GPS

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1 平成 27 年度測位航法学会全国大会セミナー GNSS 測位入門から RTKLIB の活用まで ( その 1) ~ @ 東京海洋大学越中島 東京海洋大学高須知二

2 時間割 (1) GNSS 測位入門 4/22 ( 水 ) 9:30-10:20 (2) RTKLIBの概要と導入 ( 実習 ) 10:30-11:20 (3) RTKLIBの基本操作 ( 実習 ) 11:30-12:20 (4) GNSS 測位の基礎 13:30-14:20 (5) RTKPOSTによる単独測位 (1) ( 実習 ) 14:30-15:20 (6) RTKPOSTによる単独測位 (2) ( 実習 ) 15:30-16:20 (7) 基線解析とRTKの基礎 4/23 ( 木 ) 9:30-10:20 (8) RTKPOSTによる基線解析 ( 実習 ) 10:30-11:20 (9) RTKNAVIによるRTK ( 実習 ) 11:30-12:30 (10) RTKの応用 13:30-14:20 (11) RTKLIBによる複合解析 ( 実習 ) 14:30-15:20 (12) RTKLIBの活用 15:30-16:20 2

3 (1) GNSS 測位入門 3

4 GNSS GNSS ( 全地球航法衛星システム ) GPS ( 米国 ) GLONASS ( ロシア ) Galileo ( 欧州 ) BeiDou ( 中国 ) RNSS ( 地域航法衛星システム ) QZSS ( 日本 ) IRNSS ( インド ) SBAS ( 静止衛星型衛星航法補強システム ) WAAS, EGNOS, MSAS, SDCM, GAGAN ( 4

5 GNSS の応用分野 軍事応用 :... 民生応用 : 航空航法着陸誘導国内ルート誘導海上ルート誘導飛行場遠隔操作ヘリコプター操作航空機高度管理衝突回避トラフィック管理陸上航法運行監視配車管理ルート最適化法令順守海上航法海洋航法沿岸航法港 / 接岸航法水路交通 静止測位及び時刻資源探査水路測量航法支援時刻配信測地測量地理情報システム (GIS) 宇宙打上飛行 / 軌道再突入 / 着陸姿勢制御捜索及び救助位置報告 / 監視接近支援座標検索衝突防止... (B.W.Pakinon, Intoduction and Heitage of NAVSTAR, the Global Poitioning Sytem, 1994) 5

6 GNSS システム 宇宙セグメント GNSS 衛星 軍事利用者 測位信号 L1,L2,L5,... テレメトリ, 測位信号 コマンド 航法データ MCS ( 中央制御局 ) 民生利用者 利用者セグメント 制御セグメント 監視局 地上アンテナ 6

7 GPS 宇宙セグメント 衛星コンステレーション 6 軌道面 x 4 = 24 衛星 ( ノミナル ) 高度 : 20,100km 軌道傾斜角 : 55 周期 : 1/2 恒星日 (11h 58' 2") GPS Block II 軌道面 ( ( 7

8 GPS 衛星 Block I Block II Block IIA Block IIR Block IIR-M Block IIF (2010-), Block IIIA (2014-) 8

9 GPS 信号 測位信号 L1C/A : Block IIA, IIR L1C : Block IIIA - L1P(Y), L2P(Y) ( 軍用 ) : Block IIA, IIR, ( -2020) L2C : Block IIR-M - L1M, L2M ( 軍用 ) : Block IIR-M - L5 : Block IIF - 衛星多重化 CDMA ( 符号分割多重アクセス ) 9

10 GPS 地上セグメント (L.C.P.Haington, GPS Statu and Modenization, 2009) 10

11 GLONASS ( グロナス ) 開発 旧ソ連 及びロシア 衛星コンストレーション 3 軌道面 x 8 = 24 衛星 + 3 予備 (FOC) 高度 : 19,100 km, 軌道傾斜角 : 64.5 GLONASS, GLONASS-M (2003- ), GLONASS-K (2011- ) 信号 L1C/A, L1P (FDMA: 1602+n x MHz) L2C/A, L2P (FDMA: 1246+n x MHz) L3 CDMA (GLONASS-K- ) 11

12 Galileo ( ガリレオ ) 開発 欧州連合及び欧州宇宙機関 衛星コンストレーション 3 軌道面 x 9 = 27 衛星 + 3 予備 (FOC) 高度 : 23,200km, 軌道傾斜角 : 56 試験衛星 : GIOVE-A (2005), GIOVE-B (2007) 衛星 (IOV), 2014/15 18 Sat, 2016/17 FOC 信号 E5a (OS,CS), E5b (OS, SoL, CS) E6a (PRS), E6b/c (CS), E1a (PRS), E1b/c (OS, SoL, CS) 12

13 BeiDou ( 北斗 ) 開発 中国 衛星コンストレーション フェーズ I (-2012): 3 衛星 (GEO) フェーズ II (-2017): 14 衛星 (5 GEO, 5 IGSO, 4 MEO) フェーズ III (2017-): 35 衛星 (5 GEO, 3 IGSO, 27 MEO) 2015/3: 14 Sat (5 GEO, 5 IGSO, 4 MEO) 信号 Phae II: B1, B2, B3 Phae III: B1, B2, B3 (L1C, L5 GPS 互換?) 13

14 QZSS ( 準天頂衛星 ) 開発 日本 (JAXA, 内閣府 ) 衛星コンストレーション 1 衛星 (IOC), 4 衛星, 7 衛星 (FOC) 高度 : ~36,000km, 軌道傾斜角 : 43 離心率 : /9/11 みちびき 打上 信号 ( みちびき ) L1C/A, L1C, L2C, L5: GPS 互換 L1-SAIF, LEX: 補強 QZSS 衛星地上軌跡 (IS-QZSS 1.2) Michibiki ( 14

15 SBAS( 静止衛星型衛星航法補強システム ) システム開発運用 EGNOS MSAS ESA, EC, Euocontol 日本 国土交通省 WAAS US, DOT, FAA 2003/7-2009/10,- 2011/3- (SoL) 2007/9- SDCM ロシア 静止衛星 PRN 衛星 静止位置 135 Galaxy W 138 Anik F1R 107.3W 120 Inmaat-3 AOR-E 15.5W 124 Atemi 21.5E 126 Inmaat-3 IOR-W 25E 129 MTSAT-IR 140E 137 MTSAT-II 145E? Luch-5A 16E? Luch-5B 95E? Luch-4 167E GAGAN インド, AAI, ISRO GSAT-12? 15

16 SBAS サービスエリア (by GENEQ Inc.) 16

17 GNSS 衛星及び信号帯域 GNSS 衛星の数 システム GPS GLONASS 23 (+2) 24 (+3) 24 (+3) 24 (+3) Galileo (+3) BeiDou QZSS IRNSS SBAS 合計 L3 GNSS 信号周波数帯域 L5/E5a E5b L2 L2 E6/LEX L1/E1 L1 (Y.Yang, COMPASS: View on Compatibility and Inteopeability, 2009) 17

18 東京上空の GNSS 衛星配置 :20 GPST RTKPLOT によるスカイプロット GPS (12) GLONASS (8) Galileo (4) QZSS (1) BeiDou (10) SBAS (4) # Total (39) ( 仰角 >10 度 ) 18

19 GNSS 測位信号の構造 搬送波 コード データ in( 2ft C(t) D(t) ) 信号 2PC( t) D( t)in( 2ft ) 19

20 GNSS 測位信号の仕様 周波数 (MHz) コード 変調 データレート GNSS C/A BPSK (1) 50 bp GPS, QZSS 250 bp QZSS (L1-SAIF), SBAS L1/E P(Y) BPSK (10) 50 bp GPS L1C-d/p MBOC (6,1,1/11) -/100 bp GPS (IIIA-), Galileo L1C-d/p BOC (1,1) -/100 bp QZSS L K C/A BPSK 50 bp GLONASS L P(Y) BPSK (10) 50 bp GPS L2C BPSK (1) 25 bp GPS (IIRM-), QZSS L K C/A BPSK 50 bp GLONASS L5/E5a L5-I/Q BPSK (10) -/100 bp GPS (IIF-), QZSS E5a-I/Q BPSK (10) -/50 bp Galileo E5b E5b-I/Q BPSK (10) -/250 bp Galileo E6/LEX E6-I/Q BPSK (5) -/1000 bp Galileo LEX BPSK (5) 2000 bp QZSS 20

21 PRN( 疑似雑音 ) コード C/A コード生成 G1 生成 X 1 Epoch 10.23MHz /10 PRN Selecto Reet C/A G2 生成 C(t) 自己相関関数 1 相互相関関数 1 T 1 i i R( ) C ( t) C ( t ) dt T 0 (chip) -1 1 T 1 i j R( ) C ( t) C ( t ) dt T 0 0 (chip) ( i j) 21

22 GPS 航法データ サブフレーム ビット x 10ワード = 300 ビット (50bp x 6 秒 ) GPS 週 #, SV 精度及びヘルス, SVクロック,... エフェメリスエフェメリス Subfame 4 アルマナック及びヘルス SV 25-32, 電離層 /UTC,... Subfame 4 アルマナック及びヘルス SV 1-24,... ページ 1-25 ページ 1-25 プリアンブル サブフレーム 24 ビット 6 ビット TLM P HOW P P P P P P P P P TOW カウント (x 6 秒 ) ID 22

23 GNSS 測位の原理 ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ) ( ),...,,, (, ), ( T T T T T T T m m m m m m T I cdt cdt T I cdt cdt T I cdt cdt T I cdt cdt P P P P cdt e e e e H x h y x m ˆ ˆ ˆ (, ) ˆ ˆ ( ) ( ( )) T T T T cdt x x H H H y h x 受信機位置 + 受信機クロック 23 受信機衛星距離受信機クロック衛星クロック疑似距離

24 GNSS 受信機 市販受信機 : $20 - $30,000 SiRF, u-blox, Gamin, Hemiphee, Timble, Leica, Topcon, NovAtel, JAVAD, Magellan,... 自作 GPS 受信機 : $400 24

25 GNSS 受信機の構造 アンテナ ベースバンド処理 測位解 (NMEA) L1 RF フロントエンド L2 RF フロントエンド 基準信号発振器 受信機クロック 受信機処理 航法処理 生観測データ ( 疑似距離 搬送波位相 航法データ ) 25

26 RF フロントエンド アンテナ ダウンコンバータ 1 段 ダウンコンバータ 2 段 中間周波数 BPF BPF BPF AGC ADC RF 処理 周波数生成 ベースバンド処理 基準信号発振器 26

27 ベースバンド処理 I /Q サンプリング 相関器 I E RF フロントエンド I 0 I P I L Ic Qc Q 0 Q E Q P Q L 受信機処理 周波数 NCO コード NCO C E C P C L E,P,L 基準コード生成器 基準信号発振器 受信機クロック 27

28 コード / 搬送波追尾 ベースバンド処理 距離 CH1 コード NCO Δt,Δf C E,P,L DLL 疑似距離 CDφ CDφ IF CD I,Q Coelato 相関器 Σ RF フロントエンド φ I,Q 搬送波 NCO PLL/FLL Δφ,Δf 搬送波位相, ドップラ, 航法データ 28

29 受信機 / 航法処理 受信機処理 信号捕捉 : ドップラ / コード位相探索 コード追尾 : DLL (Delay Lock Loop) 搬送波追尾 : PLL/FLL (Phae/Feq Lock Loop) 航法データ再生 ( エフェメリス,...) 疑似距離 搬送波位相生成 航法処理 測位アルゴリズム ( 単独, DGPS, SBAS, RTK,...) 座標変換 入出力メッセージ処理 (NMEA, RTCM,...) 29

30 RTKLIB の位置付け GNSS 受信機 航法処理 を外部計算機上で実装 複数 GNSS 複数信号のサポート 各種測位アルゴリズムのサポート リアルタイム及び後処理 各種入出力メッセージ / ファイルのサポート 可搬性 :PC または組込計算機 GNSS 受信機 受信機処理 は含まれていない 別途 GNSS 受信機が必要 処理には 生観測データ を出力する受信機または出力された 生観測データ が必要 30

31 (2) RTKLIB の概要と導入 31

32 実習用プログラムのインストール USB メモリの以下ディレクトリをディレクトリごと自分のノート PC の適当な場所にコピー emina_2015 tklib_2.4.2p11 ample1... googleeath USB メモリが使えない場合以下からダウンロード 32

33 RTKLIB OSS GNSS 測位解析パッケージ 開発開始 : 2006 年 現行バージョン : ve p11 ライセンス : BSD 2-claue API + AP オールインワンパッケージ Window : GUI AP その他 : CUI (CLI) AP ダウンロード o 33

34 RTKLIB: 応用例 RTK 基準点 Y. Ohta et al., Quai eal-time fault model etimation fo nea-field tunami foecating bae on RTK-GPS analyi: Application to the 2011 Tohoku-Oki eathquake (Mw 9.0), JGR-olid eath, 2012

35 RTKLIB: 履歴 2006/4 v 初期バージョン (RTK+C 講義用 ) 2007/1 v 単機能後処理基線解析 AP 2008/7 v 後処理 AP 追加 2009/1 v リアルタイム AP 追加 NTRIP サポート OSS 配布開始 2009/5 v RTCM, NRTK サポート, 受信機追加 2009/12 v GLONASS サポート, 受信機追加 2010/8 v PPP 長基線 RTK サポート, 受信機追加 2011/6 v QZSS サポート, 受信機追加 2013/4 v Galileo, BeiDou サポート追加 2015/4 v p11 ( 各種バグ修正 ) 35

36 RTKLIB: 特徴 GNSS 衛星による標準及び高精度測位 : GPS, GLONASS, QZSS, Galileo, BeiDou and SBAS リアルタイム及び後処理測位モード : Single, SBAS, DGPS, RTK, Static, Moving-bae and PPP 標準フォーマット / プロトコル及び受信機サポート : RINEX 2/3, RTCM 2/3, BINEX, NTRIP 1.0, NMEA0183, SP3, RINEX CLK, ANTEX, NGS PCV, IONEX, RTCA-DO-229, EMS, NovAtel, JAVAD, Hemiphee, u-blox, SkyTaq, NVS, リアルタイム通信 : シリアル, TCP/IP, NTRIP 及びファイル 36

37 RTKLIB: パッケージ構造 RTKLIB c : RTKLIBライブラリソースプログラム cv : GNSS 受信機依存ソースプログラム bin : Window 用実行形式バイナリおよびDLL data : サンプルデータ app : APビルド環境 tknavi : RTKNAVI (GUI) tknavi_mkl : RTKNAVI_MKL (GUI) tv : STRSVR (GUI) tkpot : RTKPOST (GUI) tkpot_mkl : RTKPOST_MKL (GUI) tkplot : RTKPLOT (GUI) tkconv : RTKCONV (GUI) ctblbow : NTRIP ouce table bowe (GUI) tkcv : RTKRCV (CLI) nx2tkp : RNX2RTKP (CLI) po2kml : POS2KML (CLI) convbin : CONVBIN (CLI) t2t : STR2STR (CLI) appcmn : GUI AP 共通ルーチン icon : アイコンデータ mkl : Intel MKLライブラリ (C++ Builde 用 ) tet : テストプログラムおよびデータ util : ユーティリティ doc : 文書ファイル 37

38 RTKLAUNCH (AP ランチャ ) 以下ファイルダブルクリック... emina_2015 tklib_2.4.2p11 bin tklaunch.exe RTKPLOT STRSVR NTRIPBR RTKGET RTKCONV RTKPOST RTKNAVI デスクトップにショートカット作成 38

39 RTKLIB AP (1) AP ランチャ (2) リアルタイム測位 (3) 通信サーバ (4) 後処理測位 (5) RINEX 変換 (6) GNSS データ 測位解プロット (7) GNSS データダウンローダ (8) NTRIP ブラウザ 機能 GUI AP (Window) CUI AP RTKLAUNCH (3.1) - RTKNAVI RTKRCV (3.2, 3.3, 3.5) (3.11, A.1) STRSVR, STR2STR (3.3) (3.11, A.5) RTKPOST RNX2RTKP (3.4, 3.5) (3.11, A.2) RTKCONV CONVBIN (3.6) (3.11, A.4) RTKPLOT (3.7, 3.8) - RTKGET (3.9) - NTRIPBROWS (3.10) - () マニュアル章番号 39

40 RTKLIB: GUI AP (Window) RTKPLOT RTKNAVI STRSVR RTKGET NTRIPSRCBROWS RTKPOST RTKCONV 40

41 RTKLIB: 受信機サポート 形式 GPS 生観測データ GLONASS 生観測データ GPS エフェメリス データメッセージ GLONASS エフェメリス ION/UTC パラメータ アンテナ情報 SBAS メッセージ RTCM v.2.3 Type 18, 19 Type 18, 19 Type Type 3, 22 - RTCM v.3.1 NovAtel OEM4/V/6, OEMSta NovAtel OEM3 NovAtel Supeta II u-blox LEA-4T, LEA-5T Hemiphee Cecent, Eclipe SkyTaq S1315F JAVAD (GRIL/GREIS) Fuuno GW10 II Type 1002, 1004 RANGEB, RANGECMPB RGEB, RGED Type 1010, 1012 RANGEB, RANGECMPB RAWEPHEMB Type 1019 Type GLO- EPHEMERISB Type 1005, 1006, 1007, 1008, 1033 IONUTCB - - RAWWAAS- FRAMEB その他 Type 1, 9, 14, 16 SSR coection - REPB - IONB, UTCB - FRMB - ID#23 - ID# ID#67 UBX RXM-RAW - UBX RXM-SFRB - UBX RXM-SFRB - UBX RXM-SFRB bin 96 - bin 95 - bin 94 - bin 80 - mg 0xDD (221) [R*],[*],[*R], [*],[P*],[p*], [*p],[d*],[*d], [E*],[*E],[F*] - [R*],[*],[*R], [*],[P*],[p*], [*p],[d*],[*d], [E*],[*E],[F*] mg 0xE0 (224) [GE],[GD], [gd] - [NE],[LD] mg 0xE0 (224) [IO],[UO], [GD] [WD] - ID#20, #21 - mg 0xDC (220) [~~],[::],[RD], [SI],[NN],[TC], QZSS Data, Galileo Data mg 0x08 - mg 0x24 - mg 0x26 - mg 0x03 mg 0x20 41

42 RTKLIB: 参照文書 tklib_2.4.2/doc/manual_2.4.2.pdf 42

43 RTKLIB 例題 (1) RTKPLOT 起動 以下メニュー実行 : File - Open Ob Data... emina_2015 ample1 javad1_ ob RTKLIB - RTKPLOT JAVAD DELTA 受信機 Acknowledgment: Sample data wee captued by JAVAD DELTA eceive povided by JAXA 43

44 RTKLIB 例題 (2) 衛星 ID Gnn: GPS Rnn: GLO Enn: GAL Jnn: QZS 1nn: SBAS 観測データ : Cycle-Slip : Paity Unknown エフェメリス : Toe 赤 : unhealthy 44

45 RTKLIB 例題 (3) スカイプロット 可視衛星数及び DOP 45

46 RTKLIB 例題 (4) RTKPLOT - Option 観測データ設定測位解オプション共通オプション 46

47 RTKLIB 例題 (5) RTKCONV 実行 入力データの設定 emina_2015 ample3 oemv_ gp "Convet..." ボタン押下 RINEX データ確認 "Poce..." ボタン押下 RTKPOST 起動 "Option..." ボタン押下 RTKCONV RTKPOST 47

48 RTKLIB 例題 (6) Setting1 RTKPOST - Option Output 48

49 RTKLIB 例題 (7) "Execute" ボタン押下 "Plot..." ボタン押下 RTKPLOT 起動 "Poition" o "NSat" 選択 RTKPOST RTKPLOT (Gnd Tk) RTKPLOT (Poition) RTKPLOT (NSat) 49

50 (3) RTKLIB の基本操作 50

51 RTKLIB の基本操作 RTKPLOT RTKCONV STRSVR RTKPOST NTRIPBROWS RTKNAVI RTKGET 51

52 (4) GNSS 測位の基礎 52

53 疑似距離 定義 : P c c( t t ) (m) The peudo-ange (PR) i the ditance fom the eceive antenna to the atellite antenna including eceive and atellite clock offet (and othe biae, uch a atmopheic delay) (RINEX 2.10) 衛星 t t 衛星時刻 () 受信機 t 受信機時刻 () 53

54 搬送波位相 定義 : N (cycle) 受信信号搬送波 :... actually being a meauement on the beat fequency between the eceived caie of the atellite ignal and a eceive-geneated efeence fequency. (RINEX 2.10) ( t ) 局発基準周波数 : ( t ) 搬送波ビート周波数 : N 54

55 コード測位 v 搬送波測位 観測量 標準測位 ( コード測位 ) 高精度測位 ( 搬送波測位 ) 疑似距離 ( コード ) 搬送波位相 + 疑似距離 受信機ノイズ 30 cm 3 mm マルチパス 30 cm - 30 m 1-3 cm 感度高感度 (C/N0<15dBHz) 低感度 (C/N0>35dBHz) 連続性 - サイクルスリップ アンビギュイティ - 推定 /AR 受信機価格安価 (~$100) 高価 (~$20,000) 精度 (RMS) 3 m (H), 5 m (V) ( 単独 ) 1 m (H), 2 m (V) (DGPS) 5 mm (H), 1 cm (V) ( 静止 ) 1 cm (H), 2 cm (V) (RTK) 応用航法, 時刻,... 測量, 地図,... 55

56 疑似距離モデル P c c( t t ) c(( t dt) ( t dt )) c( t t ) c( dt dt ) P ( I T ) c( dt dt ) P c( dt dt ) I T P (1) (2) (3) (4) (5) (2) 受信機 P (3) 衛星クロック (1) 幾何学距離 (4) 電離層遅延 (5) 対流圏遅延 (6) クロック受信機 (6) マルチパス + 受信機雑音 56

57 搬送波位相モデル (1) 搬送波位相 : ( t ) ( t ) N ( f ( t dt t ) ) ( f ( t dt t ) ) N 0,0 0 0 c c ( t t ) ( dt dt ) (,0 0 N ) c( t t ) c( dt dt ) ( N ),0 0 c( dt dt ) I T B d (, 0 ( t0), 0 ( t0)) (cycle) (m) 疑似距離 : 搬送波位相バイアス P c( dt dt ) I T P 補正項 57

58 搬送波位相モデル (2) 搬送波位相バイアス : B d 補正項 :, 0 0 N,0 0 pw el N T T T d, pco e, enu E at ecef d pco e d, pcv d pcv ddip e, enu d d, pco d, pcv d pco d pcv d dip d pw d el : 整数アンビギュイティ : 受信機初期位相 : 衛星初期位相 d (m) (cycle) : Receive Antenna Phae Cente Offet : Receive Antenna Phae Cente Vaiation : Satellite Antenna Phae Cente Offet : Satellite Antenna Phae Cente Vaiation : Site Diplacement : Phae Wind-up Effect : Relativitic Effect 58

59 幾何学距離信号受信時 ) ( t 信号送信時 ) ( t ) ( ) ( ) ( ) ( t t t t U U ) ( )) ( ( ) ( e z t t t t R c x y y x t t e ) ( ) ( ) ( (1) (2) ) ( ) / ( ) ( e z t c t R (3) (4) ) ( / t dt c P t t サニャック効果補正信号伝搬時間幾何学距離 e 59

60 LOS (Line-of-Sight) ベクタ LOS ベクタ : e, e, enu E ecef enu e ( e e, en, eu ) T W U LOS Vecto El Az N E ecef enu in in co co co co in in co in 0 co in S N E 衛星方位角 仰角 : Az El ATAN 2( e acin e u e, e n ) W E S 60

61 誤差源及び DOP 誤差源 エフェメリス /SV クロック誤差 電離層モデル誤差 対流圏モデル誤差 マルチパス 受信機雑音 その他誤差 S/A (Selective Availability) 衛星 - 受信機幾何学配置 DOP (Dilution of Peciion) 61

62 エフェメリス /SV クロック誤差 2004/4/1-4/7 (PRN08) エフェメリス誤差 2009/4/1-4/7 (PRN08) SV クロック誤差 62

63 GPS SIS-URE L.S.Steine, GPS Pogam Update to CGSIC 2010, Sep 21,

64 Iono-Delay Eo (m) Iono-Delay (m) 電離層モデル誤差 15 Zenith Ionopheic Delay (L1) at TSKB 2004/11/03-11/ /3 11/4 11/5 11/6 11/7 11/8 11/9 11/10 Klobucha Model IGS TEC Final 64

65 対流圏モデル誤差 ZTD (Zenith Total Delay) at TSKB 2009/1/1-2009/1/ /7/1-2009/7/31 Saatamoinen Model Etimated by PPP 65

66 マルチパス 壁面反射波 測量用アンテナ 直接波 NovAtel GPS-702-GG 一般アンテナ GPS アンテナ 地上反射波 u-blox ANN-MS 66

67 DOP GDOP, PDOP, HDOP, VDOP GDOP PDOP HDOP VDOP q q q q ee ee ee uu q q q nn nn nn q q uu uu q tt Q T ( H H ) 1 q q q q ee ne ue te q q q q en nn un tn q q q q eu nu uu tu q q q q et nt ut tt H e e e T 1, enu T 2, enu T m, enu # of atellite = 5 # of atellite = 7 # of atellite = 27 GDOP=33.4 PDOP=25.9 HDOP=8.1 VDOP=24.7 GDOP=2.5 PDOP=2.1 HDOP=1.2 VDOP=1.8 GDOP=1.2 PDOP=1.0 HDOP=0.5 VDOP=0.9 67

68 単独測位誤差 1999/1/1 24h, TSKB 2001/1/1 24h, TSKB RMS Eo: E: 21.51m N: 33.81m U: 59.65m 100m RMS Eo: E: 2.02m N: 4.10m U: 5.70m 100m 2004/1/1 24h, TSKB 2009/1/1 24h, TSKB RMS Eo: E: 1.73m N: 2.51m U: 4.24m 10m RMS Eo: E: 1.10m N: 1.44m U: 3.92m 10m 68

69 DGPS ( ディファレンシャル GPS) ディファレンシャルGPS/GNSS 座標が既知の固定基準局 衛星毎疑似距離補正量 (PRC) 補正情報のユーザへの放送 受信機依存以外の誤差項の消去 DGPSサービス 衛星経由 DGPS: OmniSTAR, SkyFix, StaFix 海上 DGPS: 海上保安庁 ( 中波ビーコン ) 国内 DGPS: VHF/FM, 携帯網, インターネット 69

70 RTCM SC-104 RTCM 2.3 RTCM 3.1 Type Meage Type Meage 1 Diffeential GPS Coection 1001 L1-Only GPS RTK Obevable 3 GPS Refeence Station Paamete 1002 Extended L1-Only GPS RTK Obevable 10 P-Code Diffeential Coection 1003 L1&L2 GPS RTK Obevable 11 C/A-Code L1, L2 Delta Coection 1004 Extended L1&L2 GPS RTK Obevable 17 GPS Ephemeide 1005 Stationay RTK Refeence Station ARP 18 RTK Uncoected Caie Phae 1006 Stationay RTK Ref. Stn. ARP with Hgt. 19 RTK Uncoected Peudoange 1007 Antenna Decipto 20 RTK Caie Phae Coection 1008 Antenna Decipto & Seial Numbe 21 RTK Peudoange Coection 1013 Sytem Paamete 22 Extended Refeence Station Paamete 1014 Netwok Auxiliay Station Data 23 Antenna Type Definition Recod 1015 GPS Ionopheic Coection Diffeence 24 Antenna Refeence Point (ARP) 1016 GPS Geometic Coection Diffeence 59 Popietay Meage 1019 GPS Ephemeide RTCM: The Radio Technical Commiion fo Maine Sevice 70

71 誤差バジェット 誤差源 エフェメリス誤差 SV クロック誤差 単独測位 1.0 m DGPS (BL=100km) 0.1 m 0.0 m SBAS DGPS 0.1 m 電離層モデル誤差 1.5 m 0.2 m 0.2 m 対流圏モデル誤差 0.3 m 0.1 m 0.3 m マルチパス 1.0 m 1.2 m 1.0 m S/A 0.0 m 0.0 m 0.0 m 受信機雑音 0.3 m 0.3 m 0.3 m UERE 2.1 m 1.3 m 1.1 m HDOP/VDOP 水平 / 垂直誤差 (RMS) 3.2 m 5.3 m 2.0 m 3.3 m 1.7 m 2.8 m 71

72 DGPS (SBAS) 単独測位 RMS Eo: E: 1.02m N: 1.36m U: 4.00m SBAS DGPS (MSAS) RMS Eo: E: 0.43m N: 0.57m U: 1.21m 10m (2007/10/16 24h, Antenna: NovAtel GPS-702-GG, Receive: u-blox AEK-4T (aw), Poceing S/W: RTKLIB 2.1.0, All Coection=ON, Ranging=ON) 72

73 PPP ( 精密単独測位 ) 特長 単独受信機 ( 基準点不要 ) 多数点の解析効率 精密暦 ( 高精度軌道クロック ) 典型的には後処理 近年リアルタイム 応用 GPS 地震計 GPS 気象学 LEO 衛星のPOD ( 高精度軌道決定 ) 高精度時刻比較 73

74 キネマティック PPP v スタティック PPP キネマティック PPP Station: IGS CONZ スタティック PPP Station: GEONET cm 2010/2/27 6:28-6:45 GPST Inteval: /1/1-2009/12/31 Inteval: 1day 5cm 74

75 標準データフォーマット RINEX (Receive Independent Echange) テキストベース標準 GNSS データファイル形式 後処理解析用 RINEX タイプ OBS: 観測データ NAV: 航法データ, (GNAV: GLONASS, HNAV: SBAS) MET: 気象データ CLK: クロックプロダクト RINEX バージョン ve. 2 (2.10, 2.11, 2.12), ve. 3 (3.00, 3.01, 3.02) 75

76 RINEX OBS 2.10 OBSERVATION DATA M (MIXED) RINEX VERSION / TYPE RTKCONV UTC PGM / RUN BY / DATE MARKER NAME MARKER NUMBER OBSERVER / AGENCY REC # / TYPE / VERS ANT # / TYPE APPROX POSITION XYZ ANTENNA: DELTA H/E/N 1 1 WAVELENGTH FACT L1/2 8 C1 L1 D1 S1 P2 L2 D2 S2 # / TYPES OF OBSERV GPS TIME OF FIRST OBS GPS TIME OF LAST OBS END OF HEADER Receive Time Tag G 6G23G16G19G21G13G 3G31S29S G 6G23G16G19G21G13G 3G31S29S Type of OBS C,P*: Peudoange L*: Caie-phae D*: Dopple Feq S*: CN0 (dbhz) Satellite Lit nn, Gnn: GPS Rnn: GLONASS Jnn: QZSS Enn: Galileo Snn: SBAS 76

77 RINEX NAV 2.10 N: GPS NAV DATA RINEX VERSION / TYPE RTKCONV UTC PGM / RUN BY / DATE E E E E+00 ION ALPHA E E E E+00 ION BETA E E DELTA-UTC: A0,A1,T,W 15 LEAP SECONDS END OF HEADER E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E PRN Toc SV_clock_bia SV_clock_dift SV_clock_dift_ate IODE C Delta_n M0 Cuc e Cu qt(a) Toe Cic OMEGA Ci i0 Cc omega OMEGA_DOT IDOT Code_on_L2_ch GPS_Week_# L2_P_data_flag SV_accuacy SV_health TGD IODC Tan_Time Fit_inteval pae pae 77

78 精密暦 高精度衛星軌道クロック 後処理またはリアルタイム 全世界の基準局網データを解析 フォーマット : 軌道 : NGS SP3 クロック : NGS SP3 o RINEX Clock 拡張 内容 : 軌道 : 衛星 ECEF 位置 (CoM) クロック : 衛星及び基準局クロックバイアス 78

79 IGS: 国際 GNSS 事業 Data (GPS/GLONASS Raw, Ephemei,...) Analyi Cente (AC) CODE NRCan Global Data Cente CDDIS SIO IGN KASI ESOC GFZ SIO USNO ACC... JPL MIT NOAA... GNAAC Poduct (Satellite Obit/Clock, Station Po/Vel, ERP, Atmo,...) Regional DC Tacking Netwok RNAAC Ope. DC 79

80 IGS プロダクト 最終暦 (IGS) 速報暦 (IGR) 超速報暦 (IGU) 観測値 予報値 放送暦 軌道 ~2.5 cm ~2.5 cm ~3 cm ~5 cm ~100 cm 精度 クロック ~75p RMS ~20p STD ~75p RMS ~25p STD ~150p RMS ~50p STD ~3 n RMS ~1.5 n STD ~5 n RMS ~2.5 n STD レイテンシ 日 時間 3-9 時間 リアルタイム リアルタイム 更新頻度 毎週火曜日 毎日 17 UTC 03, 09, 15, 21 UTC 03, 09, 15, 21 UTC - 間隔 軌道 15 分 15 分 15 分 15 分日毎 クロック 衛星 : 30 秒 5 分 15 分 15 分日毎局 : 5 分 (2009/8, 80

81 (5) RTKPOST による単独測位 (1) 81

82 RTKPOST による単独測位 (1) RTKCONVによる受信機ログのRINEX 変換 RTKPLOTによる観測データ解析 RTKPOSTによる単独測位 RTKPLOTによる測位解プロット Google Eathによる測位解表示 RTKCONVオプション RTKPOSTオプション RTKPLOTオプション 82

83 (6) RTKPOST による単独測位 (2) 83

84 RTKPOST による単独測位 (2) RTKGETによる精密暦ダウンロード RTKPLOTによる観測データ解析 RTKPOSTによる精密単独測位 RTKPLOTによる測位解プロット RTKGETオプション RTKPOSTオプション 84