衛星測位システムの世界的動向 · 2004. 8. 12. ·...

衛星測位システムの世界的動向について

東京海洋大学海洋工学部

（旧：東京商船大学）情報通信工学研究室

安田明生[email protected]

衛星測位システムの世界的動向

• 日本のＧＰＳ消費者市場の動向

• GPSの動向

• ＧＬＯＮＡＳＳの動向

• ＧＡＬＩＬＥＯ計画の動向

• 準天頂衛星システムの概要

カーナビ累積出荷台数（3月末）

13,744,000

2003/12

台数

1千万

8百万

1千２百万

携帯電話普及台数

　　　　平成元年3月末　　　　　242,888　　　　　平成　2年3月末　　　　　　 489,558　　平成 6年3月末 2,131,367

平成11年3月末 41,530,002 平成14年3月末 69,121,131平成15年3月末 75,656,952

　　　　　平成15年12月末 79,787,101　　　　　平成16年 1月末 80,128,725

<PHS> 平成11年3月末 5,777,590　　　　　　　　　平成15年1月末 5,532,140

平成16年1月末 5,183,339

日本の全人口

１億2千８百万人（平成14年10月）

GPSに対するニーズとシーズ

カーナビ用に絶対位置が欲しい

精度は余り良くないが（数１０ｍ），大量生産で安価な受信機の開発

パーソナルナビの開発

移動体でリアルタイムで使いたい

ワン・エポックでアンビギュィティ決定　　１Hz　＞　１０Hz　＞　１００Hz

ＶＲＳで広域化

高精度化軌道予測時計モデルの改良屋内で使いたい

それでは携帯でも使ってみよう

コード測距搬送波位相測距

地殻変動のモニターにも使えるらしい（広域・定点でmm～cmの精度）

電子基準点・１２００点

信頼性の向上マルチパスを何とかしたいもっと高感度に高速移動体で使えるかも

GPS衛星の現状と打ち上げ予定　BlockⅡ衛星　（）は退役前のPRN番号、時間はUT

番号 PRN 軌道打上日時計サービス開始時退役日

Ⅱ-1 14 (14) 89-02-14 89-04-15 05:02 00-04-14

Ⅱ-2 13 02 B-5 89-06-10 Cs 89-08-10 20:46

Ⅱ-3 16 (16) 89-08-18 Cs 89-10-14 20:21 00-07-27

Ⅱ-4 19 (19) A-4 89-10-21 Rb 89-11-23 03:13 01-09-11

Ⅱ-5 17 17 D-6 89-12-11 Cs 90-01-06 03:30

Ⅱ-6 18 (18) 90-01-24 Cs 90-02-14 22:26 00-10-13

Ⅱ-7 20 (20) 90-03-26 90-04-18 96-05-10

Ⅱ-8 21 (21) E-2 90-08-02 Cs 90-08-22 15:00 03-01-27

Ⅱ-9 15 15 D-5 90-10-01 Cs 90-10-15 00:39

BlockⅡA衛星番号 PR

N軌道打上日時計サービス開始時退役日

Ⅱ-10 23 23 E-5 90-11-26 Cs 90-12-10 23:45Ⅱ-11 24 24 D-1 91-07-04 Rb 91-08-30 04:44Ⅱ-12 25 25 A-2 92-02-23 Cs 92-03-24 11:00Ⅱ-13 28 (28) 92-04-10 92-04-25 97-05Ⅱ-14 26 26 F-2 92-07-07 Rb 92-07-23 19:43Ⅱ-15 27 27 A-4 92-09-09 Cs 92-09-30 20:08Ⅱ-16 32 01 F-4 92-11-22 Cs 92-12-11 14:49Ⅱ-17 29 29 F-5 92-12-18 Rb 93-01-05 16:39Ⅱ-18 22 22 B-1 93-02-03 Cs 93-04-04 05:20Ⅱ-19 31 31 C-5 93-03-30 Cs 93-04-13 20:53

Ⅱ-20 37 07 C-4 93-05-13 Cs 93-06-12 16:15Ⅱ-21 39 09 A-1 93-06-26 Cs 93-07-20 12:54Ⅱ-22 35 05 B-4 93-08-30 Cs 93-09-28 19:29 03-08-06

Ⅱ-23 34 04 D-5 93-10-26 Cs 93-11-22 18:20Ⅱ-24 36 06 C-1 94-03-10 Cs 94-03-28 14:20Ⅱ-25 33 03 C-2 96-03-28 Cs 96-04-09 21:17Ⅱ-26 40 10 E-3 96-07-16 Cs 96-08-15 15:05Ⅱ-27 30 30 B-2 96-09-12 Cs 96-10-01 15:28Ⅱ-28 38 08 A-3 97-11-06 Rb 97-12-18 15:24

04-02-13

Ｂｌｏｃｋ　ⅡＲ　衛星

04-04ｰ05Rb04-03-20C-31959ⅡR-11

04-01-12Rb03-12-21E-22247ⅡR-10

03-04-11Rb03-03-31D-32145ⅡR-9

03-02-18 15:53Rb03-01-29B-11656ⅡR-8

01-02-15Rb01-01-30E-41854ⅡR-7

00-12-10Rb00-11-10F-11441ⅡR-6

00-08-17 13:51Rb00-07-16B-32844ⅡR-5

00-06-01 16:09Rb00-05-11E-12051ⅡR-4

00-01-03Rb99-10-07D-21146ⅡR-3

98-01-31 00:57Rb97-07-23F-31343ⅡR-2

打ち上げ失敗Rb97-01-1742ⅡR-1

サービス開始時時計打上日軌道PRN番号

今後の打ち上げ予定

• IIR-12 F-4 : 22 July 2004

• IIR-13 　　 : 22 September 2004

• IIR-14/M-1 : 01 February 2005

• IIR-15/M-2 : 20 April 2005（前刷りの修正）

• IIR-16/M-3 : 24 June 2005 （前刷りの修正）

http:// 164.214.2.59:80/GandG/sathtml/satinfo.htmlNational Imagery and Mapping Agency

2004年4月9日

I n t e g r i t y - S e r v i c e - E x c e l l e n c e

GPS Space & Control IIR / IIR-M Schedule

FY03 FY04 FY05 FY06 FY07 FY08 FY09

Operations / sustainmentIntegration / testDesign / developmentKey events

Concept activitiesProduction / fielding

Time now

SV: Space VehicleWGMIC: Waveform Generator Modulator

Intermediate Power Amplified Converter11 12 13108 9

Launch Capable

DeliveryM1

M2

M3

M4

M5

M6

M7

Launch

GPS IIR

WGMIC Qualification

GPS IIR-M

SV #1

SV #2

SV #3

SV #4

SV #5

SV #6

SV #7

SV #8

I n t e g r i t y - S e r v i c e - E x c e l l e n c e

GPS Space & Control IIF Schedule

FY03 FY04 FY05 FY06 FY07 FY08 FY09

Operations / sustainmentIntegration / testDesign / developmentKey events

Concept activitiesProduction / fielding

Time now

ATPLong Lead (LL)

ATPLL

ATPLL

Authority to Proceed

(ATP)

ATP

Study Re-Design Qual/Life Test

GPS IIF

Space Vehicles #1 - #3

Development




Space Vehicles #13 - #15 & #16

Launch CapableDelivery

Launch

ATP

GPSの信号計画

P(Y)P(Y)

C/AC/A

C/AC/A

P(Y)P(Y)

MM

C/AC/A

P(Y)P(Y)

MM

1575 1575 MHzMHz(L1)(L1)

現在の信号(Block II/IIA/IIR)

P(Y)P(Y)

P(Y)P(Y)

C/AC/A（（CS)CS)MM

1176 1176 MHzMHz(L5)(L5)

P(Y)P(Y)

C/AC/A（（CS)CS)MM

1227 1227 MHzMHz(L2)(L2)

L2に民生コードを付加軍用にMコードを新設

信号出力の増大Block IIR-M

2005年から打ち上げ(IOC: 2009; FOC: 2012)

民生用L5を全Block IIFに付加2006年から打ち上げ

(IOC: 2013; FOC 2015)

GPS　III　　L1C　

３つの民生周波数の比較

CivilSignal

CarrierFrequenc

y(MHz)

CodeLength(chips)

CodeClock(MHz)

ModBit Ｒate(bps)

FECRelativeData

Recovery(Carrier Track)

Threshold(dB)

FOC

L1 1,575.42 1,023 1.023 BPSK 50 No 0.0 Now

L2 1,227.60 10,230(CM)767,250(CL)

1.023 BPSK 25 Yes +2.7 (+0.7) ～2011

L5 1,176.45 10,230 10.23 QPSK 50 Yes +5.7 (+6.7) ～2015

R. D. Fontana, W. Cheung, and T. Stansell, “The Modernized L2 Civil Signal,” GPS World, pp28-35, Sep. 2001.

BOC(10,5)：１０MHz＝サブキャリア，５MHz＝コードレート

Binary Offset Carrier

Power Spectral Density of M Code Signal at 1 W

マルチパス誤差と遅延距離の関係（振幅比0.25、コリレータ間隔1.0chip）

生じ

るマ

ルチ

パス

誤差

（ｍ

）

100m 200m 300m 400m

30m

-30m

同相（上側）

逆相（下側）

C/Aコード1.023MHzPコード

10.23MHz

遅延距離（ｍ）

BOC(１，１）の相関波形

＋１Chip－１Chip

通常のPSKの相関波形（C/Aコード,　Pコード）

GPSの測位誤差要因と誤差の見積もり

3.65.4利用者等価測距誤差

（UERE）

2.1

2.1

1.2

0.7

1.4

0.5

2.1

2.1

0.1

0.7

1.4

0.5

3.4

2.1

2.1

4.0

0.7

2.0

0.5

軌道情報

衛星時計

電離層伝搬誤差

対流圏伝搬誤差

マルチパス

受信機ノイズ

PPS(L1 and L2)SPS (C/A code on L2 and/or L5)

SPS (L1 only)誤差源

測距誤差の1σ　（m）

GPS近代化のメリット

• ３周波数による電離層遅延量の測定

• ３周波数により耐干渉性

• 出力アップによるＣＮの向上

• 長コードによる分離性能向上

• Ｌ５によるマルチパスの軽減

• Ambiguityの高速決定

　　　　（L2，L5のワイドレーン）

世界のWAASサービス

３静止衛星２インマルサット＋ARTEMIS

静止衛星

２静止衛星２インマルサット

世界のWAASサービス

• WAAS(Wide Area Augmentation System)　米国（2003年7月サービス開始）

　インマルサットAOR-W（54°W）、POR（180°W）

• EGNOS(European Geostationary Navigation Overlay System)欧州（2004年開始予定）

　インマルサットAOR-E（15.5°W）、

　IOR（65.5°E）>IOR-F5(25°E)2004/04移行、ARTEMIS（21.5°E）

２００４年後半？に打ち上げ延期

（ＨⅡ-Aロケット失敗の原因調査中）

MSAS (MTSAT Satellite-basedAugmentation System)

MTSAT=Multi-functional Transport Satellite 　　　　(運輸多目的衛星：気象衛星を含む）

MTSAT (MSAS) Coverage

ＧＬＯＮＡＳＳ衛星

3MEO　24衛星

昇交点傾斜角　64.8゜

軌道半径25510 km

周回周期　11時間15分40秒

搬送波周波数G1：1602＋K×0.5625 MHzG2：1246＋K×0.4375 MHzK＝-7～24（G2＝G1×7/9）

多重方式　FDMA　M系列

GLONASS Constellation Status( March 26, 2004)

GLONASS Cosmos 　Plane/ 　Frequ.　 Launch 　　　　 Intro 　　　 Status Outage Number　　 number 　slot 　　　chann. 　date 　　　　　　　date 　　　　　　date

　　794 　　　2402 　　1/02 　　04 　　10.12.2003 　　02.02.2004 　　operating

　　789 　　　2381 　　1/03 　　12 　　01.12.2001 　　04.01.2002 　　operating

　　795 　　　2403 　　1/04 　　06 　　10.12.2003 　　30.01.2004 　　operating

　　711 　　　2382 　　1/05 　　02 　　01.12.2001 　　15.04.2003 　　operating

　　701 　　　2404 　　1/06 　　　　　　10.12.2003

　　787 　　　2375 　　3/17 　　05 　　13.10.2000 　　04.11.2000 　　operating

　　783 　　　2374 　　3/18 　　10 　　13.10.2000 　　05.01.2001 　　operating

　　792 　　　2395 　　3/21 　　05 　　25.12.2002 　　31.01.2003 　　operating

　　791 　　　2394 　　3/22 　　10 　　25.12.2002 　　10.02.2003 　　operating

　　793 　　　2396 　　3/23 　　11 　　25.12.2002 　　31.01.2003 　　operating

　　788 　　　2376 　　3/24 　　03 　　13.10.2000 　　21.11.2000 　　operating

Note: All the dates (DD.MM.YY) are given at Moscow Time (UTC+0300)

ガリレオ衛星

姿勢センサーL-Band アンテナ

逆向反射鏡（レーザ測距用）

E1：1589.742MHzE2：1561.098MHzE5：1207.140MHzE6：1278.75MHzC1：5019.861MHz

3MEO 30衛星

昇交点傾斜角　56゜

軌道半径　29980 km

周回周期14時間21分36秒

I-ChannelE5a E5b E6 E2 L1 E1

1561 1590

12071176

1279

12891269

1575

PRSBOC(n,m)250 sps

OS/SoLBPSK(10)50 sps

OS/ SoL /CSBPSK(10)250 sps

OS/ SoL Pilot ChannelBPSK(10) resp. BOC(15,10)

PRSBOC(10,5)250 sps

30 MHz 20 MHz 28 MHz

1191

OS/ SoL Pilot ChannelBPSK(10) resp. BOC(15,10)

CSPilot BPSK(5)+Data ChannelBPSK(5) multiplexed1000 sps

OS/ SoL Pilot+Data ChannelBOC(2,2) multiplexed200 sps

Q-Channel

ガリレオシステムの構成概念図

USER SEGMENT

IULSICCIMSNetwork

TTCL-ba

nd

S-band

L - bandS-ba

nd

NSCCOSS

Network

GALILEO GALILEO

NAVIGATION CONTROL &CONSTELLATION MANAGEMENT

INTEGRITY DETERMINATION& DISSEMINATION

L-bandNAV

UHFS&R

….

REGIONALREGIONALCOMPONENTS COMPONENTS

IULS

ICC

IMSNetwork

…

IULS

ICC

IMSNetwork

GEO

NLES

MCC

RIMSNetwork

EGNOS

LOCALLOCALCOMPONENTSCOMPONENTS

…Local

MSDATALINK

Local MS

DATALINK

COSPAS-SARSATGROUND SEGMENT

SERVICECENTRES

MEO CONSTELLATION

UMTSUMTS

USER SEGMENT

IULSICCIMSNetwork

TTCL-ba

nd

S-band

L - bandS-ba

nd

NSCCOSS

Network

GALILEO GALILEO

NAVIGATION CONTROL &CONSTELLATION MANAGEMENT

INTEGRITY DETERMINATION& DISSEMINATION

L-bandNAV

UHFS&R

….



IULS

ICC

IMSNetwork

…

IULS

ICC

IMSNetwork

GEO

NLES

MCC

RIMSNetwork

NLES

MCC

RIMSNetwork

EGNOS

LOCALLOCALCOMPONENTSCOMPONENTS

…Local

MSDATALINK

Local MS

DATALINK

…Local

MSDATALINK

Local MS

DATALINK

COSPAS-SARSATGROUND SEGMENT

SERVICECENTRES

MEO CONSTELLATION

UMTSUMTS

GLOBAL COMPONENTGLOBAL COMPONENTGLOBAL COMPONENTGLOBAL COMPONENT

Galileo Services

　

CS　Commercial Service DF Dual FrequencyIA　Improved Accuracy 　　 MC　Multiple CarrierOS　Open Service　　　　　　　　PRS　Public Regulated ServiceSoL　Safety of Life Service　　　　SF　Singled FrequencyVA　Value Added

ガリレオの信号帯域利用図

Id OSSF

OSDF

OSIA SoL CS

VACSMC

PRS

E5aI,Q

E5bI,Q

E6A

E6B,C

L1A

L1B,C

Beidou（北斗） positioning and navigation system

• Stationed over the equator at 80 /140 deg E longitude. Static orbits with 60 deg offset.

• Positioning done by ground station, transferred to users.

• Height constrained in positioning computation.

• Fiducial calibration stations distributed over China.

• Regional pos.&nav. system.• Capable of

positioning&navigation(20-100m), timing(20ns) and communication(short telex).

Basics on BD:

Beidou （北斗）Scheme

準天頂GPS補強測位システムの概念

　GPSを補完・補強し、GPSをより高精度化することを目指した衛星測位システム。DGPS・搬送波位相情報。

→補強（信頼性、利用保証の向上）

　・システム情報を常時提供する。（正常／異常を迅　　　速に通知：インテグリティー）通信機能

　・GPSを補強する上位互換性を持ったシステムであ　　り、GPS使用不能時には単独で受信しても高精度　　の測位を可能とする。

静止軌道衛星と対称８の字衛星

Eccentricity = 0 Inclination is 0 and 45 degree

Elliptical Orbit of Eccentricity of 0.14 and 0.36

e=0.14 e= 0.36

1 grid = 10,000 km

Earth Track of the Inclined Synchronous Orbit

Inclination 45°Eccentricity 0 Inclination 45°Eccentricity 0.1

Inclination 45°Eccentricity 0.3Inclination 45°Eccentricity 0.2

衛星配置とＤＯＰ天頂

仰角

120°

302.580303.44513.249303.734428.72985 　　　　

75.14276.0066.65076.296107.08680 　

　　　　　

18.28819.1473.37619.44226.69270

7.7698.6192.3098.92311.83160 　

3.1173.9421.6334.2675.28445 　

　

1.5282.3091.3332.6673.07330 　

0.8541.5581.1951.9642.141 15

0.6401.2651.1591.7161.831　

　　

5°

TDOPVDOPHDOPPDOPGDOP仰角

まとめ• 日本のGPS市場動向・技術動向の概観

• GPSの現状と将来動向

• GPS近代化のメリット

• GLONASSの動向

• 北斗（中国の測位システム）の概要

• Galileoの概要

• 準天頂衛星測位システムの概要

ご質問・ご意見等　[email protected]

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