衛星測位システムの世界的動向 · 2004. 8. 12. ·...
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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 #4 - #6
Space Vehicles #7 - #9
Space Vehicles #10 - #12
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
….
REGIONALREGIONALCOMPONENTS COMPONENTS
REGIONALREGIONALCOMPONENTS COMPONENTS
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]