Microsoft PowerPoint - 資料2_衛星系、受信機及びGNSS解析ソフトウェアの技術仕様調査業務

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さやなとみもと
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1 資料 2 第 2 回マルチ GNSS による高精度測位技術の開発に関する委員会衛星系受信機及び GNSS 解析ソフトウェアの技術仕様調査業務平成 23 年 12 月 19 日日本電気株式会社 1

2 目次 1. 衛星系の調査各測位衛星系の整備スケジュール各衛星系の最新状況時系座標系軌道等のサマリ 2.IGS 動向調査 3. 受信機の調査調査対象受信機と調査項目 4. 解析ソフトウェアの調査 Bernese GAMIT のマルチ GNSS 対応 RTKLIB の調査 5. 調査のための情報収集 ION-GNSS2011 での最新情報調査結果サマリ 2

3 1. 衛星系の調査 : 各測位衛星系の整備スケジュール ~ GPS 30 機で運用中 FOC (24 機 ) 1 st L1C Sat. L2C FOC L5 FOC 2026 年 L1C FOC GLONASS GLONASS-K1* GLONASS-K2** CDMA で FOC(24 機 ) Galileo 2IOVs IOV 3 2 Galileo. and 4 IOC:18 機 FOC:30 機 QZSS みちびき L1C/A, L2C, L5, L1C, L1-SAIF, LEX 4 機体制将来的に 7 機体制 ( 開発整備運用は内閣府が行う ) Compass 10 機 Regional Service:14 機 Global Coverage: 35 機 IOC:Initial Operational Capability; FOC: Full Operational Capability; IOV: In-orbit validation; CDMA: Code Division Multiple Access( 符号分割多元接続 ); FDMA :Frequency-Division Multiple Access( 周波数分割多元接続 ) *: GLONASS-M signal + CDMA signal in L3(test); **: GLONASS-M signal + CDMA signals in L1, L2, and L3. 情報源 :ION 学会情報 2011 年 9 月 ; 宇宙開発戦略本部閣議決定 2011 年 9 月 3

4 1. 衛星系の調査 : 各衛星系の最新状況 ~2011 前半 2011 後半 GPS BlockIIA(10 機 ) BlockIIR(12 機 ) BlockIIR-M(7 機 ) BlockIIF(1 機 ) Block IIF(2 号機 ) 7 月計 8 機の打上予定. 9 月 Block IIF. 1 st L1C Sat. GLONASS 27 機が軌道上 (23 機がオペレーショナル 1 機がコミッション中 3 機がメインテナンス中 ) 10/3 11/4 11/28 GLONASSー M (1 機 3 機 1 機 ) 打上 2 月 GLONASS-K1 24 機で FOC(12/8) GLONASS-K2 Galileo GIOVE-A(2005 年 ) GIOVE-B(2008 年 ) 10/21* 2IOVs 打上 (*:2009 年の計画より約 1 年遅れ ) 7 月 IOV3 and 4 12 月 2 Galileo. IOC:18 機 QZSS 2010/9/11 みちびき打上 Compass MEO 1 機 GEO 4 機 IGSO 3 機 7/27 12/1 9 機目 10 機目 Regional Service:14 機情報源 :ION 学会情報 2011 年 9 月 ;GPSworld,2011 年 11 月 12 月 ; Inside GNSS, 3 Nov. 2009; 4

5 GPS 衛星数 (FOC) 軌道傾斜角 ( 度 ) 高度 (km) 軌道面数準拠座標系時系備考 WGS84 GPST (UTC(USNO) に準拠 ) GLONASS に準拠約 PZ90.02 (UTC(SU) +3hrs) Galileo 1. 衛星系の調査 : 時系座標系軌道等のサマリ Galileo Terrestrial Reference Frame (based on GRS80) GST (Galileo system time) FDMA から CDMA に移行中 QZSS 7*(TBD) *: 複数 QZS と静止衛星の組み合わせ 43 近地点高度 : 遠地点高度 : (QZS-1) Compass 14/35 55 MEO:21500 IGSO:36000 TBD MEO:3 IGSO:3 JGS( 日本衛星測位測地系 ) China Geodetic Coordinate System 2000(CGCS 2000) QZSST (UTC(NICT) に準拠 ) Beidou time (UTC(NTSC) に準拠 ; National Time Service Center of Chinese Academy of science 情報源 :ION 学会情報 2011 年 9 月 ;GLONASS ICD, 2008; Galileo ICD, 2010; IS-GPS200E, 2010; IS-QZSS1.3, 2011; 5

6 1. 衛星系の調査 :IGS プロダクトの公開情報精度間隔作成までにかかる時間備考最終暦 (IGS) 衛星位置 ~2.5 cm 毎木曜日 13から20 日衛星位置は15 分間隔で推定されているクロック ~75 ps RMS ~20 ps SDev 速報暦 (IGR) 衛星位置 ~2.5 cm 毎日 17:00UTC クロック ~75 ps RMS ~20 ps SDev 超速報暦 (IGU) 最初の 24 時間は IGS の観測された軌道次の 24 時間は観測された軌道から外挿された予報暦衛星位置 ~3 cm at 03, 09, 15, 21 UTC クロック ~150 ps RMS ~50 ps SDev 衛星位置 ~5 cm at 03, 09, 15, クロック ~3 ns RMS 21 UTC ~1.5 ns SDev hours クロックは 30 秒ごと衛星位置は15 分間隔で推定されているクロックは5 分ごと 3-9 hours 衛星位置は 15 分間隔で推定されているクロックも 15 分ごとリアルタイム GLONASS ~5 cm 毎木曜日最終暦のみ情報源 : 6

7 1. 衛星系の調査 : 公開情報衛星周波数間バイアス信号間バイアス衛星アンテナ位相中心太陽輻射圧モデル GPS (Bern 大学 ) (IGS,NGS) (IGS) GLONASS Galileo ( 航法データで放送 ) QZSS ( 航法データで放送 ) (IS-QZSS) Compass : 公開されている : 調査の範囲では公開されていない情報源 :ION 学会情報 GLONASS ICD, 2008; Galileo ICD, 2010; IS- GPS200E, 2010; IS-QZSS1.3, 2011; 7

8 2.IGS の動向調査プロダクト概要 11 の IGS 解析センタが独立に IGS データセットを解析し結果をコーディネータに渡しコーディネータが受けた結果を最終的に 1 つの IGS プロダクトを生成するプロダクトは前頁に掲げたような軌道クロック以外に IGS の Tracking Station 位置 EOP, 対流圏パラメータ等を公開しているリアルタイム暦の動向精度衛星位置クロック ~100 cm ~5 ns RMS RTPP( リアルタイムパイロットプロジェクト ) の活動を通じて RTCMver3 SSR *1 形式のメッセージとして NTRIP *2 を使ってインターネット上で放送され誰でも利用できるこの情報には GLONASS の精密軌道やクロックが含まれており GPS と GLONASS を組み合わせることにより測位精度の向上が ~2.5ns SDev 期待できるマルチ GNSS 観測計画 Call for Participation for the IGS Multi-GNSS Global Experiment (M-GEX) が IGS mail 6459 (2011. 年 8 月 31 日 ) でアナウンスされている IGS M-GEX の主目的は現在の IGS オペレーション (GPS と GLONASS のみ ) と同様なグローバルな GNSS 信号トラッキング実験を行うことにある新 GNSS 信号にフォーカスするのが目的新しい信号は GPS GLONASS の近代化した信号を含む COMPASS や QZSS SBAS もこれに含まれる Galileo の信号に関しては現在は GIOVE で代替する 2012 年 2 月 1 日実験開始予定 *1 SSR: State Space Representation *2 NTRIP:Networked Transport of RTCM via Internet Protocol 情報源 : 8

9 3. 受信機の調査下記のマルチ GNSS 受信機を対象として調査を実施中受信機メーカー JAVAD 社 Trimble 社 TOPCON 社調査対象受信機 DELTA-G3T ALPHA-G3T TRIUMPH-1 TRIUMPH-VS R8 GNSS BX98 GR-5 GR-3 NET-G3A Leica 社 GX1230+GNSS GS12 Novatel 社 DL-V3 主な調査項目は以下の通り受信可能な信号保存データ容量および内部メモリリアルタイムデータ配信プロトコルの有無データフォーマット市場価格 9

10 4. 解析ソフトウェアの調査 : Bernese GAMIT のマルチ GNSS 対応計画ソフトウェアマルチ GNSS 対応計画 Bernese 現状 Ver.5.0 で GPS と GLONASS に対応 GAMIT/ GLOBK 現状 Release10.4 で GPS と GLONASS に対応 Berneseの次のバージョンアップ (2011 年末リリース予定のVer.5.2) で予定される改良 Galileo, SBAS, Compass, および QZSS の2 周波ユーザ向けの処理 ( 準備完了しているがデータが揃わず試験が未完了 ) GNSS 依存の受信機アンテナ補正 GLONASS クロック推定の改良 GAMIT/GLOBKで予定されている改良調査中 10

11 4. 解析ソフトウェアの調査 :RTKLIB(ver.2.4.1) 処理説明外部入力 RINEX 2.10, 2.11, 2.12 OBS/NAV/GNAV/HNAV, RINEX 3.00 OBS/NAV, RINEX 3.00 CLK, RTCM v.2.3, RTCM v.3.1, NTRIP 1.0, RTCA/DO-229C *1, NMEA 0183 *2, SP3-c, IONEX 1.0, ANTEX 1.3, NGS PCV および EMS 2.0 *3 リアルタイム測位フロート解の算出整数アンビギュイティ決定電離層補正基線推定マルチGNSS 対応ローバおよび基準局からの生観測データによる OTF (On The Fly) アンビギュイティ決定による RTK-GPS 1 単独測位による初期近似解算出 2 二重差観測量を用いたカルマンフィルタによる相対測位 LAMBDA/MLAMBDA 法 RTK: 基線毎の電離層遅延をエポック毎に推定 PPP: 電離層フリー線形結合により電離層遅延消去単一基線のみ現在 GPS GLONASS SBAS QZSS を公式サポート Galileo を公式サポートへ ( 次の ver.2.5.0) 情報源 : 東京海洋大学高須先生へのヒアリング 2nd Asia Oceania Regional Workshop on GNSS 2010 *1 RTCA/DO-229C:SBASの規格 *2 NMEA0183:National Marine Electronics Associationによる規格 *3 EMS:EGNOS Message Server 11

12 タイトル講演者所属キーワード概要 Computation of a High- Precision GPS-Based Troposphere Product by the USNO GLONASS Inter-frequency Biases and Their Effects on RTK and PPP Carrier-phase Ambiguity Resolution Interchangeable Integration of GPS and GLONASS by using a Common System Clock in PPP Filling in the gap of RTK with Regional PPP GNSS Geodetic Reference Frames: Consistency, Stability and the Related Transformation Parameters 5.ION GNSS2011 での情報収集サマリ (1/2) S. Syram USNO N. Reussner T. Melgard C. Garcia M. Bahrami TU Dresden Fugro Seastar, Norway GMV, Spain University College, UK 精密補正情報対流圏周波数間バイアス複数衛星系精密測位サービスアルゴリズム精密測位サービスアルゴリズム準拠座標系 GPS, GLONASS USNO が 2011 年 7 月から作成している IGS 高精度対流圏遅延量推定値 (IGS Final troposphere Product) に関する発表 GLONASS の Code, Carrier 観測データそれぞれに含まれる IFB の特徴とそれらの RTK および PPP それぞれでのアンビギュイティ除去への影響について GPS と GLONASS との共通時計という概念を導入し複数衛星系を使用した測位に必要な最低衛星数を単独衛星系の場合と同じ4 機とするという内容 RTK と PPP との中間として観測点網が PPP よりは狭い範囲ですみ RTK よりは広域にサービスを提供しようとする Regional PPP を提案したもの GPS および GLONASS の準拠座標系の ITRF(IGS05) に対する一貫性の評価結果に関する発表 12

13 タイトル講演者所属キーワード概要 Statistical Characterization of GLONASS Signal-in-Space Errors Differential Integer Ambiguity Fixing with Soft Baseline Constraints and Kalman Filtering for RTK Triple-Frequency Phase-only Algorithm for Modernized GPS Kinematic Positioning PRECISIO Design, Development and Testing of a Multi-constellation, Multifrequency Software Receiver Development of Triple Frequency Based Ionosphere Correction for Software GNSS Receiver 5.ION GNSS2011 での情報収集サマリ (2/2) L. Heng P. Henkel F-Y. Chu W. Roberts S-J. Ko Stanford Univ. Technical University Munich National Cheng Kung Univ., Taiwan Nottingha m Scientific Ltd. University of FAF Munich 軌道精度 GLONASS Ambiguity アルゴリズム RTK 3 周波線形結合マルチ対応受信機 3 周波電離層補正 2009 年 ~2011 年 8 月までの放送暦および精密暦を使用した GLONASS の SIS URE の統計的な特性評価結果に関する発表クロック誤差は評価から除外基線長および 2 受信機間の相対的位置関係の事前知識を利用することによりアンビギュイティ算出にかかる時間を短縮しかつマルチパスの影響を抑えるというアルゴリズムに関する発表コード観測量を使用しないキネマティックアルゴリズムについてコードの代わりにIonosphere-reduced combination という3 周波の搬送波の線形結合からレンジ情報を得る欧州の FP7 の助成を受けて開発中の PRECISO という S/W 受信機の開発状況について GPS(L1, L2C, L5) Galileo(E1, E5, E6) GLONASS(L1, L2) Compass(B1, B2) に対応 3 周波を使用することにより電離層遅延量の高次項まで補正するアルゴリズムとその評価結果について 13

14 5.ION GNSS2011 での情報収集各論文の概要 (1/5) Computation of a High-Precision GPS-Based Troposphere Product by the USNO, S. Syram, USNO USNO が 2011 年 7 月から提供している IGS 高精度対流圏遅延量推定値 (IGS Final troposphere Product) に関する発表推定には Bernese を使用 (2011 年までは JPL が GIPSY で推定 ) 垂直遅延量の平均値で 1mm 以下標準偏差で 3mm 以下のレベルで JPL の結果と一致しており従来の JPL によるプロダクトと同等品質と言える GLONASS Inter-frequency Biases and Their Effects on RTK and PPP Carrier-phase Ambiguity Resolution, N. Reussner, TU Dresden GLONASS の Code Carrier 観測データそれぞれに含まれる IFB の特徴およびそれらの RTK/PPP でのアンビギュイティ除去への影響について Carrier に含まれる IFB は受信機依存性が高く比較的よくモデル化できるしたがって GLONASS を使用した RTK でのアンビギュイティ除去は GPS を使用した場合と大きく変わらず難しいことはない Code に含まれる IFB は同じ型番の受信機であっても個体差が大きくまた周波数特性もリニアではないためにモデル化が難しいしたがって Code を使用する PPP では IFB に対する考慮が必要だが実際は難しい論文では EUREF Permanent Network(EPN) から GLONASS の観測データを得ていた 14

15 5.ION GNSS2011 での情報収集各論文の概要 (2/5) Interchangeable Integration of GPS and GLONASS by using a Common System Clock in PPP, T. Melgard, Fugro Seastar, Norway 通常 GPS/GLONASS を同時に使用して測位する場合最低 5 つの衛星が必要になるこれを共通クロックという概念を導入することにより単独衛星系を使用した場合と同様に 4 つとするという発表 Fugro 社が提供する PPP サービスでは GPS および GLONASS の時計誤差を Common Clock との差として提供これを使用することにより未知数を1つ減らすことができ 4 衛星あればGPS, GLONASS 混在の衛星セットでも測位可能となる Common Clockを使用する方法およびGPS/GLONASSそれぞれのシステムクロックを使用する方法の測位精度を比較衛星数が多い場合は同等レベル衛星数が少なくなるとコモンクロック方式の方がややよい精度という結果が示された 15

16 5.ION GNSS2011 での情報収集各論文の概要 (2/5) Filling in the gap of RTK with Regional PPP, C. Garcia, GMV, Spain RTK と PPP との中間として観測点網が PPP よりは狭い範囲ですみ RTK よりは広域にサービスを提供しようとする Regional PPP を提案した発表 Regional PPP はサービス対象エリア周辺の観測点網のデータから生成された衛星軌道 / クロック推定値を使用して精密測位を行うもの Regional PPP では軌道 / クロックの推定値はグローバルで利用できるものである必要はなくサービス対象エリア内で十分な測位精度が得られればよいという考えオーストラリアおよびブラジルでの実験結果が示されそれぞれの国内に 5 局の基準局を配置しただけでその国内ではmmレベルの測位精度が実現可能という結果が示された基準局網からの距離が離れるにつれて測位精度は劣化オーストラリアの例ではインドネシアのユーザは数 mm~1cm 程度の誤差フィリピンのユーザは~6cm 程度の誤差 16

17 5.ION GNSS2011 での情報収集各論文の概要 (3/5) GNSS Geodetic Reference Frames: Consistency, Stability and the Related Transformation Parameters, M. Bahrami, University College, UK GPS および GLONASS の準拠座標系の ITRF(IGS05) との一貫性の評価結果に関する発表 2006 年 11 月 ~2011 年 3 月の間にわたり座標系間の Helmert 変換パラメータを推定しその大きさ及び安定度を評価評価期間を通じて WGS84 IGS05 の Helmert 変換パラメータは非常に小さくかつ安定しておりほとんどのアプリケーションでは両座標系は同一と考えてよい GLONASSのPZ 系とIGS05との原点の差は評価期間を通じた平均で数 10cm 程度 (x 方向 2.53cm y 方向 0.4cm z 方向 25.7cm) 標準偏差で xおよびy 方向 10cm 程度 z 方向 20cm 程度 Statistical Characterization of GLONASS Signal-in-Space Errors, L. Heng, Stanford University GLONASS の SIS URE の統計的な特性評価結果に関する発表評価には 2009 年 ~2011 年 8 月までの放送暦および精密暦を使用 GLONASS の精密クロックは存在しないためクロック誤差を除いた URE を定義して評価クロック誤差を除いた URE の評価期間を通じた RMS はほとんどの衛星で 1m 未満衛星によってはアロングトラックおよびラジアル方向の誤差が0 平均でなかったりガウス分布から大きく外れていたりする 17

18 5.ION GNSS2011 での情報収集各論文の概要 (4/5) Differential Integer Ambiguity Fixing with Soft Baseline Constraints and Kalman Filtering for RTK, P. Henkel, Technical University Munich 基線長および 2 受信機間の位置関係 ( 仰角方位角 ) の事前知識を利用することによりアンビギュイティ算出にかかる時間を早めかつマルチパスの影響を抑えるというアルゴリズムに関する発表観測データはコードおよびキャリアのダブルディファレンス事前知識を使用することによりアンビギュイティの探索範囲を狭めることができフロート解の収束に要する時間が 1/10 になったと説明 Triple-Frequency Phase-only Algorithm for Modernized GPS Kinematic Positioning, F-Y. Chu, National Cheng Kung Univ., Taiwan コード観測量を使用しないキネマティックアルゴリズムについてコードの代わりに Ionosphere-reduced combination という 3 周波の搬送波の線形結合からレンジ情報を得るコードを使用しないためマルチパス耐性が強い 18

19 5.ION GNSS2011での情報収集各論文の概要 (5/5) PRECISIO Design, Development and Testing of a Multi-constellation, Multi-frequency Software Receiver, W. Roberts, Nottingham Scientific Ltd. 欧州の FP7 の助成を受けて開発中の PRECISO という S/W 受信機の開発状況について参画機関メーカは m3systems, JAST, NSL, gmv, Nottingham 大, Helios GPS(L1, L2C, L5) Galileo(E1, E5, E6) GLONASS(L1, L2) Compass(B1, B2) に対応 ICD の提供を受けて Compass とも提携 Development of Triple Frequency Based Ionosphere Correction for Software GNSS Receiver, S-J. Ko, University of FAF Munich L1, L2, L5 等の 3 周波を使用して電離層遅延量の高次効果まで補正するアルゴリズムについてアルゴリズムは線型方程式を用いた単純なもの提案するアルゴリズムを SW 受信機に実装して評価電離層遅延量の 1 次項が 10m 程度二次項が 30cm 程度でこれらの和はクロバッチャモデルによる電離層補正量の 2 倍程度という評価結果 19

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<4D F736F F F696E74202D2091AA88CA91E589EF8D E9197BF62208E E707074> 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移動体 RTK 測位結果 ( 周波 + 瞬時 AR) Only GPS Fix solution: 5 % Float solution: 4 % NovAtel