列データプロット補正データ遅延時間時系列データプロット速度時系列データプロット方位時系列データプロットデータ通信の遅延がどの程度であったかフラグが 4 でない場所の特徴方位はどのようなときに正しくないか

82 10 月 5 日のレポート課題締め切りは 10 月 12 日の授業開始前までに PPT で久保 (nkubo@kaiyodai.ac.jp) まで緯度経度をm 単位に修正し水平プロット高度時系列データプロット測位フラグ時系列データプロット補正データ遅延時間時系列データプロット速度時系列データプロット (GPRMC) 方位時系列データプロット (GPRMC) NMEA のフォーマットがわからなくなったら WEB 等で NMEA で検索してください

83 10 月 9 日実際に 3 回程度にわけて研究室にきてもらい汐路丸演習で利用する受信機の動作確認をしてもらいます (RTK ができるところまで )

Microsoft Word - M8P_miniEVKボードによるRTKマニュアル.docx

Microsoft Word - M8P_miniEVKボードによるRTKマニュアル.docx M8P mini-evk ボードによる RTK マニュアル 2016/08/27 A 版 2016/09/03 目次 1. ハードウェアの接続及び設置... 1 2. 受信機の設定... 2 2.1 u-center 及び u-blox 受信機ドライバのインストール... 2 2.2 基準局受信機の設定... 3 2.3 移動局 ( ローバー ) 受信機の設定... 5 3. ソフトウェアの設定...