反射波が支配的な状況下でのマルチパス誤差低減 東京海洋大学 情報通信工学研究室 土本和彦

背景 市街地でGPSを使用する場合のマルチパス 高感度GPS受信機の開発 従来のマルチパス誤差低減技術 遅延距離の長い反射波が受信される 誤差が大きくなる30～150mの範囲 反射波の受信電力が直接波より強くなることがある 高感度GPS受信機の開発 マルチパスの影響を受け易い 従来のマルチパス誤差低減技術 直接波の受信電力が反射波より強いことが前提の技術 数10m～数100mの測位誤差を引き起こす

研究の目的 瞬時的に起こる大きな測位誤差の補正 目標 実環境で測位結果を真の測位点に近づける 測位結果の跳びを減らす 数100m　→　数10m

発表の流れ 反射波が支配的な状況の検知 検知した衛星を測位計算から排除 マルチパス誤差の推定 シミュレータで検証 実データでの結果 Availabilityを向上させるため誤差を推定し補正 シミュレータで検証 実データでの結果

発表の流れ 反射波が支配的な状況の検知 検知した衛星を測位計算から排除 マルチパス誤差の推定 シミュレータで検証 実データでの結果 Availabilityを向上させるため誤差を推定し補正 シミュレータで検証 実データでの結果

反射波が支配的な状況の検知 SQM受信機を用いて検知 通常のマルチパスの場合 反射波が支配的な状況 遅延波である 直接波より遅れて相関が現れる 右側に大きな変化 反射波が支配的な状況 反射波付近をトラッキング 相関波形の左側に大きな変化 トラッキングポイントから1chip前のポイント ある程度相関が現れている 1.0chip トラッキングポイントから1chip前のポイントの相関値で検知

発表の流れ 反射波が支配的な状況の検知 検知した衛星を測位計算から排除 マルチパス誤差の推定 シミュレータで検証 実データでの結果 Availabilityを向上させるため誤差を推定し補正 シミュレータで検証 実データでの結果

衛星を排除(1/4) 実験環境 受信機 : SQM (ENRI,古野電気) OEMV1 (NovAtel) アンテナ　 ： ANN-MS (u-blox) 場所　　　　： 晴海２丁目 時間　　　　: 6分（静止） 可視衛星　: 7機（最大） 北西に高層ビル 南西、南東方向にある2衛星の相関波形をモニタリング 仰角 : 20～30°付近 測位地点と衛星の間に森

衛星を排除(2/4) 反射波を中心にトラッキング 直接波の相関が負の方向に現れる 反射波の位相が変化 受信電力が直接波を上回る トラッキングポイント トラッキングポイント

衛星を排除(3/4) 補正なし 検知を行い排除 90m 静止データ

衛星を排除(4/4) 衛星を排除した結果 測位精度の改善 Availabilityの低下 全体的に僅かに改善 瞬時的に起こる大きな測位誤差が改善 Availabilityの低下 HDOPの向上 衛星が4機以下の時間が８ｓ 状況によっては衛星を排除できない マルチパス誤差を推定する必要

発表の流れ 反射波が支配的な状況の検知 検知した衛星を測位計算から排除 マルチパス誤差の推定 シミュレータで検証 実データでの結果 Availabilityを向上させるため誤差を推定し補正 シミュレータで検証 実データでの結果

マルチパス誤差の推定（1/2） SQM受信機から出力される相関波形を用いて推定 相関が現れ始めるポイントを決定 反射波が支配的に受信されると左側に大きな変化が現れる 相関が現れ始めるポイントを決定 変化の始まるポイントから1chip離れたところが直接波のピーク マルチパスに左右されず真のトラッキングポイントを知ることができる 1.0chip 1.0chip

マルチパス誤差の推定（2/2） サンプリング周波数 40MHz 上で決定した点から1chip先のポイントが直接波のピーク 経験値 1.0chip サンプリング周波数　40MHz 上で決定した点から1chip先のポイントが直接波のピーク 直接波のピークとトラッキングポイントとのchip差にchip長を掛けた値がマルチパス誤差と推定される

発表の流れ 反射波が支配的な状況の検知 検知した衛星を測位計算から排除 マルチパス誤差の推定 シミュレータで検証 実データでの結果 Availabilityを向上させるため誤差を推定し補正 シミュレータで検証 実データでの結果

シミュレータで検証（1/2） シミュレータ（Spirent）に分配器を接続してAEK-4T（u-blox）とSQMで同時にデータを取得した 取得時間　：　30分 支配的なマルチパスを与えた時間　：　17秒 マルチパスの遅延距離　　：　約57m

シミュレータで検証（2/2） 数秒間のマルチパスを与えたAEK-4Tの測位結果 マルチパス誤差の補正 右上に大きな測位誤差 マルチパス誤差の補正 SQMの波形から誤差を推定 AEK-4Tの擬似距離から推定した誤差を減算 マルチパスによる誤差を補正し真の位置に近づけることができた

発表の流れ 反射波が支配的な状況の検知 検知した衛星を測位計算から排除 マルチパス誤差の推定 シミュレータで検証 実データでの結果 Availabilityを向上させるため誤差を推定し補正 シミュレータで検証 実データでの結果

実データでの結果(1/3) 実験環境 受信機 : SQM (ENRI,古野電気) OEMV1 (NovAtel) アンテナ　 ： ANN-MS (u-blox) 場所　　　　： 晴海２丁目 時間　　　　: 6分　（静止） 可視衛星　: 7機 （最大） 北西に高層ビル 南西、南東方向にある2衛星の相関波形をモニタリング 仰角 : 20～30°付近 測位地点と衛星の間に森

実データでの結果(2/3) 測位した場所 90m 静止データ 6分間の測位結果

実データでの結果(3/3) 補正なし 補正を行った測位結果 測位した場所 測位結果が変化した点

まとめ SQM受信機の相関波形から反射波が支配的に受信された場合のマルチパス誤差低減を試みた 相関波形から反射波が支配的に受信された場合を見極め測位計算から排除することによって、本研究の目的である瞬時的に起こる大きな測位誤差を低減させることができた 上の状況でAvailabilityを向上させるために、反射波が支配的に受信された場合のマルチパス誤差推定を試みた 理想的な環境（シミュレータ）では正しく推定することができた 実環境では瞬時的に起こる大きな測位誤差が補正できることを確認できた 今後の課題 上の2つを同時に満たす環境での評価

本研究を行うにあたり、必要となったSQM受信機を提供してくださいました電子航法研究所様、古野電気様に心から感謝申し上げます。 ご清聴ありがとうございました 本研究を行うにあたり、必要となったSQM受信機を提供してくださいました電子航法研究所様、古野電気様に心から感謝申し上げます。