高時間分解能高時間分解能 GPS/GNSSGPS/GNSS衛星時計推定と衛星時計推定と

キネマティックキネマティック PPPPPP への応への応用用

Estimation of high-rate GPS/GNSS Satellite clock and appliEstimation of high-rate GPS/GNSS Satellite clock and application to the kinematic-PPPcation to the kinematic-PPP

技術コンサルタント　技術コンサルタント　高須　知二高須　知二Tomoji TAKASUTomoji TAKASU

地球惑星科学連合地球惑星科学連合 20062006 年大会年大会

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背景背景

• PPP( 精密単独測位 ) 精度 (24H)スタティック : 水平 4mm, 垂直 10mmキネマティック : 水平 1-2cm, 垂直 3-4cm

• 精密暦の高品質化IGS Final : 実効 5mm 程度の精度

• 補正モデル高度化• GPS/GNSS 衛星時計補間誤差の問題→

キネマティック PPP への制約

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キネマティックキネマティック PPP (300s)PPP (300s)MIZU(IGS) : 2004/12/25 0:00:00-2:55:00GPST

IGS IGR

CODE JPL

10cm

E-W

N-S

U-D

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キネマティックキネマティック PPP (30s)PPP (30s)MIZU(IGS) : 2004/12/25 0:00:00-2:59:30GPST

IGS (Interpolated) IGR (Interpolated)

CODE JPL

10cm

E-W

N-S

U-D

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キネマティックキネマティック PPP (1Hz)PPP (1Hz)MIZU(IGS) : 2004/12/25 0:00:00-2:59:59GPST

IGS (Interpolated) IGR (Interpolated)

CODE (Interpolated) JPL (Interpolated)

10cm

E-W

N-S

U-D

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HR-HR- 衛星時計推定衛星時計推定 (1)(1)IGS SatClock(300s)

Clock Estimation

IGS SatOrbit

(15min)

QC

(HR)

(300s)

HR Sat Clock

HR Rcv Clock

HR Sat Clock

Interpolation

Static-PPP(300s)

ZTDPOS BIASRcv

Clock

Step1

Step2

OBS

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HR-HR- 衛星時計推定衛星時計推定 (2)(2)

NTdTdtcL )(

IGS SatClock(300s)

IGS SatOrbit(15min)

Rcv Clock

ZTD BIAS

OBS(300s)

HR Rcv Clock

HR Sat Clock

Step1

Step2

OBS(HR)

POS

NTdTdtcL )(

)0( refdtInterpolation

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HR-HR- 衛星時計推定衛星時計推定 (3)(3)

• EKF/S (PPP:3pass, CLK:1pass)• 電離層遅延 : 電離層フリー線形結合• 対流圏遅延 : ZTD 推定 +NMF/GMF• アンテナモデル : IGS01.PCV/IGS05.ATX

• 局位置変動 :固体地球潮汐 , 海洋荷重 , 極運動潮汐

• Phase Windup 補正

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GT0.6.2GT0.6.2

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HR-IGSHR-IGS 局局

ALGOAMC2

AREQ

ARTU

BAN2BOGT

BREW CHUR

CRO1

DGAR

FAIR

GLPS

GODFGOLD

GOPE

GUAM

HLFX

HRAO

IISC

ISPA

J OGJ

KELY

KOKB

KOUR

LPGM

MAD2MADR

MALI

MAS1

MATE

MBAR

MCMZ

MIZU

MKEA

MOBN

MSKU

NNOR

NRIL

NYA2

OBE2

OKC2

OUS2

PERT

PETS

PIMO

POL2

POTM

QUINREDU

SANT

TASH

TIDB

ULABUSN3 USUDVILL

WUH2

YELL

(2004/12, 58 Stas)

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HR-HR- 衛星時計衛星時計 (1)(1)

0:00 6:00 12:00 18:00 0:00-0.5

0

0.5

Clo

ck B

ias

Err

or

(nse

c)

REF: IGS Final MEAN: -0.0002nsec RMS: 0.0062nsec

PRN01 : 2004/12/25 0:00:00-23:59:59 GPST

wrt IGS Final (300s)

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HR-HR- 衛星時計衛星時計 (2)(2)

0:00 6:00 12:00 18:00 0:00-0.5

0

0.5

Clo

ck B

ias

Err

or

(nse

c)

REF: IGS Final(interpolated) MEAN: 0.0022nsec RMS: 0.1176nsec

wrt IGS Final Interpolated (1Hz)

PRN01 : 2004/12/25 0:00:00-23:59:59 GPST

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10-1

100

101

102

103

104

105

10-14

10-13

10-12

10-11

Averaging Time (sec)

Alla

n D

evia

tion

y (

)

衛星時計安定度衛星時計安定度2004/12/25 0:00:00-23:59:59 GPST

Block II/IIA CsBlock II/IIA RbBlock IIR Rb

Ref: AMC2 (HM)

150s15s

Clock Interpolation Error

300s : 0.05-0.3ns 30s : 0.01-0.03ns

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HR-PPPHR-PPP

• HR- 衛星時計を使った高時間分解能キネマティック PPP

• 高精度化 / 高安定化アンテナ位相モデル対流圏遅延推定 (ZTD/Gradient)Mapping Function食衛星の取り扱い (Block II/IIA)Sidereal Filter

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1Hz HR-PPP1Hz HR-PPP 測位解例測位解例MIZU(IGS) : 2004/12/25 0:00:00-2:59:59GPST

CODE (Interpolated)

1Hz HR-PPP

E-W

N-S

U-D

10cm

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Sidereal FilterSidereal FilterMIZU(IGS) : 2004/12/25 0:00:00-2:59:59GPST

without Sidereal Filter

with Sidereal Filter

E-W

N-S

U-D

10cm

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相対測位との比較相対測位との比較HR-PPP 相対測位

測位解 絶対値(ITRF) 基準局相対

測位精度(水平 1σ )

1～2cm1cm+

?ppm× 基線長

観測雑音 9mm6mm(短基線)

18mm(長基線)

リアルタイムリアルタイム

精密暦精度依存RTK (短基線)

? (長基線)

多点解析 早い 遅い

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解析実行時間例解析実行時間例

条件 実行時間

HR 衛星時計推定

1Hz-3H30 衛星,50 局

32 分

HR-PPP1Hz-3H58 局

1 時間 33 分

Pentium4 3.2GHz, Win XP, GT0.6.2, Matlab6.5.1

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HR-PPPHR-PPP の応用例の応用例

• 新潟県中越地震 地殻変動計測 (2004/10/23, M6.8)

• スマトラ地震 地震波観測(2004/12/26, M9.0)

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138E 138.5E 139E 139.5E

37N

37.5N

940051 柏崎１950204 金山

950206 只見

950207 福島南郷

950236 鹿瀬950237 寺泊

950238 新潟加茂

950239 栃尾

950240 小千谷

950242 新潟大和

950244 松之山

950246 塩沢

960566 出雲崎

960567 柏崎２ 960568 守門

960571 小須戸

970801 檜枝岐

970806 新潟巻

970807 新潟三島

970810 新潟栄 020961 新潟下田

020962 高柳

020963 湯之谷020964 安塚

新潟県中越地震 地殻変動新潟県中越地震 地殻変動 (1)(1)

新潟県中越地震 M6.8,

2004/10/238:56 UTC

http://gpspp.sakura.ne.jp 8:00 9:00 10:00 11:00

塩沢 檜枝岐 松之山 安塚 湯之谷 新潟大和 高柳 福島南郷 只見 小千谷 守門 柏崎２ 柏崎１ 栃尾 金山 新潟三島 出雲崎 新潟下田 新潟栄 新潟加茂 寺泊 鹿瀬 小須戸 新潟巻 GRID: 0.05m

新潟県中越地震 地殻変動新潟県中越地震 地殻変動 (2)(2)電子基準点 位置変動 E-W : 2004/10/23 GPST

10cm

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新潟県中越地震 地殻変動新潟県中越地震 地殻変動 (3)(3)電子基準点 位置変動 N-S : 2004/10/23 GPST

8:00 9:00 10:00 11:00

塩沢 檜枝岐 松之山 安塚 湯之谷 新潟大和 高柳 福島南郷 只見 小千谷 守門 柏崎２ 柏崎１ 栃尾 金山 新潟三島 出雲崎 新潟下田 新潟栄 新潟加茂 寺泊 鹿瀬 小須戸 新潟巻 GRID: 0.05m

10cm

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新潟県中越地震 地殻変動新潟県中越地震 地殻変動 (4)(4)電子基準点 位置変動 U-D : 2004/10/23 GPST

8:00 9:00 10:00 11:00

塩沢 檜枝岐 松之山 安塚 湯之谷 新潟大和 高柳 福島南郷 只見 小千谷 守門 柏崎２ 柏崎１ 栃尾 金山 新潟三島 出雲崎 新潟下田 新潟栄 新潟加茂 寺泊 鹿瀬 小須戸 新潟巻 GRID: 0.05m

10cm

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新潟県中越地震 地殻変動新潟県中越地震 地殻変動 (3)(3)電子基準点 小千谷 (950240) : 2004/10/23 GPST

8:00 9:00 10:00 11:00-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

M6.8M6.3

M6.0M6.5 M5.7

E-W

N-S

U-D

Dis

pla

cem

ents

(cm

)

10cm

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新潟県中越地震 地殻変動新潟県中越地震 地殻変動 (3)(3)

-100

10 -10

0

10-10

0

10

(cm)

E

N

S

W

電子基準点小千谷 (950240)

2004/10/23 GPST

8:00:00 ～ 8:56:00

8:56:30

8:57:009:00:00

～ 9:12:00

9:12: ３ 0～ 9:34:00

９ :34:30

９ :35:00～ 11:00

M6.8 8:56M6.3 9:03M6.0 9:11M6.5 9:34M5.7 10:45

http://gpspp.sakura.ne.jp 8:00 9:00 10:00 11:00

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

Dis

pla

cem

ents

(cm

)

新潟県中越地震 地殻変動新潟県中越地震 地殻変動 (4)(4)電子基準点 小千谷 (950240) : 2004/10/23 GPST

E-W

N-S

U-D : GSI F2 解 10/22: GSI F2 解 10/2410cm

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ARTU CHUR

DGAR

IISC

J OGJ

NRIL

POL2USUD

WUH2

スマトラ地震 地震波 スマトラ地震 地震波 (1)(1)

Sumatra - Andaman Islands Earthquake M9.0,

2004/12/26 0:58:53UTC

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スマトラ地震 地震波観測 スマトラ地震 地震波観測 (2)(2)

(2004/12/26 1:00-2:00 GPST)

JOGJ 2024km

IISC 2283km

DGAR 2861km

WUH2 3586km

POL2 4841km

USUD 5672km

ARTU 6754km

NRIL 7351km

CHUR 13076km

10cm

E-W

N-S

U-D

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スマトラ地震 地震波観測 スマトラ地震 地震波観測 (3)(3)POL2(IGS) : 2004/12/26 GPST

R:3.4km/s=4841km/1440s0:59

24min

R

L

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スマトラ地震 地震波観測 スマトラ地震 地震波観測 (4)(4)POL2(IGS) - AAK(GSN-IRIS) (d=17.1km)

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スマトラ地震 地震波観測 スマトラ地震 地震波観測 (5)(5)ARTU(IGS) - ARU(GSN-IRIS) (d=0.3km)

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スマトラ地震 地震波観測 スマトラ地震 地震波観測 (6)(6)DGAR(IGS) - DGAR(GSN-IRIS) (d=18.2km)

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スマトラ地震 地震波観測 スマトラ地震 地震波観測 (7)(7)DGAR(IGS) - DGAR(GSN-IRIS) (d=18.2km)

(0.01Hz- )

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スマトラ地震 地震波観測 スマトラ地震 地震波観測 (8)(8)DGAR(IGS) - DGAR(GSN-IRIS) (d=18.2km)

(0Hz-0.01Hz)

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まとめまとめ

• HR-GPS/GNSS 衛星時計推定• HR-PPP の手法• HR-PPP の応用例

地殻変動解析、地震波観測• 今後の課題 :

リアルタイム、長周期ノイズ低減、高速化

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