複数衛星系を用いた高精度測位のための誤差電波検知による衛星選択手法の構築

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K18139
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: 池田 隆博 日本大学, 理工学部, 助教 (60733227)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 衛星測位 / GNSS / GPS / GLONASS / マルチパス / 搬送波位相 / 信号強度

Outline of Annual Research Achievements

衛星測位システムはGPSのほか、GLONASS、QZSS、Galileoといった新たな衛星系の運用により上空視界の悪い都市部等でも測位可能な環境が整いつつある。一方、高精度衛星測位では、電離層遅延のほか、反射波と回折波によるマルチパスの影響を受ける衛星電波の受信により測位精度の劣化が想定される。そこで、各衛星の観測値に含まれる信号強度と搬送波位相を用いてマルチパスの影響を受ける衛星を検知する手法を構築するものとし、衛星系の組合せを考慮して測位計算に使用する衛星の選択を行うものとする。本年度は下記の内容を実施した。
1　マルチパスに関する調査
衛星測位におけるマルチパス検知手法について、不可視衛星からの回折波を検知する手法としては、上空写真および3次元点群データによる地物情報と衛星の位置情報を組合せた方法が報告されている。また、GPSの新民生波であるL5、QZSS、Galileoの電波については、GPS、GLONASSのL1C/A、L2P電波と同様に信号強度を用いた回折波の検知が可能であるか確認を行った。
2　マルチパス検知手法の検討
信号強度および周波数の異なる2種類の搬送波位相の変化量を用いたマルチパス検知手法について、周囲に遮蔽物のない観測点と周囲に遮蔽物が存在する観測点で同時に各衛星の観測値を取得したデータを使用し検討を行った。まず、受信機間の信号強度の差を指標としたマルチパス検知手法について検討を行った結果、衛星が不可視となり回折波が受信される場合、可視時と比較し指標値が小さくなる傾向が見られた。また、受信機間の搬送波位相の変化量の差を指標とした手法について検討を行った結果、衛星が可視時では指標値がゼロに近くなり、不可視時では差が大きくなる傾向が見られた。これらの指標を用いることで、マルチパスの影響を受ける衛星電波の検知が可能になるものと考えられる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

GPS、GLONASS、QZSS、Galileoの各衛星の観測値を取得したデータを使用して、信号強度の差と搬送波位相の変化量の差によるマルチパス検知手法を検討した結果、衛星電波の種類に関わらず、不可視衛星からの回折波によるマルチパスの影響を受ける衛星を検知し、測位計算に使用する衛星を選択する際に考慮すべき指標となることを確認した。
今年度の課題としては、マルチパス検知手法をもとに測位計算に使用する衛星を選択する際に、マルチパスの有無を判別する基準値の設定が挙げられる。具体的には、搬送波位相の変化量の差による手法において指標算を算出した際、組合せた衛星電波の種類および衛星の仰角によって、マルチパスの影響を受けた際の指標値の傾向が異なるため、各々の条件に応じた基準値の設定が必要になるといえる。

Strategy for Future Research Activity

1　マルチパスの影響を受ける衛星の除去に関する検討
信号強度の差と搬送波位相の変化量の差によるマルチパス検知手法について、マルチパスの有無を判別する基準値の設定を検討する。具体的には、周囲に遮蔽物のない2つの観測点で得られた観測値を使用し、算出したマルチパス検知手法の指標値の傾向から基準値を設定する。次に、周囲に遮蔽物を含む観測点と含まない観測点で同時取得した観測値を使用し、手法毎に設定した基準値と算出した指標値からマルチパスの影響を受ける衛星を排除可能か検討する。このとき、各衛星系の衛星数および衛星の幾何学的な配置を考慮し高精度衛星測位が継続して可能となる衛星選択手法を構築する。
2　観測点周辺の遮蔽物のモデル化
上記の検討について、衛星の可視状況を確認するため、観測点周辺の建物・樹木による遮蔽物の3次元位置を3次元点群データとして取得する。これらのデータとマルチパス検知手法より得られた指標値との関係からマルチパスの有無を判別可能か検討する。

Causes of Carryover

GPS等の各衛星の観測値を取得するための受信機について、当初の計画ではTrimble社の受信機を3台レンタルする予定であったが、実際に用意できた受信機は2台であり、受信機1台分のレンタル費用について余りが生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

今年度実施した信号強度および搬送波位相の変化量によるマルチパス検知手法の検討では、Trimble社の受信機より得られたGPS、GLONASS等の各衛星系の観測値を使用している。マルチパスの有無を判別するには、各手法の指標に対する基準値の設定が必要となるが、Trimble社以外の受信機で得られた観測値についても今年度と同様の結果が得られるか不明である。そこで次年度では、Trimble社以外の受信機でも信号強度と搬送波位相の変化量によるマルチパス検知手法が適用可能か検証するため、JAVAD社の受信機のレンタルを計画している。