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1 マルチ GNSS の動向と 我が国の取り組み 東京海洋大学大学院海洋科学技術研究科衛星航法工学研究室安田明生平成 24 年 2 月 17 日電波航法研究会 於 / 東京海洋大学 ( 平成 24 年 5 月一部更新 ) 1

2 目 次 GPSの現状 GLONASSの現状 Multi-GNSS 周波数スペクトル Beidou/COMPASSの動向 Galileoの動向 IRNSS QZSの動向 ICG-6について AOR-WSシンポジウム 2

3 GPS の概要 衛星機数 4 機 6 軌道面 設計寿命 7.5 年 (IIR-M:12 年 ) 軌道半径 26,561km 周回周期 1/2 恒星日 ( 約 11 時間 58 分 2 秒 ) 軌道傾斜角 55 搬送波周波数 測距信号 L1=1,575.42MHz (10.23MHz 154) L2=1,227.6MHz (10.23MHz 120) L5=1,176.45MHz (10.23MHz 115) C/A code:l1 波で送信 民生用に解放, (IIR-M:L2C 追加 ) Mcps P(Y) code:l1,l2 で送信 秘匿 L5:10.23Mcps: 民生用 (IIF から ) L1C:BOC(1,1) は Block III から ) 3

4 GPS 衛星の現状 Tokyo University of Marine Science and Technology Block Ⅰ 0 11(1978~1985) Block Ⅱ 0 9(1989,1990) Block ⅡA 10 19(1990~1997) Block ⅡR 12 13(1997~2004) Block ⅡR-M 7 8(2005~2009):L2C 追加 Block ⅡF 2 2(2010~ ):L5 追加 31 衛星稼動中 IIF 年 9 月予定 (SPACEFLIGHT( NOW) IIF12 機後,GPS, III(L1C 追加 ) は 2015 年以降 稼働衛星数打上げ数 ( 打上げ時期 ) 2012 年 5 月 14 日現在 4

5 BlockⅡA 衛星 (12/5/21) Tokyo University of Marine Science and Technology 番号 PRN 軌道 打上日 時計 サービス開始時 退役日 Ⅱ E Rb : Ⅱ Cs : Ⅱ : Ⅱ (28) Ⅱ F Rb :43 Ⅱ A Cs : Ⅱ : Ⅱ : Ⅱ : Ⅱ : Ⅱ : Ⅱ A Cs :54 Ⅱ B : Ⅱ D Rb :20 Ⅱ C Rb :20 Ⅱ C Cs :17 Ⅱ E Cs :05 Ⅱ Cs : Ⅱ A Cs :24 SLR 対応 赤字 : 再投入日 5

6 Block ⅡR 衛星 (12/2/14) Tokyo University of Marine Science and Technology 番号 PRN 軌道 打上日 時計 サービス開始時 ⅡR Rb 打ち上げ失敗 ⅡR F Rb :57 ⅡR D Rb ⅡR E Rb :09 ⅡR B Rb :51 ⅡR F Rb ⅡR E Rb ⅡR B Rb :53 ⅡR D Rb ⅡR E Rb ⅡR C Rb ⅡR F Rb ー 09 ⅡR D Rb

7 Block ⅡR-M/ ⅡF 衛星 Sat# PRN# Orbit Launch Date Clock Commitment Date ⅡR-14/M C Rb ⅡR-15/M A Rb ⅡR-16/M B Rb ⅡR-17/M F Rb ⅡR-18/M C Rb ⅡR-19/M A Rb ⅡR-20/M Rb 退役 ⅡR-21/M E Rb ⅡF ー B Rb ⅡF ー D Rb IIF 年 9 月予定 (SPACEFLIGHT NOW) National Geospatial-intelligence Agency 2012 年 2 月 14 日現在

8 GPS の信号計画 現在の信号 (Block II/IIA/IIR) P(Y) P(Y) L1C/A L2 に民生コードを付加軍用に M コードを新設信号出力の増大 Block IIR-M 2005 年から打ち上げ 8 衛星 P(Y) M M L2C L2C P(Y) M M L1C/A L1C/A 民生用 L5 を全 Block IIF に追加 2010 年から打ち上げ 12 衛星 P(Y) P(Y) 1176 MHz (L5) GPS III 2015 年以降打ち上げ開始第 4の民生波 L1C の追加 1227 MHz (L2) 1575 MHz (L1) 8

9 GPS 近代化の道筋 Tokyo University of Marine Science and Technology システム性能の向上 防衛 / 民生利用の便益増進 Block IIA/IIR 基本 GPS 標準サービス 単一周波数 (L1) 粗い接続 (C/A) コード測距 高精度サービス Y-Code (L1Y & L2Y) Y-Code 測距 Block IIR-M, IIF IIR-M: IIA/IIR の性能補強 第 2 の民生信号 (L2C) M-Code (L1M & L2M) 耐妨害 / 送信電力調整可能 IIF: IIR-M の性能補強 第 3 の民生信号 (L5) 2 Rb+1 Cs Clock 12 年の設計寿命 Block III 後方互換性 第 4 民生信号 (L1C) URE が IIF の 1/4 可用性の増強 完全性の増強 15 年設計寿命 9

10 GPS 近代化のメリット Tokyo University of Marine Science and Technology 3 周波数による電離層遅延量の測定 3 周波数により耐干渉性 送信出力アップによる CN 比の向上 長コードによる分離性能向上 L5( 高チップレート ) によるマルチパスの軽減 Ambiguity の高速決定 (L2,L5L5のエクストラ ワイドレーン ) 軌道誤差 時計誤差の縮減 (GPSⅢ) 10

11 GPS ブロックナンバーと送信信号 Inside GNSS September/October

12 Standard Positioning Service (SPS) Signal-in in-space Performance 2001 SPS Performance Standard (RMS over all SPS SIS URE) Signal-in-Space User Range Error is the difference between a GPS satellite s navigation data (position and clock) and the truth, projected on the line-ofsight to the user 2008 SPS Performance Standard (Worst of any SPS SIS URE) 12

13 GPS モニター ステーション Tokyo University of Marine Science and Technology 13

14 GLONASS 衛星 ( ロシア ) 3MEO 24 衛星 昇交点傾斜角 64.8 軌道半径 km 周回周期 11 時間 15 分 40 秒 搬送波周波数 G1:1602+K MHz G2:1246+K MHz K=-7~24(G2=G1 7/9) 多重方式 FDMA M 系列 14

15 GLONASS の概要 1976 年から開発開始 1982 年 2 月 ITU に周波数申請 1982 年 10 月 第一号機打ち上げ 1995 年末 24 衛星で FOC 2011 年 12 月 ~ 24 機体制 (FOC) 1999 年末 9 機まで減少 2007 年末 14 機まで復活 2010 年 12 月 6 日 打上失敗 (3 機 ) 2011 年 2 月 26 日 GLONASS-K 一号機打ち上げ 2011 年 10 月 2 日 GLONASS-M 一機打ち上げ 2011 年 11 月 4 日 GLONASS-M 三機打ち上げ 2011 年 11 月 28 日 GLONASS-M 一機打ち上げ 15

16 GLONASS Modernization Plan Glonass Glonass-M Glonass-K1 Glonass-K2 3 year design life 7 year design life Clock stability - 5*10-13 Clock stability 1*10-13 Signals: L1SF, L2SF, L1OF, (FDMA) Signals: Glonass + L2OF (FDMA) Totally launched 81 satellites Totally launched 28 satellites and going Real operational life to launch 8 satellite time 4.5 years by the end year design life Unpressurized Expected clock stability ~10 5*10-14 Signals: Glonass-M + L3OC (CDMA) test SAR 10 year design life Unpressurized Expected clock stability ~5 1*10-14 Signals: Glonass-M + L1OC, L3OC, L1SC, L2SC (CDMA) SAR 16

17 Tokyo University of Marine Science and Technology

18 GLONASS 稼働衛星数の推移 18

19 GLONASS 測位 (2007 年 1 月 30 日 ) Information Analytic モスクワ55.9 North 37.8 East 19

20 GLONASS 測位点分布 Tokyo University of Marine Science and Technology 測位点分布 (2011 年 4 月 12 日 ) Information Analytic モスクワ 55.9 North 37.8 East 20

21 GLONASS 測位点分布 Tokyo University of Marine Science and Technology 測位点分布 (2012 年 2 月 13 日 )

22 GPS 測位点分布 Tokyo University of Marine Science and Technology 測位点分布 (2012 年 2 月 13 日 ) 22

23 ガリレオ衛星 2014 年 IOC(18 機 ) 予定 IOV 2 機 2011 年 10 月 21 日打上次 IOV 2 機 9 月 28 日予定 GIOVE-A 2005 年 12 月 28 日打ち上げ GIOVE-B 2008 年 4 月 27 日打ち上げ 逆向反射鏡 ( レーザ測距用 ) 姿勢センサー L-Band アンテナ 3MEO 軌道面 30 衛星昇交点傾斜角 56 軌道半径 km 周回周期 14 時間 21 分 36 秒 E1: MHz E2: MHz E5: MHz E6: MHz C1: MHz 23

24 2 機軌道上 2 機打ち上げ待機 14 機製作中追加 8 機調達決定 2012/02/02 今後の予定 機打ち上げ 機打ち上げ OS/SAR 開始 機打ち上げ 2016 PRS/CS 開始 2012/03/14@Munich

25 中国の BeiDou/Compass 衛星 Tokyo University of Marine Science and Technology 衛星 (2012 年 5 月現在 ) IGSO 5 機打ち上げ 2010/08/01~2011/12/ /04/13 MEO 一号機 G5 02/24 GEO 打ち上げ 04/29 MEO 3 4 号打ち上げ 6 月 MEO 2 5 号予定 2012 年中にGEOもう1 機 IGSO 年末までにアジア地域でサービスを開始 2020 年までに 35 機でグローバル化 25

26 中国の COMPASS 測位衛星 北斗 から 2 段階で 全地球システムに COMPASS 第 2 段階 (CP II) アジア地域 MEO 5, GEO 6, IGSO 年末 COMPASS 第 3 段階 (CP III) 全世界システム MEO 27, GEO 5, IGSO 年までに 26 26

27 IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System) L5 & S 帯 IGSO4 機 +GEO3 機 2015 運用開始 2012 年第二 4 半期から打ち上げ開始 27

28 世界の WAAS(SBAS) SBAS) サービス (DGPS( DGPS) 洋上飛行の航空機対象 ( インテグリティ機能 ) SDCM WAAS EGNOS GAGAN 2013? MSAS

29 GNSS 周波数配置 /L1/ 1 帯 Tokyo University of Marine Science and Technology 29

30 GNSS 周波数配置 /L2/ 帯 Tokyo University of Marine Science and Technology E6 LEX 30

31 GNSS 周波数配置 /L3/ 3 L5 帯 31

32 平成 22 年 9 月 11 日準天頂衛星測位シ ステム一号機 みちびき 打ち上げ成功

33 静止軌道衛星と非対称 8 の字衛星 Eccentricity = 0 Inclination is 0 and 45 degree Eccentricity = Inclination = 41 degree 33

34 準天頂衛星 1 号機 みちびき 重量 約 1.8 トン (dry) 測位系装置 : 約 320kg 電力 設計寿命 約 5.3 kw (EOL) 測位系 ; 約 1.9kW 10 年 25.3m Radiation Cooled TWT TWSTFT Antenna C-band TTC Antenna Laser Reflector L1-SAIF Antenna L-band Helical Array Antenna Satellite Configuration on Orbit 34

35 QZSS 信号 Tokyo University of Marine Science and Technology L1-C/A L1C L2C L5 周波数備考 MHz MHz MHz 現存のおよび近代化後の GPS 民生信号と完全な互換性 電離層補正値 ディファレンシャル情報 インテグリティ フラグの送信 他の GNSS 衛星の軌道情報 ( アルマナック ) 健康情報の送信 L1-SAIF * MHz GPS-SBAS と同じ信号形式 (250bps) LEX MHz 実験用信号 (2Kbps) Galileo E6 信号と相互運用性 * L1-SAIF: L1-Submeter-class Augmentation with Integrity Function 35

36 準天頂 GPS 補強測位システムの概念 GPSを補完 補強し GPS 測位機能の利用率を上げ 高精度化することを目指した衛星測位システムである 補強機能 DGPS 搬送波位相情報 インテグリティー GPS 使用不能時には単独で受信しても高精度の測位が可能となるようなシステムとすることが望まれる 36

37 QZSS 独自の補強信号 Tokyo University of Marine Science and Technology 擬似距離測距 1L1-SAIF による GPS 測位補正データ伝送 サブメータ級測位 (ENRI)( 2L1-SAIF による TTFF 短縮情報 緊急情報の送信 (SPAC) 搬送波 ( キャリア ) 位相測距 3LEX による PPP-RTK 信号 (JAXA)( 4LEX による高精度測位補正データ ( 国土地理院 ) 5LEX による cm 級補正データ (SPAC)( 37

38 QZSS の効果 QZSS 高仰角から GPS 信号を送信. Tokyo University of Marine Science and Technology 高層ビル街や地形の険しい山間部でも 安定した測位が可能になる QZSS 38

39 GPS+QZS 測位分布 (QZS( 仰角 60~80 ) GPS 仰角マスク 10 GPST:0~8 時 8 時間平均 DOP GPS only: GDOP:2.2, PDOP1.9, HDOP1.0, VDOP1.6 GPS+QZSS: GDOP2.0:, PDOP1.7, HDOP1.0, VDOP1.4 39

40 QZS のSIS-URE Tokyo University of Marine Science and Technology

41 第 6 回 ICG Tokyo University of Marine Science and Technology ICG(The International Committee on Global Navigation Satellite Systems ) ICG( ( 衛星航法システム (GNSS)( に関する国際会議 ) は1999 年の第三回国連宇宙空間平和利用会議において採択されたウィーン宣言に基づくもので その第 6 回会合が 2011 年 9 月 5 日 ~9 日まで 東京都港区の三田共用会議所で開催された 民生用衛星による位置決定 航法 時刻決定 その他の付加価値サービスに関する関心事項に関する協力 および地球規模の衛星航法システム間の共存性と相互運用性に関する協力を推進することを目的とする 41

42 4 つの WG Tokyo University of Marine Science and Technology WG-A: : 相互運用性及び共存性 (Interoperability and Compatibility) WG-B: GNSS の性能の向上 (Enhancement( of Performance of Global Navigation Satellite Systems services) WG-C: 情報の普及および教育 (Information Dissemination and Capacity Building) WG-D: 観測技術及び測地標準フレームワークの各地域 国際機関の協力 (Interaction with National and Regional Authorities) 42

43 ICG-7 & ICG-8 その他 Tokyo University of Marine Science and Technology 衛星信号提供国のみならず 利用国 利用機関も参加し 共通の利益の為に協議を進める 我が国も国際標準 国際規格の策定に積極的に参加し 協力する WG-B のサブグループのチェアに峰正弥氏 (NEC)( が就任 ICG-7 7は 2012 年 11 月 4 日より 北京で開催予定 ICG-8 は 2013 年ドバイ ( アラブ首長国連合 ) 国連 GNSS 応用に関する国際会議 2011 年 12 月 国連マルチ GNSS 利用ワークショップ 2012 年 3 月 (ESCAP/ アジア 太平洋州 ) 43

44 みちびき により何が変わるか? GPS 衛星補完で 市街地 / 山間部で測位可能率が上がる L1-SAIF により 実時間で誤差 1m 以内 > 高精度カーナビ 携帯ナビの実現 LEX 利用で 基準局を用いず 高精度測量 / 実時間高精度測位が可能 アジア オセアニア地域の国際貢献 第一回 AOR-WS@ バンコク 2010 年 1 月 日第二回 AOR-WS@ メルボルン 2010 年 11 月 日第三回 AOR-WS@ 済州島 2011 年 11 月 1 2 日 JAXA/SPAC が主導 44

45 Multi-GNSS デモンストレーションキャンペーンの背景 利用可能 GNSS 衛星の総数 2020 年までに GNSS 衛星は世界中で 130 機を超える 現状 45

46 - アジア オセアニア地域で複数 GNSS 実証実験 - Tokyo University of Marine Science and Technology 準天頂衛星システムと国際協力 Asia Oceania Multi-GNSS Demonstration Campaign みちびき は 日本とオーストラリアの上空を8の字を描く準天頂軌道を通るため 日本ばかりでなく 韓国やオーストラリア 東南アジアからでも受信でき QZSサービスを利用することが可能 アジア オセアニア地域は 世界でいち早く マルチGNSS (GPS GLONASS Galileo COMPASS QZSS IRNSS) の利益を享受できる地域 アジア オセアニア地域でマルチ GNSS の利用推進を目的に 利用実証の共同実験を推進する枠組みを 2010 年に立ち上げた 2011 年夏に実証実験への参加募集を開始 46

47 利用実証実験 準天頂衛星システムと国際協力 AOR ワークショップ第 1 回 :2010/1/25 26@ バンコク Tokyo University of Marine Science and Technology - アジア オセアニア地域マルチ GNSS 実証実験 -3 つの活動 防災 モニタ局ネットワーク構築 (MGM ネットワーク ) 精密農業 建機 195 名の参加, 18 カ国, 95 機関 ITS( 交通 ) 第 2 回 :2010/11/21 22@ メルボルン 位置情報サービス 101 名の参加, 11 カ国, 67 機関 第 3 回 :2011/11/1 3@ 韓国済州島 その他 電離層観測等共同実験公募を開始 これまでに8 件のテーマを選定 86 名の参加, 9カ国, 39 機関 JAXA による観測モニタ局候補地募集 一次募集で 14 局を選定 設置開始 47

48 活動 1 - アジア オセアニア地域マルチ GNSS 実証実験 1/ 年夏に実証実験への参加募集を開始 5 件の実験テーマ選定 さらに追加 3 件を選定 共同実験公募選定 5 テーマ (2011 年 11 月 ) 1 精密農業に対するマルチ GNSS 利用効果の評価韓国 ( 忠南国立大 ) 2 油椰子農園における精密農業による持続可能な資源利用 RTK 測位を使った自動誘導油椰子植林機 土壌成分マッピングシステムの研究 マレーシア ( プトラ大 ) 3 自動田植え機の実証日本 ( 国立農業研究機構農研センター ) 4 みちびき 及び GPS の L1,L5 二周波利用測位の性能検証 5 マルチ GNSS 利用の可降水量推定 精密農業等などの効果検証 台湾 ( 国立成功大 ) オーストラリア ( ロイヤルメルボルン工科大 ) 48

49 - アジア オセアニア地域マルチ GNSS 実証実験 2/2- 共同実験公募選定 3 テーマ (2012 年 4 月追加 ) 1 GPS+QZSS 測位高精度化による安全レベル評価のための車両ドライバーの操縦測定法の開発 2 QZSSのLEX 及びL1-SAIF 信号のタイ国内における測位精度評価とタイ国内向け補強信号の検討 3 中国内におけるQZSS によるマルチGNSS の航法利用と精密測位応用の性能の評価 タイ王国 ( 国立電子工学 電算機技術センター ) タイ王国 ( アジア工科大学 ) 中華人民共和国 ( 寧波ノッチンガム大学 ) 49

50 活動 2 Tokyo University of Marine Science and Technology マルチ GNSS 監視局網構築 (MGM ネットワーク ) 60 局計画 (MADOCA) 開発中高精度単独測位システム開発中 ( リアルタイム PPP) MADOCA : Multi-gnss Advanced Demonstration tool for Orbit and Clock Analysis

51 GPS 軌道 / 時計推定結果の比較 IGS AC # of Orbit RMS (cm) Clock (ns) Analysis Software Stas R A C 3D STD RMS MADOCA ESA NAPEOS CODE Bernese NGS arc, orb, pages, gpscom GFZ EPOS.P.V MIT GAMIT 10.33, GLOBK NRCan GIPSY/OASIS-II JPL GIPSY/OASIS-II SIO GAMIT 10.20, GLOBK GRG GINS, DYNAMO /1/1-12/31 (365 days), interval 900/300s, wrt IGS Final 51

52 活動 3 Tokyo University of Marine Science and Technology Asia Oceania Regional Workshop on GNSS 目的 :MGM: ネットを含む現行の共同プロジェクトの状況や結果の報告 / 新たな共同プロジェクト模索のための討論 / 情報の交換 共有 内容 :GNSS: の現状紹介 / 利用実証 ( これまでは各 WG において 日本の GNSS 利用事例紹介が中心 )/ 応用開発 / 計画中のプロジェクトの紹介等 過去三回は主に SPAC 協力企業が参加し 実証例等報告 オーストラリア アジア地域から利用例等の紹介 今後は利用実証参加組織からの報告が期待される 1 バンコク 2 メルボルン 3 済州島 4 クアラルンプール 52 次回はマレーシアで今年 12 月 9,10 日開催予定

53 ご静聴ありがとうございました ご意見 / ご質問は yasuda@kaiyodai.ac.jp までお願いします 53

54 太陽黒点数観測履歴 Tokyo University of Marine Science and Technology 寛永の大飢饉 ( ) 元禄の大飢饉 ( )

55 最近の太陽活動 Tokyo University of Marine Science and Technology

Tokyo University of Marine Science and Technology Laboratory of Satellite Navigation Engineering Tokyo University of Marine Science and Technology GNS

Tokyo University of Marine Science and Technology Laboratory of Satellite Navigation Engineering Tokyo University of Marine Science and Technology GNS GNSS DGPSSBAS MSAS SBAS/MSAS MSAS LEX GPS 4 7.5 26,561km 121158 2 55 L1=1,575.42MHz (10.23MHz154) L2=1,227.6MHz (10.23MHz120) C/A Code (1.023MHz : 1023 chips)l1 P(Y) codel1l2 3 GPS P(Y) P(Y) C/A M P(Y)

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