スードライトの基礎知識 pdfファイル版

スードライトの基礎知識
INDOOR POSITIONINGの可能性
平成1５年３月１２日
測位衛星技術株式会社
スードライト(Pseudolites:PL)とは
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地上に設置する“疑似的（Pseudo）な衛星（Satellite)”
1970年代GPS衛星打上前の地上テストにおいて使用
GPS衛星信号と互換性のある信号を発生
基本的にGPSと同じ周波数を使用（L1：1575.42MHz）
• 衛星補強システムの１つとして期待 ⇒RTCM SC104でも信号仕様を定義 • ユーザ受信機に改良が必要
背景の確認
●ポジショニングの多様化
・ｶｰナビゲーションの完全普及
・携帯電話の測位機能（GPSOｎｅ，ＰＨＳによるポジショニングなど）
・ロケーションサービスの開始（ココセコム，イマドコサービス他）
●衛星測位環境の充実
・GPS：第3周波数L5の追加、静止衛星からのGPS信号発信（オーバーレイ）
・２００４年から欧州によるガリレオシステムSTART
・２００５年ロシアGLONASSシステム完成
●MTSATからWAAS信号発信
●国土地理院の電子基準局⇒VRSサービス開始準備
●ITRF測地系への統一（GPS利用の座標系）
【ポジショニングニーズ】
室内から屋外でのシームレスなポジショニング技術の確立
室内から屋外でのシームレスなポジショニング技術の確立
１．携帯電話などを対象としたシームレスナビゲーション⇒メートルレベル
２．ＩＮＤＯＯＲにおける高精度ポジショニング ⇒センチメートルレベル
Ｐｓｅｕｄｏｌｉｔｅ技術への期待
実験システム系統図
GPS衛星
GPS信号L1
GPSアンテナ
GPSアンテナ
IN400
スードライト
スードライト信号L1
GPSアンテナ
特定小電力無線機
RTCM
ディファレンシャル補正値
スードライト対応
GPS受信機
IN2400
DGPS基地局
IN400
スードライト
スードライトの利点
1. スードライトにより、GPS衛星の数が“追加” =>衛星数の増加による信頼性の向上
2. スードライト配置によるDOPの向上 =>測位精度の改善
3. 移動体における急激なジオメトリーの変化 =>RTKにおける高速ambiguity決定が可能
・α=90°で正確な ambiguityの決定が可能
・αが大きくなるにつれて
遠近比が問題となる
Ｐｓｅｕｄｏｌｉｔｅ 利用イメージ 室内外シームレスな測位
都市部でも測位可能！
ＩＴＳ 自動走行
歩行者ＩＴＳ
バリアフリー
ロボット制御
実用化へのプロセス
インテグリティーノーティクス社代理権確保
認証されたスードライト開発
●インフラ設備 ●インフラ設備 実用評価試験 独自開発 普及機生産
●端末機 実用評価実験 評価受信機 小型チップ
２００３∼２００４
携帯電話他情報端末への挿入
次世代携帯電話
ボード受信機
Ｐｓｅｕｄｏｌｉｔｅ ＆ ＲＴＫ
先行事例∼瞬間ＦＩＸ∼
Ｏｕｔｒｉｄｅｒ ＴＵＡＶ
スタンフォード大学 室内におけるスードライト研究例
スードライト発信機
プレートの裏側
・商用6チャンネルGPS受信機を改良
・4つのアンテナ
・19.2kbpsRFモデム
Ｒｏｂｏｔ ＆ Ｔａｒｇｅｔ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ
【スードライト】
・GPS衛星として6個のスードライトを配置
・1つのスードライトをマスタとして、タイミングデータ
を受信機の同期のために使用。
その他のアプリケーション
• 露天掘り等における擬似衛星の利用
• その他GPS衛星の確保が難しい場所にお
ける擬似衛星による補完
基礎検証実験概要
スードライトの配置（位置関係や距離）、設置場所、マルチパス、
遠近問題などによってどのように利用可能性や測位精度が影響されるかについて基礎的な実験を行う。
その結果をもってＰＬ設置に関する各種パラメータのガイダンスを策定する。
利用可能性・精度の検証
基礎データの取得
室内での利用を
想定した際の課題
特に室内での利用に際しての課題（時刻同期、補正データ
配信、アンビギュイティの解決など）に関して、これらをクリアす
るための基礎実験。
電波伝播特性に関する
基礎データ収集
利用可能範囲や測位精度の推定シミュレーションにおいて必要な
GPS、およびスードライトの電波伝播特性（減衰、反射、吸収、透過
など）に関する基礎データを収集するための基礎実験。
遠近問題（Near/Far Problem）
1
10
• 地上におけるGPS信号レベルはほぼ一定(-130dBm）
• 信号レベルは距離の2乗に逆比例
近い（Near)ゾーン⇒ PL信号がGPS信号を妨害
遠い（ Far )ゾーン⇒ PL信号は受信不能
• 連続的な信号（非パルス方式）⇒遠近比は約10:1
遠近問題への対応法
（下記の複数を同時に採用）
• TDMA方式.
方式 ランダムまたは特定のサイクルレートでパルス信号を
生成し出力。
• FDMA方式.GPSのL1帯から周波数をオフセットさせる。
L：1575.42MHz±1.023MHzを用いる。比較的最近の 技術で受信機側でより多くの改修が必要。
• CDMA方式. 異なるゴールドコードを利用. GPSのC/Aコード1023種
類の中でGPS、WAAS等で使用されているものを除く 712種類の中から利用。
パルス方式の基本概念（パルス ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅの考え方）
ＰＬ２
ＰＬ２
ＰＬ１
ＰＬ２
ＰＬ２
ＰＬ１
ＰＬ２
ＰＬ１
ＰＬ２
２４ｃｈｉｐｓ
１ｍｓ
1023ｃｈｉｐｓ
● PL1のパルスＤｕｔｙ⇒７．５％ ＝ 十分受信できるＤｕｔｙサイクル
２．５％×３
● １コード長（１０２３ｃｈｉｐｓ）当たりに３パルスが望ましい。
● 例 ＰＬ×4個 ⇒ ３０％
● Ｃ／Ａコード（１０２３ｃｈｉｐｓ）のｺｰﾄﾞパターンは、変わらない！
パルス方式の基本概念
・なぜ、ＧＰＳ信号が受信できるのか？
・なぜ、ＰＬ（パルス）でコード判読できるのか？
１パルス＝２４ｃｈｉｐｓ
１０１００１１０１
２．５％×３＝７％でのパルス送信！
この部分は、
ＧＰＳ信号はできない！
１０２４ｃｈｉｐｓ
通常１０スロット（ＲＴＣＭで規定）
ＧＰＳ受信機では、１０ｽﾛｯﾄのパターンを受け取る中で
コードパタンを一致させる。
GPS信号妨害への対処法
• パルス方式
• コードは時間により拡散されている（TDMA)
PL有効ゾーン
重なるPLゾーン数
<10~15でなければなら
ない
オーバーラップするPLゾーン数には限界あり
カバレッジを犠牲にせず、 オーバーラップするPL数を制限するためには…
• Nearゾーンを物理的に隔離 →高層ビルやタワーの屋上に設置
• セル分割方式 (携帯電話と同様)
それぞれのセルに
~10台のPLを配置
スードライト基礎干渉実験
【目的】
ｽｰﾄﾞﾗｲﾄの基礎検証実験を行なうにあたって、ｽｰﾄﾞﾗｲﾄが最大出力で送出した
場合においても、実験エリア外の一般ＧＰＳユーザーに影響を及ぼさない安全
距離の算出と検証を行う。
敷地外
安全距離
実験エリア
ＧＰＳ信号強度
Ａ．通常電界⇒−１１０ｄBm
Ｂ．弱電界 ⇒−１３０ｄBm
アッテネーター
α
スードライト出力
ＭＡＸ；＋３ｄBｍ
スードライト
信号合成器
β
安全距離
ユーザーＧＰＳ
a．測量用受信機
b. 普及型受信機
【実験手順】
境界線
１．ＧＰＳ信号強度をＡ．Ｂそれぞれの入力レベルに対して
⇒アッテネータβを減衰量を段階的に小さくし、ユーザーＧＰＳが干渉した
時のアッテネータ−量（減衰量）を測定する。
２．連続送出とパルス送出の両方式について測定を行なう。
３．その時の減衰量からｽｰﾄﾞﾗｲﾄ最大出力時の離れるべき距離を算出する。
同軸伝送路実験概要
屋上ＧＰＳアンテナ
スードライト出力
ＭＡＸ；＋３ｄBｍ
固定減衰器
信号合成器
−４ｄB
−７ｄB
ＧＰＳ信号強度
Ａ．通常電界⇒−１１０ｄBm
Ｂ．弱電界 ⇒−１３０ｄBm
４分配器
２分配器
可変アッテネータ
スードライト
スペクトラム
アナライザー
測量ＧＰＳ受信機
一般ＧＰＳ受信機
−７ｄB
０ｄB ∼ −１００ｄB
（安全距離の算出）
自由空間伝播損失＝２０ｌｏｇ（４πＤ／λ）
測定した各自由空間伝播損失を
上記値を計算式に当てはめ、安全距離Ｄを算出する。
測量用ＧＰＳ受信機：アシュッテック Ｚ−Ｓｕｒｖｙｏｒ２周波受信機
一般ＧＰＳ受信機 ：ガーミン社 ＧＰＳⅢ一周波受信機
（入力ＧＰＳ信号強度について）
通常ＧＰＳ受信機は、−１１０ｄBm∼−１２０ｄBmで受信できるように設計されて
いる。従って、今回の実験では
通常受信を−１１０ｄBm、弱い受信感度時を−１３０ｄBmとして実験を行なった。
パルスＤｕｔｙの状況
Ｄｕｔｙ１００％連続波（１０２４ｃｈｉｐｓ）
Ｄｕｔｙ１０％（１０２ｃｈｉｐｓ）
Ｄｕｔｙ２０％（２０５ｃｈｉｐｓ）
Ｄｕｔｙ５％（２５ｃｈｉｐｓ）
実験機器 １
ＩＮ４００スードライト
ＩＮ１２００ スードライト対応１周波受信機
2周波測量機
マゼラン社 Ｚ−ｓｕｒｖｅｙｏｒ
ガーミン ＧＰＳⅢ １周波受信機
実際に設置を仮定した時のＰＬ送信出力
−５２．３ｄＢｍ
ＰＬ１
−６２．７ｄＢｍ
ＰＬ２
１２ｍ
４０ｍ
１１６ｍ
３５ｍ
−１３０ｄBｍ
20°
2周波干渉強度 仮定出力ＰＬ１ 干渉距離 仮定出力ＰＬ２ 干渉距離
連続波
-97.3dBm
-52.3dBm
2.7m
-62.71dBm
0.82m
20％パルス
-95.7dBm
-52.3dBm
2.25m
-62.71dBm
0.67m
10％パルス
-83.0dBm
-52.3dBm
0.5m
-62.71dBm
0.16m
2.5％パルス
干渉なし
-52.3dBm
対象外
-62.71dBm
対象外
ＧＰＳ/PL
テスト結果
• パルス方式による遠近比の向上 :
– PLから18km離れた航空機においてPL信号を問題なく受信
– PLから18cmの距離でハンドヘルド受信機はGPS信号を受信 (IntegriNautics社による実験)
⇒遠近比：100,000：1
実験機器構成
GPS/PL用基準局
GPS用基準局
GPS L1／Ｌ２アンテナ
GPS L1アンテナ
PL基準局
IN2400BAS
GPS Diff 基準局
Z-12 RTCM
Type1
SS無線
（GPS/PL補正用）
特小無線
（GPS DGPS補正用）
２分配器
評価用受信機群（移動局）
GPS RTK基準局
Z-12 DBEN
GPS L1/L2アンテナ
特小無線
（GPS RTK補正用）
４分配器
GPS/PL 1周波 受信機
スードライト対応
（ IN2400Rov）
表示・記録用PC
SS無線
（GPS/PL補正用）
特小無線
（GPS RTK補正用）
特小無線
（GPS DGPS補正用）
GPS ２周波 搬送波受信機
測量・高精度用
（Ashtech Z-12Extreme）
表示・記録用PC
GPS 1周波 搬送波受信機
高精度ナビ・コントロール
（Ashtech G-12）
表示・記録用PC
GPS 1周波 コード受信機
カーナビゲーション用
（Ashtech G-8）
表示・記録用PC
Z12 (RTK-GPS)
PL出力小、PL全て使用
水平方向測位結果
計測値（fix解）
計測値（float解）
真値
スタート地点
25
20
PRN
36
15
PRN
33
BAS
PRN
地上PseudoLite 屋上PseudoLite
40
10
PRN
35
5
y[m] （北向きが正）
PRN
39
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-30
-25
-20
-15
-10
-5
x[m] （東向きが正）
0
5
10
IN2400 (Pseudolite)
PL出力小、PL屋上2個と40番を使用
水平方向測位結果
IN2400 (Pseudolite)
PL出力小、PL地上3個を使用
25
計測値
真値
スタート地点
鉛直方向測位結果
0.8
計測値
真値
0.6
20
高さ[m]
0.4
15
0.2
0.0
10
-0.2
計測値の真値に対する残さ（水平方向は真値からの距離）
0.40
5
水平方向
鉛直方向
0.30
0.20
0
残さ[m]
0.10
-0.20
rms（水平）：0.0417m
rms（鉛直）：0.1154m
-0.30
-0.40
DOP
8
HDOP
VDOP
7
6
y[m] （北向きが正）
0.00
-0.10
-5
-10
-15
DOP
5
4
-20
3
2
1
-25
0
全衛星数
GPS衛星数
PL数
衛星数
12
10
-30
衛星数
8
6
-35
4
2
-40
0
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
水平方向移動距離[m]
-45
-30
-25
-20
-15
-10
-5
x[m] （東向きが正）
0
5
10
実験会場（Θ館）
実験構成（PL送信アンテナ）
PRN34
PRN34
PRN33
PRN33
PRN35
PRN36
PRN36
PRN35
実験構成（リピータ）
屋外GPS
受信アンテナ
リピータ
送信アンテナ
リピータ
屋外GPS
実験構成（BASE・ROV）
ROV位置(P41)
BASE
P41 P5
BASE設置位置
ROV位置(P5)
屋内実験
• GPS信号の再放射をする前提上、受信機時刻の誤差を
補正する技術を利用する。
• 開発したスードライトシステムは、2つのスードライトを利
用してコードによる2次元的な屋外測位を可能にしている。
• ユーザーの高さと屋外アンテナの座標は補正情報（メッ
セージ？）の一部として伝達される。
• 開発されたシステムはGSSシングルチャンネルシュミレー
ターを利用しての検証もなされた。
• ソフトは同梱のコンピューターのリアルタイムモードとポス
トプロセシングモードで実行された。
2つのスードライトのみで受信機の位置を割り出す等式
• ( XRA - XS )2+ (YRA -YS )2 +(ZRA- ZS )2 + TL +
( X - XRT )2+ (Y -YRT )2 +(Z- ZRT )2 + TR + AtmErr +TS = P02
• ( X – X1 )2+ (Y –Y1 )2 +(Z- Z1 )2 + TR + TPL1 = P1 2
• ( X – X2 )2+ (Y –Y2 )2 +(Z- Z2 )2 + TR + TPL2 = P2 2
• Z=H
TPL2 ,TPL2 , AtmErr, TS - removed by DD
X,Y,Z,TR - ?
屋内測位における問題点
• マルチパス （より好条件の設置場所の為、実験結果はルーバーで20-25mの誤差、
参考用受信機でもメーターレベルの誤差が生じた。）
2重解 （GPS衛星では起こり得ない、2つの解を等式は提示する。）
•
• 初期座標
– 非線形の擬似距離方程式を真値近くで線形化する必要がある。
– PLまでの距離は衛星までのそれより遥かに近くにあり、従って、初期座標誤差に
よる方向コサイン誤差の方が重要である。
[δ X]= ([A]T[A]) -1 [A]T[δr]
GPS Satellite
PL
<- 20 km ->
True position
True position
<- 20 m ->
Linearization point
Linearization point
- 既存の解決方法: 基準点から測位を開始する – 実生活の用途に不適当
-基準点が比較的重要でない測位計算方法が別途必要である。分析的解決案
に基づく特別な演算方法を利用した。
Example of the Analytical Solution, where TR = 0, Z = H
•
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•
•
•
•
x1 = [ -1/2*(-1/(-8*p2_y*p1_y-8*p1_x*p2_x+4*p2_y^2+4*p1_y^2+4*p2_x^2+4*p1_x^2)*(-4*p2_y^2*p1_y-4*p2_y*d2+4*p2_y^3-8*p1_x*p2_x*p2_y+4*p2_y*p1_x^2-4*p1_y*d1+4*p2_x^2*p2_y+4*p2_x^2*p1_y8*p1_x*p2_x*p1_y-4*p2_y*p1_y^2+4*p1_x^2*p1_y+4*p2_y*d1+4*d2*p1_y+4*p1_y^3+4*(12*p1_x^2*p2_x^2*d2+8*p2_y*d2*p1_x*p2_x*p1_y-8*p2_y^3*p1_y*p1_x*p2_x+12*p2_y^2*p1_y^2*p1_x*p2_x4*p2_y^2*d2*p1_x*p2_x-4*p2_y*d2*p2_x^2*p1_y-4*p2_y*d2*p1_x^2*p1_y-16*p1_x*p2_x^3*p2_y*p1_y+24*p1_x^2*p2_x^2*p2_y*p1_y-16*p1_x^3*p2_x*p2_y*p1_y-4*p1_x*p2_x*p2_y^2*d18*p1_x*p2_x*p2_y*p1_y^3-4*p2_y*p1_x^2*p1_y*d1-4*p1_y*d1*p2_x^2*p2_y-4*p1_y^2*d1*p1_x*p2_x-4*p1_x*p2_x*p1_y^2*d2-4*p1_x*p2_x*d2*d1+4*p2_y^3*p1_y*p1_x^2+4*p2_y^3*p1_y*p2_x^26*p2_y^2*p1_y^2*p2_x^2-6*p2_y^2*p1_y^2*p1_x^2+2*p2_y^2*d2*p1_x^2+2*p2_y^2*d2*p2_x^2+2*p2_y^4*p1_x*p2_x12*p1_x^2*p2_x^2*p2_y^2+8*p1_x^3*p2_x*p2_y^2+8*p1_x*p2_x^3*p2_y^2+4*p2_y*p1_x^4*p1_y+2*p2_y^2*p1_x^2*d1+4*p2_y*p1_x^2*p1_y^3+2*p1_y^2*d1*p2_x^2+2*p1_y^2*d1*p1_x^2+4*p2_x^4*p2_y*p1_y
+2*p2_x^2*p2_y^2*d1+4*p2_x^2*p2_y*p1_y^3+8*p2_x^3*p1_y^2*p1_x12*p2_x^2*p1_y^2*p1_x^2+2*p2_x^2*p1_y^2*d2+8*p1_x^3*p2_x*p1_y^2+2*p1_x*p2_x*p1_y^4+2*p1_x^2*p1_y^2*d2+12*p1_x^2*p2_x^2*d1-8*p1_x*p2_x^3*d2-8*p1_x*p2_x^3*d1-p2_y^4*p1_x^2p2_y^4*p2_x^2-2*p2_y^2*p1_x^4-2*p2_x^4*p2_y^2-2*p2_x^4*p1_y^2-p2_x^2*p1_y^4-2*p1_x^4*p1_y^2-p1_x^2*p1_y^4+20*p1_x^3*p2_x^3-15*p1_x^2*p2_x^415*p1_x^4*p2_x^2+6*p1_x*p2_x^5+6*p1_x^5*p2_x+2*p2_x^4*d2+2*p2_x^4*d1-p2_x^2*d2^2-p2_x^2*d1^2-p1_x^2*d2^2+2*p1_x^4*d2+2*p1_x^4*d1-p1_x^2*d1^2-p2_x^6p1_x^6+8*p1_x*p2_x*p2_y*p1_y*d1+2*p1_x*p2_x*d2^2-8*p1_x^3*p2_x*d2-8*p1_x^3*p2_x*d1+2*p1_x*p2_x*d1^2+2*p2_x^2*d2*d1+2*p1_x^2*d2*d1)^(1/2))*p2_y+1/(-8*p2_y*p1_y8*p1_x*p2_x+4*p2_y^2+4*p1_y^2+4*p2_x^2+4*p1_x^2)*(-4*p2_y^2*p1_y-4*p2_y*d2+4*p2_y^3-8*p1_x*p2_x*p2_y+4*p2_y*p1_x^2-4*p1_y*d1+4*p2_x^2*p2_y+4*p2_x^2*p1_y-8*p1_x*p2_x*p1_y4*p2_y*p1_y^2+4*p1_x^2*p1_y+4*p2_y*d1+4*d2*p1_y+4*p1_y^3+4*(12*p1_x^2*p2_x^2*d2+8*p2_y*d2*p1_x*p2_x*p1_y-8*p2_y^3*p1_y*p1_x*p2_x+12*p2_y^2*p1_y^2*p1_x*p2_x-4*p2_y^2*d2*p1_x*p2_x4*p2_y*d2*p2_x^2*p1_y-4*p2_y*d2*p1_x^2*p1_y-16*p1_x*p2_x^3*p2_y*p1_y+24*p1_x^2*p2_x^2*p2_y*p1_y-16*p1_x^3*p2_x*p2_y*p1_y-4*p1_x*p2_x*p2_y^2*d1-8*p1_x*p2_x*p2_y*p1_y^34*p2_y*p1_x^2*p1_y*d1-4*p1_y*d1*p2_x^2*p2_y-4*p1_y^2*d1*p1_x*p2_x-4*p1_x*p2_x*p1_y^2*d2-4*p1_x*p2_x*d2*d1+4*p2_y^3*p1_y*p1_x^2+4*p2_y^3*p1_y*p2_x^2-6*p2_y^2*p1_y^2*p2_x^26*p2_y^2*p1_y^2*p1_x^2+2*p2_y^2*d2*p1_x^2+2*p2_y^2*d2*p2_x^2+2*p2_y^4*p1_x*p2_x12*p1_x^2*p2_x^2*p2_y^2+8*p1_x^3*p2_x*p2_y^2+8*p1_x*p2_x^3*p2_y^2+4*p2_y*p1_x^4*p1_y+2*p2_y^2*p1_x^2*d1+4*p2_y*p1_x^2*p1_y^3+2*p1_y^2*d1*p2_x^2+2*p1_y^2*d1*p1_x^2+4*p2_x^4*p2_y*p1_y
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x2 = [ -1/2*(-1/(-8*p2_y*p1_y-8*p1_x*p2_x+4*p2_y^2+4*p1_y^2+4*p2_x^2+4*p1_x^2)*(-4*p2_y^2*p1_y-4*p2_y*d2+4*p2_y^3-8*p1_x*p2_x*p2_y+4*p2_y*p1_x^2-4*p1_y*d1+4*p2_x^2*p2_y+4*p2_x^2*p1_y8*p1_x*p2_x*p1_y-4*p2_y*p1_y^2+4*p1_x^2*p1_y+4*p2_y*d1+4*d2*p1_y+4*p1_y^3-4*(12*p1_x^2*p2_x^2*d2+8*p2_y*d2*p1_x*p2_x*p1_y-8*p2_y^3*p1_y*p1_x*p2_x+12*p2_y^2*p1_y^2*p1_x*p2_x4*p2_y^2*d2*p1_x*p2_x-4*p2_y*d2*p2_x^2*p1_y-4*p2_y*d2*p1_x^2*p1_y-16*p1_x*p2_x^3*p2_y*p1_y+24*p1_x^2*p2_x^2*p2_y*p1_y-16*p1_x^3*p2_x*p2_y*p1_y-4*p1_x*p2_x*p2_y^2*d18*p1_x*p2_x*p2_y*p1_y^3-4*p2_y*p1_x^2*p1_y*d1-4*p1_y*d1*p2_x^2*p2_y-4*p1_y^2*d1*p1_x*p2_x-4*p1_x*p2_x*p1_y^2*d2-4*p1_x*p2_x*d2*d1+4*p2_y^3*p1_y*p1_x^2+4*p2_y^3*p1_y*p2_x^26*p2_y^2*p1_y^2*p2_x^2-6*p2_y^2*p1_y^2*p1_x^2+2*p2_y^2*d2*p1_x^2+2*p2_y^2*d2*p2_x^2+2*p2_y^4*p1_x*p2_x12*p1_x^2*p2_x^2*p2_y^2+8*p1_x^3*p2_x*p2_y^2+8*p1_x*p2_x^3*p2_y^2+4*p2_y*p1_x^4*p1_y+2*p2_y^2*p1_x^2*d1+4*p2_y*p1_x^2*p1_y^3+2*p1_y^2*d1*p2_x^2+2*p1_y^2*d1*p1_x^2+4*p2_x^4*p2_y*p1_y
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y1 = [ 1/2/(-8*p2_y*p1_y-8*p1_x*p2_x+4*p2_y^2+4*p1_y^2+4*p2_x^2+4*p1_x^2)*(-4*p2_y^2*p1_y-4*p2_y*d2+4*p2_y^3-8*p1_x*p2_x*p2_y+4*p2_y*p1_x^2-4*p1_y*d1+4*p2_x^2*p2_y+4*p2_x^2*p1_y8*p1_x*p2_x*p1_y-4*p2_y*p1_y^2+4*p1_x^2*p1_y+4*p2_y*d1+4*d2*p1_y+4*p1_y^3+4*(12*p1_x^2*p2_x^2*d2+8*p2_y*d2*p1_x*p2_x*p1_y-8*p2_y^3*p1_y*p1_x*p2_x+12*p2_y^2*p1_y^2*p1_x*p2_x4*p2_y^2*d2*p1_x*p2_x-4*p2_y*d2*p2_x^2*p1_y-4*p2_y*d2*p1_x^2*p1_y-16*p1_x*p2_x^3*p2_y*p1_y+24*p1_x^2*p2_x^2*p2_y*p1_y-16*p1_x^3*p2_x*p2_y*p1_y-4*p1_x*p2_x*p2_y^2*d18*p1_x*p2_x*p2_y*p1_y^3-4*p2_y*p1_x^2*p1_y*d1-4*p1_y*d1*p2_x^2*p2_y-4*p1_y^2*d1*p1_x*p2_x-4*p1_x*p2_x*p1_y^2*d2-4*p1_x*p2_x*d2*d1+4*p2_y^3*p1_y*p1_x^2+4*p2_y^3*p1_y*p2_x^26*p2_y^2*p1_y^2*p2_x^2-6*p2_y^2*p1_y^2*p1_x^2+2*p2_y^2*d2*p1_x^2+2*p2_y^2*d2*p2_x^2+2*p2_y^4*p1_x*p2_x12*p1_x^2*p2_x^2*p2_y^2+8*p1_x^3*p2_x*p2_y^2+8*p1_x*p2_x^3*p2_y^2+4*p2_y*p1_x^4*p1_y+2*p2_y^2*p1_x^2*d1+4*p2_y*p1_x^2*p1_y^3+2*p1_y^2*d1*p2_x^2+2*p1_y^2*d1*p1_x^2+4*p2_x^4*p2_y*p1_y
+2*p2_x^2*p2_y^2*d1+4*p2_x^2*p2_y*p1_y^3+8*p2_x^3*p1_y^2*p1_x12*p2_x^2*p1_y^2*p1_x^2+2*p2_x^2*p1_y^2*d2+8*p1_x^3*p2_x*p1_y^2+2*p1_x*p2_x*p1_y^4+2*p1_x^2*p1_y^2*d2+12*p1_x^2*p2_x^2*d1-8*p1_x*p2_x^3*d2-8*p1_x*p2_x^3*d1-p2_y^4*p1_x^2p2_y^4*p2_x^2-2*p2_y^2*p1_x^4-2*p2_x^4*p2_y^2-2*p2_x^4*p1_y^2-p2_x^2*p1_y^4-2*p1_x^4*p1_y^2-p1_x^2*p1_y^4+20*p1_x^3*p2_x^3-15*p1_x^2*p2_x^415*p1_x^4*p2_x^2+6*p1_x*p2_x^5+6*p1_x^5*p2_x+2*p2_x^4*d2+2*p2_x^4*d1-p2_x^2*d2^2-p2_x^2*d1^2-p1_x^2*d2^2+2*p1_x^4*d2+2*p1_x^4*d1-p1_x^2*d1^2-p2_x^6p1_x^6+8*p1_x*p2_x*p2_y*p1_y*d1+2*p1_x*p2_x*d2^2-8*p1_x^3*p2_x*d2-8*p1_x^3*p2_x*d1+2*p1_x*p2_x*d1^2+2*p2_x^2*d2*d1+2*p1_x^2*d2*d1)^(1/2))];
y2 = [ 1/2/(-8*p2_y*p1_y-8*p1_x*p2_x+4*p2_y^2+4*p1_y^2+4*p2_x^2+4*p1_x^2)*(-4*p2_y^2*p1_y-4*p2_y*d2+4*p2_y^3-8*p1_x*p2_x*p2_y+4*p2_y*p1_x^2-4*p1_y*d1+4*p2_x^2*p2_y+4*p2_x^2*p1_y8*p1_x*p2_x*p1_y-4*p2_y*p1_y^2+4*p1_x^2*p1_y+4*p2_y*d1+4*d2*p1_y+4*p1_y^3-4*(12*p1_x^2*p2_x^2*d2+8*p2_y*d2*p1_x*p2_x*p1_y-8*p2_y^3*p1_y*p1_x*p2_x+12*p2_y^2*p1_y^2*p1_x*p2_x4*p2_y^2*d2*p1_x*p2_x-4*p2_y*d2*p2_x^2*p1_y-4*p2_y*d2*p1_x^2*p1_y-16*p1_x*p2_x^3*p2_y*p1_y+24*p1_x^2*p2_x^2*p2_y*p1_y-16*p1_x^3*p2_x*p2_y*p1_y-4*p1_x*p2_x*p2_y^2*d18*p1_x*p2_x*p2_y*p1_y^3-4*p2_y*p1_x^2*p1_y*d1-4*p1_y*d1*p2_x^2*p2_y-4*p1_y^2*d1*p1_x*p2_x-4*p1_x*p2_x*p1_y^2*d2-4*p1_x*p2_x*d2*d1+4*p2_y^3*p1_y*p1_x^2+4*p2_y^3*p1_y*p2_x^26*p2_y^2*p1_y^2*p2_x^2-6*p2_y^2*p1_y^2*p1_x^2+2*p2_y^2*d2*p1_x^2+2*p2_y^2*d2*p2_x^2+2*p2_y^4*p1_x*p2_x12*p1_x^2*p2_x^2*p2_y^2+8*p1_x^3*p2_x*p2_y^2+8*p1_x*p2_x^3*p2_y^2+4*p2_y*p1_x^4*p1_y+2*p2_y^2*p1_x^2*d1+4*p2_y*p1_x^2*p1_y^3+2*p1_y^2*d1*p2_x^2+2*p1_y^2*d1*p1_x^2+4*p2_x^4*p2_y*p1_y
+2*p2_x^2*p2_y^2*d1+4*p2_x^2*p2_y*p1_y^3+8*p2_x^3*p1_y^2*p1_x12*p2_x^2*p1_y^2*p1_x^2+2*p2_x^2*p1_y^2*d2+8*p1_x^3*p2_x*p1_y^2+2*p1_x*p2_x*p1_y^4+2*p1_x^2*p1_y^2*d2+12*p1_x^2*p2_x^2*d1-8*p1_x*p2_x^3*d2-8*p1_x*p2_x^3*d1-p2_y^4*p1_x^2p2_y^4*p2_x^2-2*p2_y^2*p1_x^4-2*p2_x^4*p2_y^2-2*p2_x^4*p1_y^2-p2_x^2*p1_y^4-2*p1_x^4*p1_y^2-p1_x^2*p1_y^4+20*p1_x^3*p2_x^3-15*p1_x^2*p2_x^415*p1_x^4*p2_x^2+6*p1_x*p2_x^5+6*p1_x^5*p2_x+2*p2_x^4*d2+2*p2_x^4*d1-p2_x^2*d2^2-p2_x^2*d1^2-p1_x^2*d2^2+2*p1_x^4*d2+2*p1_x^4*d1-p1_x^2*d1^2-p2_x^6p1_x^6+8*p1_x*p2_x*p2_y*p1_y*d1+2*p1_x*p2_x*d2^2-8*p1_x^3*p2_x*d2-8*p1_x^3*p2_x*d1+2*p1_x*p2_x*d1^2+2*p2_x^2*d2*d1+2*p1_x^2*d2*d1)^(1/2))];
屋内PL実験
PL
Ref.St.
Rover
•
訂正データーはPL時間訂正を含み, PL座標は室内座標である。訂正メッ
セージの一部であるPL座標とPRNは手動でパネルを通してソフトに導入
する。
• 正確性：コード測位で２∼３ｍの精度（絶対精度）
スムージング測位で１０ｃｍ程度の精度（相対測位精度）
• 演算法は初期座標の情報を必要としない。
Indoor PL test
Roof RMS= Submeter
PL /
Re-transmitter
RS RMS=1m
Rover RMS=10m
•
•
屋外アンテナからの衛星信号及び屋内に伝達された同じ衛星信号からのみ計算され
る測位位置の比較によって、トランスミッターはマルチパスのレベルのモニタリングを
可能にする。
実験において、下記の原因による大きなマルチパスエラーが生じた。
– 坂道
– 金属製の椅子
アンテナ比較
• Antenna C vs. B
• Antenna A vs. B
• Antenna C sees
only 3 PL
• Multipath level
Antenna C 定点観測
•5 meter 誤差
•Multipath 誤差
•測位が安定しない
•(初期位置は正確)
Antenna A 動的観測
• 同じコースを周回
• No フィルター
• Pseudorange のみ
• No true initialization
• 1-2 meter のシフト
• Ｃｏｓ方向の誤算
• Carrier phase を用いれば
改善する。(予想）
• Carrier phase データは、
乱れていた。
Antenna A 動的観測 (II)
• Position chart
– 1st yellow
– 2nd red
– 3rd green
• Number
– green PL+GPS
– GPS
NTTｺﾐｭﾆｹｰｼｮﾝｽﾞ・ｺﾝｿｰｼｱﾑ
社会実験システム構成
システム構成
同期用GPSアンテナ
スードライト発信機
スードライトアンテナ
スードライト受信機
PL/GPSアンテナ
骨伝導スピーカ
基準局
SS無線機
SS無線機
電子コンパス
テンキーボード
電子ｺﾝﾊﾟｽ
モニター背負子
ﾃﾝｷｰﾎﾞｰﾄﾞ
SS無線機
ﾉｰﾄﾊﾟｿｺﾝ
PL/GPSｱﾝﾃﾅ
PCｶｰﾄﾞ
USBﾊﾌﾞ
骨伝導ｽﾋﾟｰｶ
ﾊﾞｯﾃﾘ
PL/GPS受信機
ｼﾘｱﾙUSB変換
実験ルート
東京海上ビル
新丸ビル
実験ルート
皇居
郵船ビル
70m
丸ビル
東京駅
180m
ｽｰﾄﾞﾗｲﾄｱﾝﾃﾅ
GPSｱﾝﾃﾅ
基準局
Ｎ
実験機器システムの構成の検討
„実験機器の小型化
¾ノートPCを軽量でかつ高性能のものを用意
¾アプリケーションの高速化にも取り組み
¾スードライト受信器も小型・軽量化
つくば技術検証実験
地図データの収集・整理
„空間データ作成
—歩行者同様に、地物も高い位置精度を求めら
れる。
—道路台帳附図（縮尺1：1500）アナログ図面から
—ベクトルデータ化（ライン、ポリゴン）、データ構
造化
N
東京海上ビ
ル
至皇居
和田倉門交差
点
横断歩道
地片
国 道１
号
新 丸
ビル
歩 道
地片
都道行幸通
り
至東京
駅
郵 船
ビル
地片ネットワ
ーク
丸 ビ
ル
実験機器の設置および調整
丸ビル
東京海上ビル
郵船ビル
丸ビル
新丸ビル
＊PL01
１：PRN No 33（1745）
２：DATA Source Internal
３：DATA RATE 50Hz
４：パルスパターン RTCM
５：Clock 内部
６：同期 外部
７：Gprime Mode Off
８：パルス遅延 0chips
９：パルス幅 24chips
10：周波数オフセット 0Hz
＊PL02
１：PRN No 34（1713）
２：DATA Source Internal
３：DATA RATE 50Hz
４：パルスパターン RTCM
５：Clock 内部
６：同期 外部
７：Gprime Mode Off
８：パルス遅延 24chips
９：パルス幅 24chips
10：周波数オフセット 0Hz
実験機器の設置および調整
新丸ビル
東京海上ビル
郵船ビル
丸ビル
新丸ビル
＊PL05
１：PRN No 39（0160）
２：DATA Source Internal
３：DATA RATE 50Hz
４：パルスパターン RTCM
５：Clock 内部
６：同期 外部
７：Gprime Mode Off
８：パルス遅延 96chips
９：パルス幅 24chips
10：周波数オフセット 0Hz
＊PL06
１：PRN No 40（0701）
２：DATA Source Internal
３：DATA RATE 50Hz
４：パルスパターン RTCM
５：Clock 内部
６：同期 外部
７：Gprime Mode Off
８：パルス遅延 120chips
９：パルス幅 24chips
10：周波数オフセット 0Hz
実験機器の設置および調整
IN2400 PL Data Base情報
PRN No. E/D E(m) N(m) U(m) N/A N/A Uoffset
丸の内駐車場出入口（基準局）
PL= 33
0 -41.2480
東京海上ビル
郵船ビル
丸ビル
新丸ビル
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
PL=
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
0 -86.3926
0 -142.5537
0 -183.8711
255
0.0000
255
0.0000
0 -12.8862
0 -79.1212
255 110.1406
255
0.0000
255
0.0000
255 -79.0830
255
0.0000
255
0.0000
255
0.0000
255
0.0000
255
0.0000
255
0.0000
255
0.0000
255
0.0000
255
0.0000
255
0.0000
255
0.0000
255
0.0000
255
0.0000
255
0.0000
255
0.0000
255
0.0000
255
0.0000
255
0.0000
255
0.0000
-65.5176
-53.3096
-43.2988
-31.5635
0.0000
0.0000
6.2507
24.1347
-13.0195
0.0000
0.0000
24.2793
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
26.4736
26.4482
58.7432
58.7432
0.0000
0.0000
26.3440
26.3280
28.4180
0.0000
0.0000
26.3281
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
-0.4004
-0.4004
0.0000
0.0000
-1.0449
-0.4004
-0.4004
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
モニタテストの模様
今後の測位技術（Ｐｓｅｕｄｏｌｉｔｅ）研究の方向性
一般ユーザーに対して
ＩＮＤＯＯＲ-ＧＰＳの守備範囲を超えた部分
＝地下街、トンネルその他（ＤＥＥＰ ＩＮＤＯＯＲ）
でのポジショニング
数１０ｍ 精度
高精度ユーザーに対して
ＯＵＴＤＯＯＲ ＆ ＩＮＤＯＯＲ
限られたエリア内の高精度測位を確実に確保
数ｃｍ 精度
共通部分（送信機）
送信フォーマット提唱
受信機開発
３年間で具体化までのプロセスが必要。
特化して推進する組織が必要。
周波数
法整備
先端衛星測位研究センター開設
屋上アンテナ
ＧＬＯＮＡＳＳ
ＭＡＩ
工作台
会議テーブル
モスクワ航空大学
ルビジウム発振器
東京湾海事ＶＲＳネットワークセンター
受付
武漢
ＵＴＩ
室内スードライト実験室
カルガリー大学
ＧＰＳ
スードライト送信機
基地局受信機
東京湾ＧＩＳデータセンター
ノッティンガム大学
ＧＡＬＩＬＥＯ
最先端衛星測位
研究センター
パーツその他
保管ＢＯＸ
２６０００
ＮＵ
スペクトラムアナライザー
ＧＰＳ基礎評価研究部
ＧＰＳシュミレーター
プリンタ
海上移動体動態監視センター
武漢大学
国際的な産学協同プロジェクト
リアルタイム情報収集サーバー
東京湾海事 海事情報解析サーバー
データサーバー
カンファレンスルーム
ＷＣ
リフレッシュコーナー
１８０００
準天頂衛星システムを利用した衛星測位シ
ステムの姿 (1)
GPS衛星と準天頂衛星を併用
（2008年以降）
現状（GPS衛星のみ）
準天頂衛星
GPS衛星：①∼④
②
①
GPS衛星：①∼④
③
④
②
測位信号
①
×
通信・放送ｻｰﾋﾞｽ
測位信号
誤差補正情報
測位信号
×
信号遮断
③
都市部、山間部
でも有利な仰角
④
×
測位信号
信号遮断
信号遮断
山陰、ビル陰等で
４機補足ができないと
測位不能となる
FM多重放送
DGPS
電子
基準点
測位精度：
GPS単独測位
約10m ∼
誤差補正情報
DGPS補正
約3 ∼ 5m程度
ｻｰﾋﾞｽｴﾘｱ：
ＦＭラジオ受信地域
測位誤差
ﾃﾞｰﾀ
測位精度：
ｻﾌﾞﾒｰﾀ、ﾃﾞｼﾒｰﾀ、ｾﾝﾁﾒｰﾀ
ｻｰﾋﾞｽ等級に依存
通信・放送 送信局
ｻｰﾋﾞｽｴﾘｱ：
準天頂衛星：
全国一円及び沿岸部
高仰角からの高精度測位
通信・放送の複合ｻｰﾋﾞｽを提供
ＧＰＳ衛星１機の代替機能を提供