GSI - 第8回マルチGNSSによる高精度測位技術の開発に関する...

平成25年度マルチGNSS解析技術等の開発に向けた

衛星系の組み合わせに関する技術開発業務

平成25年11月14日

日立造船株式会社東京海洋大学

資料２

第8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

平成25年度マルチGNSS解析技術等の開発に向けた衛星系の組み合わせに関する技術開発業務平成25年11月14日

2

23年度 24年度複数周波数による

基線解析 TCAR、3周波＋ILS L5、L1+L5

受信機ハードウェアバイアス（ISB）

推定・適用方法の検討、プロトタイプ実装

環境の変化による影響調査

GLONASSチャンネル間バイアス（IFB）

推定・適用方法の検討、プロトタイプ実装

環境の変化による影響調査

複数衛星系の評価 GPS,GLONASS,QZSS + GPS-QZSS L2P-L2C, L2C 1/4cycle shift

複数衛星系の基線解析同一衛星系でのみ位相差を取る

異機種衛星系間で位相差を取る

精密単独測位（PPP） GPS+GLONASS （後処理）

GPS＋GLONASS （リアルタイム）、AR調査

平成23,24年度技術開発業務


3

衛星系の組合せに関する調査・検討平成25年度業務内容

衛星系 GPS、QZSS、GLONASS、Galileo BeiDou （他の衛星系との組み合わせが可能か検討）

ISB、擬似距離バイアスの推定方法と調査 • 異なる衛星系間の擬似距離ISB、搬送位相ISBの推定方法

• メーカや機種、温度変化、アンテナ機種等の与える影響 • GPSのL2P(Y)とL2C間の擬似距離バイアスの推定方法

衛星系の組み合わせが測位解の精度及び安定性に与える影響異なる衛星系間で位相差を取る場合と取らない場合で全ての組み合わせで解析比較

GPS、GPS-QZSS、GPS-QZSS-GLONASS、GPS-QZSS-GLONASS-Galileo、 GLONASS、GLONASS-QZSS、．．． Galileo、Galileo-QZSS、．．．

安定性等も含めより詳細に調査


4 ※第４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「資料３」より抜粋

各種バイアスの定義


5

データ観測

観測場所東京都江東区越中島東京海洋大学第4実験棟屋上オープンスカイ環境

JD

J Ant

アンテナスプリッタ

JS

L

Tp

Tr1

Tr2

J Ant J Ant


JS

L

Tp

Tr1

Tr2

JD

0m基線 J Ant


JD

Tr1

T Ant

Tr2

1m基線アンテナ交換 1m基線

アンテナ： J Ant = Javad Choke Ringアンテナ、T Ant = Trimble Choke Ringアンテナ受信機： JD = Javad Delta、JS = Javad Sigma、L = Leica、Tp = TOPCON、Tr1 = Trimble (1)、Tr2 = Trimble (2)


6

観測条件

# 観測条件観測期間目的備考

1 0m基線 2週間メーカや機種の違いによる影響

2 0m基線温度変化

1週間温度変化による影響温度一定条件で異なる温度で観測

3 1m基線アンテナ交換

1週間アンテナ種類の違いによる影響 JavadアンテナからTrimbleアンテナに交換

4 0m基線受信機FW

1週間受信機ファームウェアの違いによる影響

Trimble NetR9受信機のFWを4.81→4.61に変更

5 0m基線受信機再起動

1週間受信機再起動による影響 24時間おきに受信機を再起動

6 0m基線受信機個体差

－同一機種同一ファームウェアの受信機個体差による影響

Trimble NetR9 2台で各条件について観測

7 1m基線 1週間メーカや機種の違いによる影響


7

受信機・アンテナ

# 受信機 F/W Version

1 JAVAD Delta G3T 3.4.2 Apr.18.2012 2 JAVAD Sigma G3T 3.4.2 Apr.18.2012 3 Leica GRX1200+GNSS 8.51 4 TOPCON NETG3 3.6 Feb.26.2012 p1 5 Trimble NetR9 （2台） 4.81 2013.06.20

# アンテナ

1 JAVAD RingAnt-DM (JAVRINGANT_DM)

2 Trimble Choke Ring Antenna (TRM59800.00)

※0m基線では1（Javadアンテナ）を使用 ※アンテナ交換条件では、1m基線で 1（Javadアンテナ）と2（Trimbleアンテナ）を使用


8

各受信機の信号対応

# 受信機 GPS GLONASS QZSS Galileo

L1 C/A

L1 P(Y)

L2 P(Y)

L2 C L5 L1

C/A L1 P

L2 C/A

L2 P

L1 C/A

L2 C L5 E1 E5

a

1 JAVAD

Delta G3T ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●

2 JAVAD

Sigma G3T ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● × ×

3 Leica GRX1200+GNSS

● × ● ×1 ● ● × × ● × × × ● ●

4 TOPCON NETG3 ● ● ● ● ● ● ● × ● ● ● ●2 × ×

5 Trimble NetR9 ● × ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●

※1 RINEX v2.11で出力されるため擬似距離のみ捕捉、搬送波位相はない

※2 L5 I+QではなくL5 Q


9

・ ANTTOOL 2.1により、基線の基準局、移動局の二つの受信機間の相対的なバイアスを推定・ IFB/freqは線形であることを仮定

GLONASS IFB推定

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8-30

-20

-10

0

10

20

30BIAS/FN= 2.71 cm RMS= 0.33 cm

Frequency Number

Bia

s (c

m)

GLONASS Interchannel Bias L1

IFB推定結果例 Javad Delta受信機-Leica受信機 L1

2.71cm/freq


10

GLONASS IFB変動 (L1) Javad Delta基準

0.5cm/freq

0m基線 Trimble2のみアンテナ交換

Trimble2のみ FW変更

Trimble1以外受信機再起動

u各観測条件で変化はみられない


11

GLONASS IFB変動 (L2) Javad Delta基準

0.5cm/freq






12

GLONASS IFB絶対値 Javad Delta基準

2週間平均値

1 cm/freq


13

擬似距離ISB推定

① RTKLIB v2.4.2に含まれるRTKPOSTにより座標を固定した

Fixedモードで観測データ24時間ごとに基線解析

② 出力された擬似距離残差について、まずエポックごとに

各衛星系で平均し、平均値の差を計算

③ 24時間分の②の残差の差を平均

GPS

GLONASS

24時間観測データ基線解析結果擬似距離残差

GLONASS平均値

GPS平均値

あるエポックにおける残差の平均値の差


50cm

14

擬似距離ISB変動 (GPS-GLO L1)




uアンテナ交換（1m基線）と1m基線で変化がみられる

Javad Delta基準

1m基線


50cm

15

擬似距離ISB変動 (GPS-GLO L2)




uアンテナ交換（1m基線）と1m基線で変化がみられる

Javad Delta基準

1m基線


50cm

16

擬似距離ISB変動 (GPS-QZS L1)




uアンテナ交換（1m基線）と1m基線でわずかな変化がみられる

Javad Delta基準

1m基線


50cm

17





uアンテナ交換（1m基線）と1m基線でわずかな変化がみられる

Javad Delta基準

1m基線


50cm

18





u目立った変化はみられない

Javad Delta基準

1m基線


50cm

19

擬似距離ISB変動 (GPS-GAL L1)

u観測条件で変化はみられない

Javad Delta基準




1m基線

捕捉率11%


50cm

20

擬似距離ISB変動 (GPS-GAL L5)

u観測条件で変化はみられない

Javad Delta基準




1m基線

捕捉率8%


21

擬似距離ISB絶対値

10 m

Javad Delta基準 2週間平均値


22

搬送波位相ISB推定

① RTKLIB v2.4.2に含まれるRTKPOSTにより座標を固定した

Fixedモードで観測データ24時間ごとに基線解析

・基線解析の際に擬似距離ISBを補正

・ GPS-GLONASSの解析ではIFBも補正

② 出力された搬送波位相の残差について、擬似距離ISB推定と同様に、

まずエポックごとに各衛星系で平均し、平均値の差を計算

③ 24時間分の②の残差の差を平均

GPS

GLONASS

24時間観測データ基線解析結果搬送波位相残差


5cm

23

搬送波位相ISB変動 (GPS-GLO L1)




u Trimble受信機以外の受信機で再起動によりISBが変化

Javad Delta基準

1m基線

基準局受信機を再起動


5cm

24

搬送波位相ISB変動 (GPS-GLO L2)




u Trimble受信機以外の受信機で再起動によりISBが変化、アンテナ交換で変化

Javad Delta基準

1m基線

基準局受信機を再起動


25

受信機再起動によるISB変化備考

JAVAD Delta G3T 変化あり通日266-268の基準局受信機再起動によりTrimble2が変化

JAVAD Sigma G3T 変化あり再起動のたびに変化

Leica GRX1200+GNSS 変化あり再起動のたびに変化

TOPCON NETG3 変化あり再起動のたびに変化

Trimble NetR9 (1) －再起動なし

Trimble NetR9 (2) 変化なし再起動していないTrimble1と同じ変化

搬送波位相ISB (GPS-GLO) 再起動の挙動


5cm

26

搬送波位相ISB変動 (GPS-QZS L1)





Javad Delta基準

1m基線


5cm

27





Javad Delta基準

1m基線



5cm

28





Javad Delta基準

1m基線



5cm

29

搬送波位相ISB変動 (GPS-GAL L1) Javad Delta基準





1m基線

受信機再起動

受信機再起動

基準局受信機再起動


5cm

30

搬送波位相ISB変動 (GPS-GAL L5) Javad Delta基準





1m基線

受信機再起動

受信機再起動

基準局受信機再起動


31

搬送波位相ISB絶対値

0.1m

Javad Delta基準 2週間平均値


32

GPS L2P(Y) – L2C擬似距離バイアス

GPS L2P(Y)とL2Cの擬似距離バイアスを推定

推定方法

①RINEXのGPS L2P(Y)とL2Cの差をとる ②衛星P2C2バイアスを補正


33

GPS L2P(Y) – L2C擬似距離バイアス Javad Delta（仰角マスク0度）

Javad Sigma（仰角マスク0度）

Topcon（仰角マスク5度）

Trimble（仰角マスク5度）


34

BeiDou GPS

軌道傾斜角 MEO,IGSO:55度 55度

軌道面 GEO: 1,MEO: 3,IGSO: 3 6

衛星の周回周期 MEO: 12 h 53 m 11 h 58 m

通信方式 CDMA CDMA

地上からの軌道高度 MEO: 21,528 km

20,180 km GEO,IGSO: 35,786 km

衛星位置の座標系 CGCS2000 (ITRF準拠) WGS84

衛星原子時計の時刻系 BDT (UTC (NTSC) と同期)

GPST (UTC (USNO) と同期)

BeiDou概要 2012/12 : 地域サービス開始衛星数 15機/GEO(5)+MEO(5)+IGSO(5) ~2020 : 全世界サービス開始 (衛星数 35機)

0 2 4 6 8x 104

-10

-5

0

5

10

Time (s)Po

sitio

n Er

ror (

m)

RMSE : E: 1.0716m N: 0.8378m U: 2.0407m East (m)North (m)Up (m)

0 2 4 6 8x 104

-10

-5

0

5

10

Time (s)

Posi

tion

Erro

r (m

)

RMSE : E: 1.0592m N: 1.1062m U: 2.5949m East (m)North (m)Up (m)

BeiDouによる単独測位

GPS (L1) GPS (L1)+BeiDou (B1)

RMS: E: 1.06 N: 1.11 U: 2.59 m RMS: E: 1.07 N: 0.84 U: 2.04 m

衛星数（平均）： GPS:8機, BeiDou:8機

日時：2013-08-01 0:00:00~23:59:30 受信機：Trimble NetR9 アンテナ：TRM57971.00 仰角マスク角：15度

BeiDouによる基線解析 (1)

• 基線長:14.5m • 受信機 Trimble NetR9 • 信号:

GPS L1+L2, BeiDou B1+B2 • 瞬時AR+LAMBDA+Ratioテスト

（>3）で評価 • マスク15度、最低信号強度

30dBHz（L1,B1）

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

484000 486000 488000 490000 492000 494000 496000 498000

TOTA

L N

VS

GPSTIME (s)

TOTAL

BEIDOU

UTC : 2013/8/9 15:00-18:00

BeiDouによる基線解析 (2)

BeiDou GPS+BeiDou

BeiDou GPS+BeiDou 水平測位精度 (RMS) 5.9 mm 3.8 mm 垂直測位精度(RMS) 14.8 mm 5.3 mm

フィックス解割合 100 % 100 % 初期化時間(平均値) 0 s 0 s

0.05 m


38

今後の作業

l温度変化の影響調査

l各観測条件が与える影響の詳細な調査

l IFB、擬似距離ISB、搬送波位相ISBを補正した基線解析

lGPS L2P(Y)-L2Cの擬似距離バイアス推定

l全ての衛星系の組み合わせによる基線解析

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