第４回 GPS 測位の誤 差  GPS 測位の誤差  GPS 測位の信号  測位誤差の対処  代表的 GPS

電磁波が受信機に届くまで 衛星の時計誤差： 非常に小さいものと見られる 電離層誤差 電離層 対流層 対流層誤差 受信機時計誤差 衛星の位置（軌道情報）： 非常に小さいとみられる 空での配置によって位置測定の精度も違う 計算した時刻値に 300ns ほどの誤差があるといわ れている マルチパス：衛星から送られ てくる電波が、２つ以上の経 路で受信機に届く現象 電離層では，電波の速度 は光速度よりも速くなる ため、衛星と受信機の距 離を短く見積もることに なる。 対流層（ Troposphere ）とは， 大気中の乾燥空気と水蒸気の レイヤ（層）をいう。乾燥空 気の厚さは 8km で、水蒸気の 厚さは 3km 以下である。 地表からの高さが 60km から 1000km までの非常に希薄な大気層が、太陽 からの紫外線や X 線によって電離し た状態になっている領域のことをい う。 対流層では，電波の伝播速度が真 空中より遅くなる。すなわち、衛 星・受信機の距離を長く見積もる ことになる。

衛星の数・配置と測位誤差 GDOP(Geometric Dilution Of Position) = (PDOP) 2 +(TDOP) 2 = (VDOP) 2 +(HDOP) 2 +(TDOP) 2 = (VDOP) 2 +(NDOP) 2 +(EDOP) 2 +(TDOP) 2 レンジエラー DOP のよい状態 DOP の悪い状態

単独測位における誤差要因と対策

マルチパスとは

デファレンシャル GPS （ＤＧＰＳ） の原理 ＧＰＳの位置に揃っ た誤差があったとす る 測定された位置に も同じ誤差が現れ る データリンク 補正信号を転送 電離層, 対流層は共通誤差要因

DGPS による精度改善の定式化

座標差の方法 擬似距離方法 差引き方式 DGPS が行われる３つの補正方式 既知点座標 B 0, L 0,H 0 測定座標値 B,L,H 誤差 ΔB, ΔL, ΔH 補正 ΔB, ΔL, ΔH 測定座標値 b, l, h 正しい位置 b-ΔB, l-ΔL, h-ΔH 未知点 測定座標誤差か ら観測した全衛 星の擬似距離の 誤差を逆算 正しい座標値正しい位置 b-ΔB, l-ΔL, h-ΔH 未知点 受信機 計算機 受信機 計算機 擬似距離 測定座標値 B,L,H 測定座標値 b, l, h 相対位置 b-B, l-L, h-H 未知点

DGPS による精度の改善

DGPS のためのデータリンクの構 築

全国 DGPS 基地局

ＧＰＳ信号の詳細構 成 搬送波（全衛星同一）乗っているコード備考 Ｌ１帯 MhzC/A コード一般に開放 =154×10.23MhzP コード （Ｙコード） Ｌ２帯 MhzP コード原則として軍用・ =120×10.23Mhz （Ｙコード） GPS 測量で使用 コード名ビット率コードの長さ備考 C/A コード 1.023Mbps1023bit=1ms 一般用 Ｐコード 10.23Mbps 約 6×1012bit=7days 軍用、現在秘匿操作中 Ｙコードに変換 航法メッセージ 50bps サブフレーム =300bit=6s 自分自身の軌道情報 メインフレーム =1500bit=30s 全衛星の概略軌道情報 5 サブフレーム =1 メインフレーム電離層補正係数 25 メインフレーム =1 マスターフレーム衛星時計の補正係数 注＊： C/A コード Clear and Acquisition または Coarse and Access の略 （Ｓコード） Standard Code (S Code) とも言う。 Ｐコード Precision または Protect の略

ＧＰＳの航法メッセージ

GPS の出力フォーマット RTCM  DGPS や RTK で利用される NMEA  測定時にリアルタイムに出力される航法 用フォーマット RINEX  GPS 受信機から出力される即位データに 関する共通フォーマットとして干渉測位 の後処理基線解析用共通フォーマット

NMEA-0183 フォーマット NMEA は米国海洋電子機器協会（ National Marine Electronics Association ）が定めた規格で、受信機とナビゲーション機器の通信 に使用されるプロトコル。 中でも、 NMEA-0183 は、 GPS 受信機とナビゲーション機器の間をシ リアルポートを利用して通信するための規格。 NMEA-0183 の規格で は、すべての文字が ASCII テキストの「センテンス」で送られる。 GPS 受信機が出力でき NMEA-0183 データは、受信機の種類によって 異なる。受信機の性能や価格に比例して利用できる数が多くなる傾 向があるが、低価格にもかかわらず利用できる NMEA データが多い受 信機もある。 GPS 受信機を購入する際には、どのような形式の NMEA データが利 用できるのか事前に調べることも必要。測量などに使用する場合に は、 NMEA データにより出力される緯度・経度の桁数にも注意が必要。

NMEA フォーマットの基本 仕様 GGA - Global Positioning System Fix Data GLL - Geographic Position, Latitude and Longitude GSA - GNSS DOP and Active Satellites GSV - Satellites in View RMC - Recommended Minimum Specific GNSS Data VTG - Course Over Ground and Ground Speed ZDA - Time & Date

NMEA フォーマットの例 出力例 Pathfinder Pro XR (Trimble) からの出力例 [ 単独測位 ] $GPGGA, , ,N, ,E,1,06,1.4,151.00,M,34.53,M,,*6A $GPGLL, ,N, ,E, ,A,A*68 $GPVTG,57.1,T,,,000.0,N,000.0,K,A*73 $GPGSV,2,1,06,07,36,310,49,11,46,047,48,20,65,123,46,28,63,258,44*7F $GPGSV,2,2,06,31,16,109,36,04,16,252,37,,,,,,,,*75 $GPGSA,M,3,07,11,20,28,31,04,,,,,,,2.2,1.4,1.6*35 $GPZDA, ,14,03,2002,00,00*64 $GPRMC, ,A, ,N, ,E,000.0,57.1,140302,6.5,W,A*12 Pathfinder Pro XR (Trimble) からの出力例 [DGPS] $GPGGA, , ,N, ,E,2,06,1.4,145.98,M,34.53,M,3.0,069* 4F $GPGLL, ,N, ,E, ,A,D*6B $GPVTG,322.2,T,,,000.0,N,000.1,K,D*45 $GPGSV,2,1,06,07,35,309,49,11,47,046,45,20,64,126,47,28,63,263,44*74 $GPGSV,2,2,06,31,17,107,33,04,15,251,38,,,,,,,,*70 $GPGSA,M,3,07,11,20,28,31,04,,,,,,,2.1,1.4,1.7*37 $GPZDA, ,14,03,2002,00,00*6A $GPRMC, ,A, ,N, ,E,000.0,322.2,140302,6.5,W,D*23

様々な普及型 GPS (a)GARMIN 社制 ハンディ GPS (b) NTT ドコモと米国サーフ・ テクノロジー社が共同で開発し た高感度 GPS チップ (c) トリンブル社の GPS チッ プセット STEL-9300/EP PPS-SM