A method of receiving disaster and crisis management report sent from quasi-zenith satellites Michibiki
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20K04470
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21020:Communication and network engineering-related
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| Research Institution | Hiroshima City University |
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Principal Investigator |
高橋 賢 広島市立大学, 情報科学研究科, 准教授 (60359106)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | GNSS / 準天頂衛星みちびき / 災害・危機管理通報 / L1S / 準天頂衛星 / 災害・危機通報 |
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| Outline of Research at the Start |
日本の内閣府が運用する準天頂衛星「みちびき」は，GPS（Global Positioning System）と同等フォーマットかつ同一時刻系を用いた測位メッセージを放送するのみならず，その測位精度を高める補強メッセージや，災害や危機に関する緊急メッセージをも放送している．この災害・危機（disaster and crises: DC）通報を低消費電力かつ高信頼に移動受信できる方法を研究する．例えば，子供の見守り端末のような小さな機器においても，長期にわたり電池充電を行うことなく，位置と緊急情報の両方を取得し続けることのできる学術的方法の結論を得ることを目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
日本の内閣府が運用する準天頂測位衛星「みちびき」は、GPS（Global Positioning System）と同等な測位信号を提供するだけでなく、災害や危機に関する緊急メッセージも放送している。本研究課題では、この災害・危機通報（disaster and crisis management report: DCR）メッセージを低消費電力かつ高信頼に移動受信できる方法を研究している。このDCRメッセージは、測位補強信号（L1S信号）に重畳して伝送されるために、連続して受信することを前提に設計されている。本研究は、例えば子供の見守り端末のような小さな機器においても、長期にわたり電池充電を行うことなく、自己位置と緊急情報との両方を取得し続けることのできる学術的方法の結論を得ることが目標である。
当該年度は、低消費電力かつ確実に動作するL1S信号受信機構成方法の学術的結論を得ることを目標にしてきた。具体的には、(1) DCRメッセージの状態遷移特性の導出とその優先メッセージの出現予測、(2) L1S信号検出方法、および(3) 自己位置推定精度を高める測位補強の活用、に関する研究を実施した。
当該年度の成果は、例えば、スマートフォンに内蔵され、限りあるバッテリー容量を大きく損なうことなく、特に重要なDCRメッセージのみに着目して受信できることにする受信機を実現するための基礎データやアルゴリズムとしての意義がある。この研究の発展により、通信機能が利用できない海や外国でも緊急メッセージをキャッチできる見込みがあり、重要であると考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、1.従来の衛星測位受信方法と比較して、その平均消費電力を削減できるDCRメッセージの間欠受信方法、2.受信電波強度が大きく変化する移動受信環境下においても、DCRメッセージを確実にキャッチできる信号追従方法、および3.測位信号受信、補強信号受信、およびDCRメッセージ信号受信の協調動作による、低消費電力かつ確実に動作するL1S信号受信機構成方法に関する学術的結論を得ることを目指している。当該年度は項目3.を中心に研究を実施した。これまでの研究であきらかになったことは次のとおりである。
DCRメッセージは、そのものよりもむしろ、その通報統計を活用する方が、より平均消費電力を削減できる。受信機の平均消費電力を大幅に削減するために、一定時間の受信機動作と一定時間の休眠を交互にくり返す間欠受信が広く用いられる。そのパラメータを得るため、DCRメッセージ過去アーカイブの状態遷移を特異値解析して、特定DCRメッセージが予測できることを示した。
測位信号受信とDCRメッセージ受信との融合のため、自己位置を高精度に推定する測位補強メッセージの受信方法を明らかにした。みちびきによるセンチメートルオーダの測位には、L6帯電波の受信機と補強メッセージデコードプログラムが必要になる。参照受信機を用い、このデコードプログラムを作成して、屋外走行実験を行った。ここで作成したデコードプログラムは、BSD 2-clause licenseとしてGitHubにて公表しているので、誰でも利用可能である。さらに、ソフトウェア無線機とこのプログラムにて、補強メッセージの解読を実現した。
これらの成果を、ホームページ、電子情報通信学会コミュニケーションシステム研究会、スマート無線研究会、測位航法学会全国大会、および、およびエンジニア技術雑誌トランジスタ技術にて公表してきた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題を開始した令和2年度において、測位衛星による緊急メッセージ伝達は日本のみちびきが世界をリードしていた。
現在、欧州のGalileoによる緊急メッセージ伝達技術が具体化しつつある。令和2年頃において、Galileoの緊急メッセージ伝達は、E1帯で放送されるI/NAV（integrity navigation）航法メッセージ、または、E6帯で放送されるC/NAV（commercial navigation）メッセージのいずれかにて伝達されるとされていた。Galileoでは、これまでに、I/NAVの一部領域にてSAR（search and rescue）メッセージ重畳してきた。しかし、令和4年には、さらにI/NAVに、航法メッセージ認証や高速メッセージ捕捉などの新技術が導入された。空き領域が少なくなったことから、Galileoの緊急メッセージ伝達はE6帯のみで放送されると予想される。研究代表者は、令和5年1月24日に開始したE6帯試験電波を日本で受信し、さらにC/NAVメッセージのデコードに成功した。このプログラムをGitHubにて公開している。
一方、みちびきのDCRメッセージ送出システムにおいても、今後、J-ALERT（全国瞬時警報システム）やL-ALERT（災害情報共有システム）との接続が予定されている。
測位衛星による緊急メッセージ伝達に関する研究は、現在、世界的に拡がった。本研究課題は、早期に開始した点で優位性がある。お認めいただいた本研究課題実施期間の1年間延長を活用して、(1) Galileo C/NAVメッセージの解析と緊急メッセージ重畳、(2) みちびきDCRメッセージの高効率受信方法、および(3) みちびきとGalileo両方の災害情報の受信方法、について研究を進める予定である。
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Report
(3 results)
Research Products
(21 results)
