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1 RTK-GPS/GLONASS における 受信機間 inter-channel bias の calibration とその評価 東京海洋大学山田英輝

2 発表内容 研究の背景と目的 バイアス較正実験概要 実験結果及び考察 RTK 測位への適用 まとめ

3 移動体 RTK 測位結果 ( 周波 + 瞬時 AR) Only GPS Fix solution: 5 % Float solution: 4 % NovAtel - NovAtel NovAtel - JAVAD GPS + GLONASS Fix solution: 4 % Float solution: 57 % GPS + GLONASS Fix solution: % 仰角マスク 度以上の衛星はすべて使用している 異機種受信機間の RTK-GPS/GLONASS 測位においても Fix 解が得られることが課題である

4 Inter-channel bias アンテナの LNA ケーブル 受信機 RF のフィルタ回路内の配線や素子を通過するときに回路遅延 ( 時間 ) が生じる また この遅延は 入力した信号の周波数によって異なる ( 群遅延 ) GLONASS では コードやキャリア観測値に この遅延量が残る (Inter-channel bias または Inter-frequency bias) 機種依存 同機種間二重差では 理論的にはこのバイアスは小さい 実際には存在するが 測位に重大な影響は与えていない 異機種では 同機種の場合が当てはまらないことが指摘されている

5 研究の背景と目的 様々な受信機間のバイアスが周波数に対してどのように変動をするのか? GLONASS チップレート :GPS の / 異機種間測位で Fix しない原因は ハードウェアバイアスそれともマルチパスが問題か? 本研究では 4 社の受信機間の Inter-channel bias を定量的に調べて 各 GLONASS 信号周波数に対するバイアスの変動について比較 評価を行うことを目的とする

6 バイアス較正実験概要 周波 GLONASS 対応受信機 GPS/GLONASS Antenna JAVAD(LEGACY) NovAtel (ProPak-V-RT-G) Receiver A Antenna Splitter Receiver B Topcon(NET-G) Trimble(R7GNSS) Receiver C Receiver D アンテナ :Trimble (Zephyr ) 同一アンテナ分配器で接続 9// 日間 (Hz) 取得したコード観測値から二重位相差を取る 時間平均より コードバイアスが得られる

7 L バイアス NovAtel - Trimble NovAtel - Topcon NovAtel - JAVAD m m m m JAVAD - Trimble m JAVAD - Topcon m Topcon - Trimble m

8 NovAtel - Trimble L バイアス NovAtel - Topcon NovAtel - JAVAD m - m - m JAVAD - Trimble JAVAD - Topcon Topcon - Trimble m - m - m

9 RTK 測位への適用 ( 観測モデル ) Φ P GLONASS 二重差観測方程式 λ = ρ i = ρ i i j j ( φ φ ) λ ( φ φ ) i i j j ( p p ) ( p p ) u u b p i b + ( λb + ε i u j i u λb バイアス補正した方程式 j b b ) + ε φ d Inter-channel bias ( 二重差 ) = ( i i) ( j j d d d d ) u 基準衛星が変化したときの対応は必要 b u b Φ P ' ' = =Φ P + + d d

10 RTK-GPS/GLONASS 測位への適用 ( 初期評価 ) 評価の目的 : 校正したバイアスによる補正効果を調べる バイアス補正なしの Fix 率,ratio ( ゼロ基線, 受信機の組み合わせは 6 パターン, 約 4 時間解析 ) バイアス補正ありの測位結果,Fix 率 ( 基線長 m,novatel Target receiver, 時間解析 ) Data processing Elevation mask angle Frequency Positioning mode AR method Software 9// 5 (deg) Dual frequency measurements Instantaneous AR LAMBDA/MLAMDA, ratio test(threshold:) MATLAB Fix 解 : アンビギュイティ決定後 AR 検定を通過した解 閾値は 以上とする

11 4 8 6 アンビギュイティ検定の Ratio 値 JAVAD - Topcon Results of Ambiguity Ratio Test /: RATIO=.% RATIO MEAN=7. (H/W バイアス補正前 ) Ratio 平均値 :7. Ambiguity ratio JAVAD - Trimble Results of Ambiguity Ratio Test /: RATIO=4.% RATIO MEAN=8.7 Ratio 平均値 :8.7 Ambiguity ratio Trimble - Topcon Results of Ambiguity Ratio Test /: RATIO=5.% RATIO MEAN=.8 Ratio 平均値 : x 4 Ambiguity ratio NovAtel - JAVAD Results of Ambiguity Ratio Test /: RATIO=.5% RATIO MEAN=8.6 Ratio 平均値 : x 4 Ambiguity ratio x NovAtel -Topcon Results of Ambiguity Ratio Test /: RATIO=4.4% RATIO MEAN=.5 Ratio 平均値 : Ambiguity ratio x 4 NovAtel - Trimble Results of Ambiguity Ratio Test /: RATIO=7.% RATIO MEAN=7.9 Ratio 平均値 : x 4

12 (MP + H/W biases) correction..5 RTK POSITION ERROR (FIX) : BASELINE=.km RATIO=87.6% RMSE : E:.m N:.5m U:.7m NovAtel Trimble (H/W バイアス補正後 )..5 H/W biases correction RTK POSITION ERROR (FIX) : BASELINE=.km RATIO=86.% RMSE : E:.m N:.5m U:.7m cm Fix 率 : 87.6% cm Fix 率 :86.% MP correction RTK POSITION ERROR (FIX) : BASELINE=.km RATIO=.% RMSE : E:.7m N:.47m U:.4m No correction RTK POSITION ERROR (FIX) : BASELINE=.km RATIO=.% RMSE : E:.8m N:.45m U:.8m cm Fix 率 :.% cm Fix 率 :.%

13 (MP + H/W biases) correction..5 RTK POSITION ERROR (FIX) : BASELINE=.km RATIO=98.% RMSE : E:.6m N:.m U:.99m NovAtel Topcon (H/W バイアス補正後 )..5 H/W biases correction RTK POSITION ERROR (FIX) : BASELINE=.km RATIO=9.4% RMSE : E:.6m N:.m U:.m cm Fix 率 :98.% cm Fix 率 :9.4% MP correction RTK POSITION ERROR (FIX) : BASELINE=.km RATIO=6.% RMSE : E:.m N:.9m U:.9m No correction RTK POSITION ERROR (FIX) : BASELINE=.km RATIO=56.% RMSE : E:.m N:.9m U:.4m cm Fix 率 :6.% cm Fix 率 :56.%

14 (MP + H/W biases) correction..5 RTK POSITION ERROR (FIX) : BASELINE=.km RATIO=.% RMSE : E:.6m N:.4m U:.7m NovAtel JAVAD (H/W バイアス補正後 )..5 H/W biases correction RTK POSITION ERROR (FIX) : BASELINE=.km RATIO=7.% RMSE : E:.6m N:.5m U:.6m cm Fix 率 :.% cm Fix 率 :7.% MP correction RTK POSITION ERROR (FIX) : BASELINE=.km RATIO=66.% RMSE : E:.m N:.m U:.m No correction RTK POSITION ERROR (FIX) : BASELINE=.km RATIO=6.% RMSE : E:.m N:.m U:.m cm Fix 率 :66.% cm Fix 率 :6.%

15 RTK-GPS/GLONASS 測位結果 H/W バイアス補正効果 RTK-GPS/GLONASS における受信機間相性比較 Fix rate (% ) NovAtel-Trimble NovAtel-Topcon no correction MP correction H/W bias correction NovAtel- Trimble NovAtel- Topcon NovAtel- JAVAD Trimble- Topcon JAVAD- Trimble JAVAD- Topcon ゼロ基線, バイアス補正なし,4 時間解析 Fix rate (%) m 基線, 時間解析

16 まとめ 受信機の多くは バイアスは周波数に対して 非線形の傾向をとることがわかった ただし L バイアスは数 cm 以内であった また 較正したバイアスによる補正効果を確認できた JAVAD,Topcon 受信機は 比較的 他の受信機との相性がいい 一方 NovAtel 受信機と異機種ではバイアス補正が必要不可欠であることがわかった

17 今後 バイアステーブル作成 バイアス較正の精度向上 温度特性 ドップラー周波数との関係 キャリアバイアスの抽出

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