2019 年度測位航法学会全国大会 QZSS 特別講演会 準天頂衛星受信機の最新動向 2019 年 5 月 17 日 一般財団法人衛星測位利用推進センター SPAC 利用実証推進部 松岡繁 1
初号機 QZS-1 準天頂衛星システムの開発 整備 運用スケジュール H26 H27 H28 H29 H30 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 2010.9.11 打上げ JAXA 運用 運用開始 11 月 1 日 出典 :http://qzss.go.jp/ QSS 運用 利用実証の推進 利用実証調整協議会設立 2010.7 利用実証開始 2011.1 4 機体制運用 (GPS 連携したサービス ) 7 機体制運用 ( 持続測位サービス ) 6 月 1 日 8 月 19 日 10 月 10 日 2 号機 QZS-2 3 号機 QZS-3 4 号機 QZS-4 2
準天頂衛星の構成 初号機 2 号機 3 号機 4 号機 準天頂軌道準天頂軌道静止軌道準天頂軌道 配信サービス 中心周波数 L1C/A 衛星測位 L1C 衛星測位 L1S (1) サブ m 級測位補強 災害 危機管理通報 1575.42MHz L1Sb 2020 年頃配信 SBAS 配信 L2C 衛星測位 1227.60MHz L5 衛星測位 L5S 測位技術実証 (2) 1176.45MHz L6 cm 級測位補強 1278.75MHz S バンド 衛星安否確認 2GHz 帯 出典 ;http://qzss.go.jp/overview/download/cg-image3.html 3
測距信号のコード変調と搬送波位相の関係 コード変調 1 コードの周期が約 300m で繰り返される 2 コードの先頭に衛星の時刻タグがついており 測位衛星固有の時刻でいつ発射されたかがわかる 3m 級のメモリがついている巻尺のイメージ 4 測位精度は m~ 数 10m と悪いが 使い易い + + 搬送波位相 1 コード変調を施す元の電波 (L1:1572.5 MHz) の 1 波長 (191mm 20cm) 間を 2π で表す位相 2mm 級のメモリがついている巻尺のイメージ 3 測位精度は cm 級まで可能だが 測位衛星までの距離を 1 波長 ( 波数 + 小数点以下 ) で決定するため 計算が複雑 図の出展 : 精説 GPS 第 2 版 基本概念 測位原理 信号と受信機 P. Misra & p.enge 原著 測位広報学会訳 4
QZS 配信サービス (1) サブメータ級補強信号 SLAS SLASの測位精度は 以下を満足する ただし 想定するマスク角は5 度とする 測位誤差領域区分備考水平垂直 領域 (1) 1.0m 以下 (95%) (0.58m(RMS)) 2.0m 以下 (95%) (1.02m(RMS)) - 領域 (2) 2.0m 以下 (95%) (1.16m(RMS)) 3.0m 以下 (95%) (1.53m(RMS)) 図サブメータ級測位補強サービス (SLAS) のサービス範囲と測位精度 出典 :http://qzss.go.jp/technical/system/l1s.html - 5
QZS 配信サービス (2) センチメータ級補強信号 CLAS CLAS の測位精度は 以下を満足する ただし 精度を満たすためには 5 機以上の可視衛星が必要であり 想定する仰角マスク角は 5 度とする 種別 静止 移動体 測位誤差 水平 垂直 6cm 以下 (95%) 12cm 以下 (95%) (3.47cm(RMS)) (6.13m(RMS)) 12cm 以下 (95%) (6.94cm(RMS)) 24cm 以下 (95%) (12.25m(RMS)) 図センチメータ級測位補強サービス (CLAS) のサービス範囲と測位精度 備考 出典 :http://qzss.go.jp/technical/system/l6.html - - 6
QZSS 対応 チップ モジュール ~ 数千円 コード受信機 1 周波 RTK 製品数十万円 ~ コード受信機 マゼランシステムズジャハ ンメーカが新規 三菱電機 参入 u-blox 1 周波 RTK モジュール新たに形成される受信機数万円価格帯 (2018 年度以降 ) 搬送波受信機 2(3) 周波製品数十万円 ~ 数百万 日本無線 図 GNSS 受信機の価格帯予想 7
100% CLAS 受信機容積 / 価格推移 1/5 1/10 容積推移 価格推移 1/5 8.7% 1/2 1/5 4.1% 1/10 0.3% 2011 年 ( 利用実証開始 ) 2018 年 2019/5 以降 8
価格 アンテナ 20 万円 ~50 万円 ( 測量用アンテナ ) マルチ周波パッチアンテナ 低価格マルチ受信アンテナの開発が課題 数千円 1 周波パッチアンテナ 車載 測量 土木建機 分野 9
CLAS GNSS 受信チップ モジュール 評価ユニット QZS GPS GalileoGlonassBeiDouOthers 企業名型式発売時期 L1 L2 L5 L6 L1 L2 L5 E1 E5 G1 G2 B1 B2 三菱電機日本無線 マゼランシステムズジャパン SLAS AQLOC-VCX 2018 年 11 月〇〇〇〇〇〇〇〇〇 AQLOC-VCXⅡ 2019 年春〇〇〇〇〇〇〇〇〇 JG11 PPPモデル 2018 年 8 月〇〇〇 SBAS JG11 PPP-RTK 2019 年春〇〇〇〇〇〇〇〇多周波マルチGNSS 2018 年〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇受信機ユニット コア Chronosphere-L6 2018 年 10 月〇〇〇〇〇〇〇〇〇 ソニー CXD5603GF リリース済〇〇〇〇〇 SLAS 古野電気 GF-88 2019 年 4 月〇〇〇 SLAS Position 社 GSU-141 評価キット / u-blox 社 NEO M8u,NEO-M8L,UBX-M8030-KA-DR u-blox ZED-F9P 2018 年 11 月〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇 日本無線 JG11 PPP-RTK マゼランシステムズジャパン三菱電機 -u-blox CLAS チップ モジュール開発中 10
準天頂衛星 CLAS 対応受信機ラインナップ 11 月よりCLAS 対応の受信機を発売し ラインナップ化を予定 リリース端末種類外観寸法 / 重量 時期 AQLOC ( 実証用端末 ) リリース済 受信機 178 142 90mm 3kg アンテナ 140 140 62mm 515g AQLOC-VCX 11/1 受信機 184 98 74mm 1,600g アンテナ 59 59 33mm 150g 小型版開発中小型軽量 低消費電力 11
主な仕様 項目 VCX 対応衛星信号 QZSS (L1C/A L2C L5) GPS (L1C/A L2P L2C L5) Galileo(E1 E5) 衛星配信 :QZSS L6 対応補強信号地上配信 :RTCM 2.3/3.2 測位方式 PPP-RTKもしくはPPP-RTK-INS 複合 QZSSのL6 信号をオープンスカイで受信の場合 移動体測位精度水平位置精度 :12cm 以下 (95%) 垂直位置精度:24cm 以下 (95%) 静止体水平位置精度 :6cm 以下 (95%) 垂直位置精度:12cm 以下 (95%) ASCII :GGA RMC GSV GSA(NMEA 0183 準拠 ) 出力データ BINARY: 観測データ エフェメリス アルマナック センサデータ 測位補強情報出力信号 PPSパルス シリアルポート #1:RS-232C(4.8~115.2kbps) 入出力インタフェース シリアルポート #2:RS-232C(4.8~921.6kbps) LANポート :Ethernet(10BASE-T/100BASE-TX) 内蔵センサ IMU 気圧計対応外部信号車速パルス電源 DC12V ( 消費電力 : 30W 以下 ) 電離層 対流圏の著しい変化の影響を受けない場合 12
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JG11の主な特長高精度測位 (m 級 cm 級 )GNSS 受信機 世界初 : 準天頂 L6 信号を含めた3 周波同時受信チップ 9mm 9mm JG11 PPP モデル JG11 RTK モデル 3 周波同時受信 ASIC ソフトウェア Update 可能フラッシュ ROM 12m 12m 1m 級 cm 級の高精度測位が可能 受信機コアICをASIC 化 L1C/A 信号 L2C 信号 L6 信号 BeiDou or GLONASS or GalileoのRF 回路 ロジック回路をASIC 化 車載向け電子部品の規格 AEC-Q100 対応 MADOCA 対応に必要なハードウェアを搭載 14
センチメートル サブメートル級測位精度実現の概要 GPS 衛星 GPS 衛星 INMARSAT 衛星 MTSAT 衛星 GPS 衛星 GPS 衛星 準天頂衛星 搬送波位相 + コード位相 SBAS 補正データ 搬送波位相 + コード位相 L6:RTK 補正データ L1 信号 SBAS 補正データ L1 信号 L2 信号 L6 信号 (RTK 補正データ ) RTK 補正データ (RTCM フォーマット ) 準天頂衛星 L6 信号が受信できない地域では外部補正情報入力による RTK に対応が可能 メートル級 (PPP-SBAS) センチメートル級 ( 外部 RTK PPP-RTK/CLAS) RTK: Real Time Kinematic 15
JG11 評価状況 ( 外部 RTK_ 固定点 ) 2018/10/11~12 固定点 / オープンスカイ (JRC 長野事業所屋上アンテナ ) 約 24 時間の測位結果 モード 測位率 使用アンテナ navxperience 製 3G+C/mobile 全体 100% RTK(Fix) 98.9% RTK(Float) 1.1% 2DRMS: 3.51 cm 位置誤差の推移 水平プロット (Fix 解のみ ) 外部 RTK ネットワーク経由によりRTK 補正データを用いた測位 16
JG11 評価状況 (PPP-RTK/CLAS_ 移動体モード固定点 ) 2018/11/11~22 固定点 / オープンスカイ (JRC 長野事業所屋上アンテナ ) の測位結果 * システム仕様値 ( 移動体モード ) : 水平 12cm(95%) 試験日ヒートラン時間水平精度 (Fix 解,2drms) 11 月 11 日 24 時間 9.47cm(4.74cm RMS) 使用アンテナ navxperience 製 3G+C/mobile 11 月 17 日 24 時間 7.58cm(3.79cm RMS) 11 月 22 日 22 時間 11.38cm(5.69cm RMS) 11 月 17 日水平プロット (Fix 解のみ ) 移動体モード 車両 人 飛行体など 動体の位置を測位することを目的としたモード 17
みちびき (QZSS) 対応多周波マルチ GNSS 受信機評価キット 第 3 回宇宙開発利用大賞国土交通大臣賞受賞 CEATEC AWARD 2017 総務大臣賞受賞 準天頂衛星対応多周波マルチ GNSS 受信機 (206 154 86mm) 準天頂衛星対応多周波マルチ GNSS アンテナ (φ148 60mm) Dimensions 90 x 100 x 18 mm Weight 75 g Input Voltage 12 VDC Back-Up Voltage 3 VDC Power Consumption Max 10W Antenna Power Output 5 V, 100mA Connectors 64 pins for digital / MMCX for antenna Operation Temperature -30 ~ +85 QZSの補強信号であるL6のCLAS 方式とMADOCA 方式の両方に対応し PPP( 単独精密測位 ) ができる世界初の受信機 MADOCA 方式に対応しており 日本以外でもPPP が可能 18
みちびき (QZSS) 対応多周波マルチ GNSS 受信機仕様 項目 捕捉衛星 信号 GPS QZSS GLONASS Galileo Beidou 自律測位 仕様 (STES1 評価ボード ) MJ-3008-GM4 L1,L2,L5 L1,L2,L5,L6 G1,G2 E1,E5a,E5b,E5,E6 B1,B2 1.5m(typical) 動的リアルタイムキネマティック <5cm+0.7ppm Baseline(<30km) 位置精度 (RMS) 静的リアルタイムキネマティック <0.5cm+0.7ppm Baseline(<30km) PPP(MADOCA)*2 <10cm PPP-RTK(CLAS)*3 動的 <6.94cm 静的 <3.47cm TTFF*1 コールド スタート 90 秒 (typical) (Autonomous) ウォーム スタート 35 秒 (typical) ホット スタート 12 秒 (typical) 衛星再捕捉時間 2 秒 (typical) 最大出力レート 最大 100Hz 入出力インタフェース USB,UART,CAN,Ethernet データフォーマット NMEA0183 Version 3.0(Output) / RTCM SC104 Version 3.1(Input/Output) *1:Time to First Fix( 初期位置算出時間 )*2:MADOCA の仕様による *3:CLAS の仕様による * 製品の仕様は予告なく変更することがあります 最新の仕様は当社ウェブサイトをご参照ください 19
今後のロードマップ STEP1: 評価ボード 2017/8: 提供中 STEP2: モジュール 2019/3: 完成 STEP3: チップ 2020/3: 完成予定 サイズ : 90 100mm消費電力 ( 最大 ) : 10W 単価 : 80 万 @ 数十台 サイズ : 43mm 59mm消費電力 ( 最大 ) : 5W 単価 : 10 万以下 @ 数千台 サイズ消費電力単価 : 11 11mm以下 : 1W 以下 : 1 万円以下 目標値 評価キット 2019 年 4 月からご注文受付開始 2019 年 7 月頃から出荷 チップの画像はイメージです 評価キット STEP2: 評価キット 時期 :2019 年 7 月頃から出荷予定 単価 : 現状の半額程度 206 x 154 x 86 mm 179 x 106 x 62 mm 20
コアの GNSS ソリューション Chronosphere-L6 CLAS と MADOCA を動的に切り替える特許を取得済 条件の一番良いみちびき衛星に切り替える機能 仰角マスクモード衛星の仰角が閾値以下になった場合に衛星を切り替える 最大仰角モード追従している衛星より仰角の高い衛星が現れた場合に衛星を切り替える 固定衛星追従モードユーザーが指定した衛星のみを使用するモード CORE CORPORATION 21
コアの GNSS ソリューション CLAS Static Result(Comparison with RTK) MADOCA Static Result(Comparison with RTK) FIX Rate 99.9% Chronosphere-L6 Result Chronosphere-L6 Result Static test time is 6 hours. Static test time is 6 hours. CORE CORPORATION 22
コアの GNSS ソリューション 製品仕様 性能仕様 捕捉信号 L6 信号の同時補足 CLAS MADOCA GPS L1C/A,L2P,L5 L1,L2P QZSS #1-4 L1C/A,L2C,L5,L6 L1,L2C,L6 GLONASS - G1,G2 Galileo E1,E5a - 2 衛星 2CH(L6D, L6E) 測位レート最大 20Hz( 設定やオプションにより変更可能 ) 機器仕様 本体サイズ重量筐体電源仕様 W200 D140 H60[mm] 1,100g 前後アルミニウム製 12V/1.5A 以下 環境特性 0 40 ( ただし結露しないこと ) I/F 通信等 Ethernet シリアル RJ45 D-Sub9 USB Micro-B( 設定専用 ) 出力形式 NMEA 提供形態 製品単体 多周波受信機 本体 電源アダプタ 取扱説明書 本体に内蔵 多周波アンテナ別売 ( 推奨 :Septentrio 社製 PolaNt-x MF) CORE CORPORATION 23
CLAS 利用拡大の為の概念開発 (SPAC) L6 アダプタ製品イメージ RTCM 既存 RTK 受信機 L6 アダプタ製品実現案 スマホに L6 アダプタ機能をダウンロードし CLAS をインターネットで受信し RTCM に変換する 準天頂衛星から直接 L6 信号を受信し RTCM に変換する PERSONAL PROPRIETARY NOT TO BE REPROCUCED OR DISCLOSED WITHOUT SPECIFIC WRITTEN PERMMISION OF DR. IZUMI MIKAMI 24
Error(Up - Down)[m] Error(North - South)[m] L6 アダプタ (SPAC 独自技術 ) による CLAS の実力例 L6 アダプタ受信機製品イメージ L1/L6 Rx Antenna RTCM 0.3 0.2 0.1 0.0 試作機による性能評価 2018 年 5 月 ( 株式会社コアとの共同開発にて実施 ) Fix rate 98.5% Accuracy Horizontal 2.2cmRMS Height 3.2cmRMS -0.1-0.2 L6 アダプタ用 S/W L1/L2 Antenna -0.3-0.3-0.2-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 Error(East - West)[m] 0.3 0.2 0.1 0.0-0.1 L6 Antenna -0.2-0.3 9 9.5 10 Hour[H] 25
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時刻同期用 GNSS 製品の特長 (GF-88) シングルバンドで 1PPS 精度 4.5ns 時刻同期用 GNSS 製品 高価な受信機やアンテナを使わずに 5G に対応したタイミング性能を実現 都市部や窓際へのアンテナ設置が可能 マルチパスが混在する都市部でも 良質な衛星のみを厳選するダイナミック サテライト セレクション を搭載 時刻精度の劣化を抑える ホールドオーバー機能 GNSS 衛星が受信できなくなっても 24 時間は時刻同期性能を維持する マルチ GNSS GPS/GLONASS/Galileo/QZSS/SBAS を同時受信 QZSS L1S 対応 2019 年 4 月 5G や V2X に向けた新製品 GF-88 をリリース 使えるGNSS 衛星を増やします みちびき4 機の同時受信とSLAS 対応 + Galileo 衛星に対応 マルチパスに強くします アーバンキャニオンに強い まったく新しい衛星選択アルゴリズムを搭載 ホールドオーバー機能を強化します 都市部のアンテナ遮蔽による GNSS 受信断を対策 ダイナミック サテライト セレクション 27
NEO-M8U 3D 慣性センサー内蔵 12.2 16.0 2.4mm 28
製品名 :FB102/FB202 メーカー : 株式会社フォルテ対応信号 :L1C/A( 衛星測位サービス ) L1S( サブメータ級測位補強サービス ) 発売年月 :2018 年 4 月 (FB102) 2018 年秋予定 (FB202) 製品概要 : みちびきと GPS に対応した GNSS 受信機で みちびきの補強信号 L1S( サブメータ級測位補強サービス ) を受信できるため 高精度の位置情報を取得が可能 通信キャリアとの契約により MVNO(=Mobile Virtual Network Operator 仮想移動体通信事業者 ) 等にも対応し 通信費を低価格に抑えられることが特徴です FB102; 車載用途トレーラーなどの車両管理 工場の無人搬送車監視 バスロケーションサービスなどの移動体管理システムに導入されています FB202; 個人携帯用途 GPS を活用したポスティング業務 高齢者見守りサービス 除雪車両管理システムなどに活用できます 30
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最近の注目製品 1 u-blox ZED-F9P の紹介 ( 株 ) センサコム ZED-F9P 実装 NEO-M8P 実装 17 22 2.4 12.2 16 2.4 32
ZED-F9P 構造物周囲実験例 u-blox M8 +RTKLIB u-blox F9P 茨城工業高等専門学校国際創造工学科機械 制御系岡本教授実証報告 33
u-blox ZED-F9P ES :2018 年 9 月 IP/MP:2019 年 4 月 ES :2019 年 Q2 IP/MP:2019 年 Q3 34
最近の注目製品 2 GPS World Web 誌記事 GNSS 2 周波 /3 周波チップが大衆市場に突入する準備が整う 35
センサ ソフトレイア Big Data,AI ソリューション構成例 GIS Cloud IoT 分野 A 分野 B 分野 C 分野 N ニーズ シーズ 通信 画像 超音波 / ミリ波 屋内 シームレス 36 屋外 36
1 ~ 10 リアルタイム 位置 時刻情報 (X,Y,Z,T) 利用シーン例 ご清聴ありがとうございました 37 37