1tro

汎地球測位システム(GPS)の残留測位誤差解析藤 本 勉＊ ・ 安 永 文 浩＊＊

Error Analysis of Global Positioning System

Tsutomu FUJIMOTO''， Fumihiro YASUNAGA''

Abs¢ract＝［［be operation of reduc血g the㏄curacy c組led Selec廿ve Availabili域畝1最cially is pe面㎜ed to GPS

which U. S. A， is operating since 1993. DGPS is deyeloped to oppose SA， in which differential corrections should be

computed at the reference station and is tra皿smitted to user receivers by radio or other means a皿d applied at the

remote receiver. There…鵬two鯛or DGPS services in Japan， one is operated by JCG(MW DGPS)， and the other

is operated by GPex (FM DGPS). SA has been canceled in May 2000， and the muitipath error becomes serious

problem because it carmot be co即ensated by using DGPS. As the existence of multipath is not actUalized， several

efforts to avoid the influence of mUlゆ舳， such as selθction ofpositioning po蜘se ofa砒鉱ion訓鵬㎜狙鵬e

of high eleyation satellites， are performed.

We㎜obse画g止e positio血g error using noncommercial GPS receivers since 1998. Fmm Feb㎜y 2002，we

have started continuous position observations at four fixed poi皿ts. The positio血g error obt血ed by the GPS. stand

alone， the improvement by DGPS， and the血伽ence ofthe multipath etc. are investlgated. The posit藍oning en℃r

decreases about 75％by using DGPS. And the GPS satellites are thrown into the 12 hour orbit， the posit量onj皿g

error because ofmultipath shows the periodicity of about one day. T？ie most up-to-c！ate GPS receiver has employed

eight，㎝d mope c㎞els削一血一View system. So紐e s訊ellites納dden舳ab血1ding飴r ex御le血㎜y cases. It is shown that it may become the data whichjudge the propriety of receiver installation place selection.

Key Words: GPS， DGPS， Positioning Error， MUItipa血.

1. は じ め に

米国が1993年から運用している「汎地球測位システ

ム(G. lobal Positioning System， GPS)」には「故意精度

劣化(Selective Availability， SA)」と称す測位精度を

人為的に低減する操作が行われており，これに対抗する

目的で固定観測点で観測した測位誤差情報をリアルタイ

ム伝送し，測位地点で誤差補正を行い，精度を改善する

システム(Differential GPS， DGPS)が開発された. 我国

においては，海上保安庁(JCG)が運用するもの(以下，中

波DGPSという)と衛星測位情報センター(GPex)が運用す

る(以下，FM DGPSという)2大DGPS補正情報伝送サービ

スがある. ほかに米国，韓国，オーストラリアなど多く

の国において同種のサービスが行われている. 2000年5

月にSAが停止され，測位精度はそれまでの100 m程度か

ら10m程度と飛躍的に向上したため， DGPSサービスの存

続が議論され始めた.

同時に，DGPSにおいても除去できない誤差の一つで

あるマルチパス波による測位精度劣化が問題視されるよ

うになってきた. マルチパス波は，その存在が顕在化さ

れないため，測位地点の選定，指向性アンテナの使用［1］，

高仰角衛星のみの利用［2，3］，などマルチパス波の影響を

避ける努力が行われている.

我々は1998年から民生用GPS受信機を用いて測位誤差

の観測を行っている［4-7］. 2002年2月からは4地点にお

いて連続定点観測を開始し，SA停止後のGPS単独測位誤

Table l GPS and Beacon Receivers.

YLW and GRN sites :

Ll，CIACode GPS Receiver/Antenna， GM-38， SAN JOSE

NAVIGATION， INC. ， Taipei， Taiwan， (2 sets， mounted

on 25cm dia， aluminum disc. )，

DGPS FM Data Radio Channel Receiyer， M-5 1， DATATEC

CO. ， LTD. ， Tekyo.

Medium Waye DGPS Beacon Receiver， GR-80， FURUNO

ELECTIUC CO，， LTD. ， Nishinomiya.

(2002年12月9日受理)

＊ 宇部工業高等専門学校電気工学科

＊＊ 宇部工業高等専門学校専攻科

＊ Elecnic Departmengしrbe National College ofT㏄hnology

＊＊ Advaneed Course， Ube National College ofTechnology

UNCT and TmaK sites :

Ll， C/A Code GPS Receiver t Antenna， GPS 17N，

GARMIN CORPORATION， Kansas， U，S，A，

Mediurn WaveDGPS BeaconReoeiver， GBR23，GARMIN

CORPORATION， Kansas， U. S. A.

16・｝・祁. L墓高等専門らご＝校研究辛艮告 第・L9号 噛斗㌧成15年3月

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Fig. 1-1 YLW and GRN sites， From this side， YLW(9M-

38)， whip antenna ofGR-80 DGPS beacon receiver，

GRN (GM-38).

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(GBR 23).

Fig. 1-3 TMZK site， From this side， TMZB｛ (9. PS 17N)

and DGPS beacon receiver built in H-field antenna

(GBR 23).

Fig. 1-4 C！ose up view of GM-38， mounted on 25cm

diarneter aluminum disc.

汎地球測位システム〔GPS)の残留測位誤差解析 曝本 勉・安永文浩117

差，DGPSによる改善程度，およびDGPSによる補正後も残

留する誤差の一つであるマルチパス波の影響などを調査

した［8-10］，

解析結果の一部として，SA停止後のDGPS補正の効果を

中波DGPS(JCG瀬戸局，愛媛県)およびFM DGPS(FM山口，

宇部局)を用いて調査した結果，単独測位に比較して約75

％測位誤差(標準偏差値)が減少し，SA停止後もDGPSの

有用性が確認されたことを述べる. さらに，マルチパス

波の影響を低減する試みの基礎資料として，GPS衛星が約

12時間周期の周回軌道に投入されていることから，マル

チパス波による測位誤差は日周期性を示すことを明らか

にする.

2. 測位場所と使用機器

宇部高専管理棟屋上に設置されている4等3角点「点

名:工学部，緯度33。57'18''. 5994，経度:131。16'

25''. 5994，標高:47，79m(世界測地系)」の北方向約24mの

位置(宇部高専機電棟屋上. 以下，YLWという〉と，その北

西方向6，00m(機電棟屋上. 以下， GRNという)に同一型式

のGPS受信機/アンテナを設置した，さらに，機種固有

の影響を避けるため別種のGPS受信機/アンテナをYLW

の南東方向24，02mの位置(機電棟屋上，以下， UNCTとい

う)と，その西方向約6. 6kmの位置(山口県宇部市厚南区，

Table 2 Standard deviation oflatitudinal and longitudimal

position error， obtained by GPS stand alone and GPS

with medium Wave osPS and FM DGPS，

以下，TMZKという)に設置した，同時に， JCGによる補正

情報を受信するために中波ビーコン受信機とGPexによる

ものを受信するためにFM多重受信機を設置した. サイト

毎の使用機器を表1に，YLWとGRN，. UNCT，およびTMZKの

各サイトの概観をそれぞれ図1-1，図1-2，および図1-3

に示す. YLWとGRNは25c皿径のアルミ板上に設置し，さ

らに耐候性を高めるためレドームで覆った，概観を図1-

4に示す.

3. 測位誤差

3，1 残留測位誤差

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Fig. 2-1 Latitudinal differences between YLW and GRN

sites. 2002 Mar. 11， 12 and 13， 05 to 06Z，

GPS Stand alone

2002 Feb. 18

2002 Feb， 182002 Feb. 19

2002 Feb， 192002 Feb. 20

2002 Feb. 20

5. 454

3. 624

6. 698

6， 706

7. 026

7. 087

2， 294

1. 864

2. 692

2， 669

2， 507

2. 505

GRN

YLW

GRN

nwGRN

YLW

Medium vave DGPS

2eO2 Mar. Ol 1. 876

2002 Mar， 02 1，2772002 Mar. 03 1. 217

1. 109

0. 947

0， 824

GRN

GRN

GRN

FM DGPS

2002 Mar. 15 1，3652002 Mar. 16 1. 367

2002 Mar. 17 1. 772

1. 056

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GRN

GRN

GRN

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Fig. 2-2 Logitudinal differences between YLW and GRN

sites， 2002 Mar. 1 1， 12 and 13， e5 to 06Z.

LS 宇音「s工業高等専ド『学校fiJf究幸艮告 第49号 ΣFl戎15年3月

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Fig. 3-1 Latitudinal difference between YLW and GRN

sites. 2002 Apr. 17 to 23， 05 to 06Z.

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まずSA停止後のDGPS補正による測位精度の改善度を

調査した. 2002年2月18日目20日，3月1日～3目，お

よび3月15日～17日，彫目(00Z～24Z)の24時間のGPS

単独，中波DGPSおよびFM DGPSの測位値の北緯，東経の

標準偏差を表2に示す.

同表より，単独測位と比較して中波DGPS， FM DGPS補

正にあっては約75％ほど測位誤差(標準偏差値)が減少可

能なことがわかる. これよりSA停止後もDGPSの有効性

が確認された.

3. 2 測位差分誤差の周期性

つぎに，DGPS補正によっても除去できない観測地固有

の誤差である. マルチパス波の影響を調査するため，GPS受

信機/アンテナを中波DGPS測位またはFM-DGPS測位に設

定し，マルチパス波によるもの以外の要因による誤差を

避けるため測位値の差分を調査した，

GPS衛星は0. 5恒星日周期の周回軌道に投入されている

ので約23時間56分後に，ほぼ天空上の同一場所に位置

する，よって，周囲環境からのマルチパス波もほぼ同様

に発生するため. マルチパス波による誤差は，ほぼ日単位

の周期を持つことが考えられる.

(1)2002年3月11日～13日，05～06ZにYLWとGRNで

測位した緯度の差分値を図2-1に，経度の差分値を図2-

2に示している.

(2)また，観測日の異なる場合の例として，2002年4月

17日～23日，05Z～06Zの測位値の差分を図3-1(緯度差

分値)，図3-2〔経度差分値)に分けて示している.

(3)さらに，GPS受信機/アンテナ，および観測サイト

が異なる場合の例として，2002年4月17日～18日，05

～06ZのUNCTとTMZKの測位値の差分を図4-1(緯度差分

値)および図4-2(経度差分値)に示している.

汎地球測位システム/c:ps)の残留測位誤差解析 Il藤本 勉・安永文潜 19

いずれの場合も両GPS受信機/アンテナの測位データ

から，同一のGPS衛星(YLWおよびGRNにあっては，最大

8GPS衛星， UNCTおよびTMZKにあっては，最大12GPS衛

星)を利用して測位したもののみを取り出して作図してい

る.

いずれの図においても，差分測位値に1日あたり約4分

早まる周期性を認める. 特に，一部の衛星が近隣の建造

物によって隠蔽される前後において差分値が大きくなる

傾向がある. NMEAセンテンスを精査した結果，受信電界

強度には急激な変化はなく，マルチパス波によるものと

推定される.

つぎに，測位値の差分の山間の相関を求めた.

(4)図5に2002年3月11日と12日，12日と13日のYLW

とGRNの測位値の差分の日脚の相関を示している.

(5)図6はYLWとGRNとの測位値の差分の，2002年4月

17日，05Z～06Zと4月18日～27日の相関を示している，

期間中，ほぼ0，4以上の強い相関を示す. なお，4月17

日と4月23目との相関値が他と比べて小さいのは，4月

23日の観測時に降雨があり，建物壁面や屋上面が湿潤し

ていたため，これらによるマルチパス波が減衰したため

と考えられる.

(6)表3は2002年5月22目と23日から6月1日にわたっ

て，時刻による相関値の相違を調査した結果の一部であ

る. 4日間程度隔たっても0. 6以上の強い相関を示す.

これらの結果からマルチパス波による測位誤差は，ほ

ぼ日単位の周期を示すと言える.

口窟り屈①HHOつ

置旧eShiftleeconds)Fig. 5 Correlation of latitudinal differences and

longitudinal differences between YLW and GRN

sites. 2002 Mar. 11 and 12.

vMEsmFr｛mio)Fig. 6 Correlatien of latitudinal differences and

longitudinal differences between YLW and GRN

sites. 2002 Apr. 18 一一 27 and Apr. 17， 05 N 06Z

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4一:

4. 結言および今後の課題

4台のGPS受信機/アンテナで長期間定点観測を行い，

SA停止後のDGPS補正の効果をJCG(瀬戸口)およびGPex

(FM］」口，宇部局)から配信されるデータを用いて調査し

た. その結果，DGPS補正により約75％の測位精度(標準

偏差値)の改善が得られることが明らかになった.

SA停止後， DGPSにおいても除去できない誤差の一つで

あるマルチパス波による測位精度劣化が問題視されるよ

うになってきた. マルチパス波は，その存在が顕在化さ

れないため，マルチパス波の影響を避ける努力が行われ

ている. 連続定点観測データの解析結果の一部として，

衛星が約12時間周期の周回軌道に投入されていることか

らマルチパス波による測位誤差は日周期性を示すことを

確認した，最近の民生用GPS受信機は8，12チャンネル

A11-in-View方式を採用しており，一部の衛星が建造物に

より隠蔽されることは多い. 受信機設置場所選定の適否

を判定する資料となり得ることを示した.

Table 3 Maxirnum cerTelation oflatitudinal differences

and longitudinal differences between YLW and

GRN sites. 2002 May 23 A一 Jun. 01 and May 22.

Lat. 22 MAY with OIZ-02Z 07Z-08Z

㎜㎜

T㎜㎜欝獄

23Q4Q5Q6

Q7Q8

Q9

R0R1

O1

O. 8575 O. 8062

0. 8304 O. 7137

0. 7882 O. 6088

0. 7313 O. 6014

0. 7666 O. 4519

0. 7781 O. 4724

0. 7916 O. 4020

e. 8339 O. 3716

0. 7392 O. 2322

0，6827 O. 1106

13Z-14Z

O. 7219

0. 6437

0. S712

0. 6182

0. 4811

0. 4634

0. 4S19

0. 5647

0. 4730

0. 3739

19Z-20Z

O. 8943

0. 8835

0. 8430

0. 7596

0，7055

O，72120. 7320

0. 6168

0. 6033

0. 6768

Lon. 22 MAY with olz-02z 07z-08z

23 MAY24 MAY25 MAY26 MAY27 MAY28 MAY

29 MAY30 MAY31 MNYOI JUN

O. 7539

0，78260. 7542

0. 6661

0. 6620

0. 6671

0. 6245

0. 6042

0. 5699

0. SO63

O. 6989

0. 6291

0. 6074

0. 6039

0. 4361

0. 4080

e. 2S95

0. 4662

0. 4892

0. 4285

13Z-14Z

O. 6819

0. 7476

0. 7230

0. 7360

0. 7092

O. 2640

0. 6448

0. 6192

0. 5614

0. 7431

19Z-20Z

O. 8250

0. 85S8

0. 7700

0. 7374

0. 6800

O. 6917

0. 6991

0. 5467

0. 5426

0. 5374

20 宇部工業高等専門学校研究報告 第掴号 平成15年3月

文 献

1)鈴木，寺本，西川，DGPS測位精度へのマルチパスの影響，1996

電子惰報通信学会総合大会，SB-1-13，610(1996).

2)青木，崎谷，江頭，簡易DGPS測位法の検討，テレビジョン学

会技術報告，20，3，31-34(正996)，

3)宮田，野口，崎谷，江頭，簡易DGPSによる測位精度向上の方 法について，信学技報，A， P95-97(1996-01)，

4)上村 明，4チャンネルC/Aコー一・ド方式汎地球測位システム

の単独測位精度，平成9年度宇部工業高等専門学校電気工学 科卒業論文(1998).

5)梶谷悠也，汎地球測位システム(GPS)の測位精度に影響する

要因に関する研究. 平成10年度宇部工業高等専門学校電気コ〔:

学科卒業論文(1999).

6)福永善美，D-GPS(Differential GPS)による測位精度改善に

関する研究，平成11年度宇部工業高等専門学校電気工学科卒 業論文(2000)，

7)池村和孝，選択利用性(SA)停止に伴うGPSとD-GPS測位精度

の比較，平成12年度宇部工業高等専門学校電気工学科卒業論 文(2001)，

8)安永文浩，差分汎地球測位システムの残留誤差の研究，平成

13年度宇部工業高等専門学校電気工学科卒業論文(2QO2).

9)安永文浩，差分汎地球測位システム(DGPS＞の残留測位誤差

解析，平14中国四国地区高等専門学校専攻科生研究交流会予 稿集， 105-106 (2002， 4).

10)安永，藤本，差分汎地球測位システム(DGPS)の測位誤差の

日周期性，電気・情報関連学会中国支部第53回連合大会講演

論文集，081101(2002，10)，

11)B. Parkin＄on， J. Spilker Jr. ， Global Positioning System:

Theory and Applicatiens Vol， 1， American lnst， Aeronautics and Astronautics (1996).

12)松山，門倉，八釜，ポータブルGPS受信機によるDGPS測位評

価，神戸高専研究紀要，38，2，51-54(2000).

13)土屋，辻，GPS測量の基礎，目本測量協会(1999＞.

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