搬送波位相測定値による精密測位の理論及び解析処理 Precise positioning

地球惑星科学連合2006年大会
高時間分解能GPS/GNSS
衛星時計推定と
キネマティックPPPへの応用
Estimation of high-rate GPS/GNSS Satellite clock
and application to the kinematic-PPP
技術コンサルタント高須知二
Tomoji TAKASU
背景
• PPP(精密単独測位)精度 (24H)
スタティック :水平4mm,垂直10mm
キネマティック:水平1-2cm,垂直3-4cm
• 精密暦の高品質化
IGS Final : 実効5mm程度の精度
• 補正モデル高度化
• GPS/GNSS衛星時計補間誤差の問題→
キネマティックPPPへの制約
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キネマティックPPP (300s)
MIZU(IGS) : 2004/12/25 0:00:00-2:55:00GPST
IGS
E-W
IGR
N-S
10cm
U-D
CODE
JPL
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キネマティックPPP (30s)
MIZU(IGS) : 2004/12/25 0:00:00-2:59:30GPST
IGS (Interpolated)
E-W
IGR (Interpolated)
N-S
10cm
U-D
CODE
JPL
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キネマティックPPP (1Hz)
MIZU(IGS) : 2004/12/25 0:00:00-2:59:59GPST
IGS (Interpolated)
E-W
IGR (Interpolated)
N-S
U-D
CODE (Interpolated)
10cm
JPL (Interpolated)
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HR-衛星時計推定(1)
Step1
IGS Sat
Clock
Static-PPP(300s)
(300s)
(300s)
OBS
POS
IGS Sat
Orbit
Rcv
ZTD BIAS Clock
(15min)
(HR)
Step2
Clock Estimation
HR Rcv
Interpolation Clock
HR Sat
Clock
QC
HR Sat Clock
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HR-衛星時計推定(2)
IGS Sat
(300s) Orbit(15min)
OBS
Step1
L    c(dt  dT)  T  N
OBS
(HR)
Step2
IGS Sat
Clock(300s)
POS
Rcv
Clock
ZTD
BIAS
L    c(dt  dT)  T  N
Interpolation
HR Rcv HR Sat
(dtref  0)
Clock Clock
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HR-衛星時計推定(3)
• EKF/S (PPP:3pass, CLK:1pass)
• 電離層遅延:電離層フリー線形結合
• 対流圏遅延: ZTD推定+NMF/GMF
• アンテナモデル: IGS01.PCV/IGS05.ATX
• 局位置変動:
固体地球潮汐,海洋荷重,極運動潮汐
• Phase Windup補正
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GT0.6.2
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HR-IGS局
NYA2
NRIL
KELY
FAIR YELL
POTM
ARTU
BREW CHUR HLFX
MOBN
REDU
PETS
GOPE
MADR OBE2
ULAB
QUIN AMC2ALGO
MIZU
POL2
TASH
MAD2VILLMATE
GODF
USN3
USUD
KOKB GOLD OKC2
WUH2
MAS1
IISC
CRO1
MKEA
PIMO GUAM
BAN2
MBAR
BOGT KOUR
GLPS
MSKU MALI
DGAR JOGJ
AREQ
PERT
HRAO
ISPA
NNOR
SANT LPGM
TIDB
OUS2
(2004/12, 58 Stas)
MCMZ
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HR-衛星時計(1)
PRN01 : 2004/12/25 0:00:00-23:59:59 GPST
Clock Bias Error (nsec)
0.5
REF: IGS Final MEAN: -0.0002nsec RMS: 0.0062nsec
0
-0.5
0:00
wrt IGS Final (300s)
6:00
12:00
18:00
0:00
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HR-衛星時計(2)
PRN01 : 2004/12/25 0:00:00-23:59:59 GPST
Clock Bias Error (nsec)
0.5
REF: IGS Final(interpolated) MEAN: 0.0022nsec RMS: 0.1176nsec
0
-0.5
0:00
wrt IGS Final Interpolated (1Hz)
6:00
12:00
18:00
0:00
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衛星時計安定度
2004/12/25 0:00:00-23:59:59 GPST
15s
-11
150s
Block II/IIA Cs
Block II/IIA Rb
Block IIR Rb
Ref: AMC2 (HM)
y
Allan Deviation  ()
10
10
10
10
-12
Clock Interpolation
Error
300s : 0.05-0.3ns
30s : 0.01-0.03ns
-13
-14
10
-1
10
0
10
1
2
3
4
5
10
10
10
10
Averaging Time  (sec) http://gpspp.sakura.ne.jp
HR-PPP
• HR-衛星時計を使った高時間分解能キネ
マティックPPP
• 高精度化/高安定化
アンテナ位相モデル
対流圏遅延推定(ZTD/Gradient)
Mapping Function
食衛星の取り扱い(Block II/IIA)
Sidereal Filter
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1Hz HR-PPP測位解例
MIZU(IGS) : 2004/12/25 0:00:00-2:59:59GPST
E-W
N-S
CODE (Interpolated)
U-D
10cm
1Hz HR-PPP
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Sidereal Filter
MIZU(IGS) : 2004/12/25 0:00:00-2:59:59GPST
E-W
N-S
without Sidereal Filter
U-D
10cm
with Sidereal Filter
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相対測位との比較
HR-PPP
相対測位
測位解
絶対値(ITRF)
基準局相対
測位精度
(水平 1σ)
1～2cm
観測雑音
9mm
リアルタイム
多点解析
リアルタイム
精密暦精度依存
早い
1cm+
?ppm×基線長
6mm(短基線)
18mm(長基線)
RTK (短基線)
? (長基線)
遅い
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解析実行時間例
条件
実行時間
HR 衛星
時計推定
1Hz-3H
30 衛星,50 局
32 分
HR-PPP
1Hz-3H
58 局
1 時間 33 分
Pentium4 3.2GHz, Win XP, GT0.6.2, Matlab6.5.1
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HR-PPPの応用例
• 新潟県中越地震地殻変動計測
(2004/10/23, M6.8)
• スマトラ地震地震波観測
(2004/12/26, M9.0)
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新潟県中越地震地殻変動(1)
新潟県中越地震 970806 新潟巻 960571 小須戸
M6.8,
950238 新潟加茂
950237 寺泊
2004/10/23
8:56 UTC 960566 出雲崎 970810 新潟栄 020961
37.5N
970807 新潟三島
940051 柏崎１
960567 柏崎２
新潟下田
950239 栃尾
960568 守門
950240 小千谷
020962 高柳
950204 金山
950206 只見
950207 福島南郷
950242 新潟大和 020963 湯之谷
020964 安塚
950244 松之山
37N
138E
950236 鹿瀬
138.5E
950246 塩沢139E
970801 檜枝岐
139.5E
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新潟県中越地震地殻変動(2)
電子基準点位置変動 E-W : 2004/10/23 GPST
GRID: 0.05m
新潟巻
小須戸
鹿瀬
寺泊
新潟加茂
新潟栄
新潟下田
出雲崎
新潟三島
金山
栃尾
柏崎１
柏崎２
守門
小千谷
只見
福島南郷
高柳
新潟大和
湯之谷
安塚
松之山
檜枝岐
塩沢
8:00
10cm
9:00
10:00
11:00
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新潟県中越地震地殻変動(3)
電子基準点位置変動 N-S : 2004/10/23 GPST
GRID: 0.05m
新潟巻
小須戸
鹿瀬
寺泊
新潟加茂
新潟栄
新潟下田
出雲崎
新潟三島
金山
栃尾
柏崎１
柏崎２
守門
小千谷
只見
福島南郷
高柳
新潟大和
湯之谷
安塚
松之山
檜枝岐
塩沢
8:00
10cm
9:00
10:00
11:00
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新潟県中越地震地殻変動(4)
電子基準点位置変動 U-D : 2004/10/23 GPST
GRID: 0.05m
新潟巻
小須戸
鹿瀬
寺泊
新潟加茂
新潟栄
新潟下田
出雲崎
新潟三島
金山
栃尾
柏崎１
柏崎２
守門
小千谷
只見
福島南郷
高柳
新潟大和
湯之谷
安塚
松之山
檜枝岐
塩沢
8:00
10cm
9:00
10:00
11:00
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新潟県中越地震地殻変動(3)
電子基準点小千谷(950240) : 2004/10/23 GPST
30
E-W
Displacements (cm)
20
10
0
N-S
-10
-20
-30
10cm
U-D
-40
-50
8:00
M6.0
M6.8
9:00
M6.3
M6.5
M5.7
10:00
11:00
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新潟県中越地震地殻変動(3)
電子基準点
小千谷(950240)
９:35:00
～11:00
10
９:34:30
-10
-10
(cm)
9:12:３0
～9:34:00
N
W
9:00:00 0
～9:12:00
2004/10/23
GPST
8:57:00
E
S
8:56:30
10
0
10
-10
M6.8 8:56
M6.3 9:03
M6.0 9:11
M6.5 9:34
M5.7 10:45
0
8:00:00～8:56:00
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新潟県中越地震地殻変動(4)
電子基準点小千谷(950240) : 2004/10/23 GPST
30
E-W
Displacements (cm)
20
10
0
N-S
-10
-20
-30
U-D
10cm
-40
-50
8:00
9:00
: GSI F2解 10/22
: GSI F2解 10/24
10:00
11:00
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スマトラ地震地震波 (1)
NRIL
CHUR
ARTU
POL2
USUD
WUH2
IISC
DGAR
JOGJ
Sumatra - Andaman Islands
Earthquake M9.0,
2004/12/26 0:58:53UTC
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スマトラ地震地震波観測 (2)
JOGJ 2024km
E-W
WUH2 3586km
N-S
ARTU 6754km
10cm
U-D
IISC 2283km
POL2 4841km
NRIL 7351km
DGAR 2861km
USUD 5672km
CHUR 13076km
(2004/12/26 1:00-2:00 GPST)
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スマトラ地震地震波観測 (3)
POL2(IGS) : 2004/12/26 GPST
L
R
24min
0:59
R:3.4km/s=4841km/1440s
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スマトラ地震地震波観測 (4)
POL2(IGS) - AAK(GSN-IRIS) (d=17.1km)
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スマトラ地震地震波観測 (5)
ARTU(IGS) - ARU(GSN-IRIS) (d=0.3km)
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スマトラ地震地震波観測 (6)
DGAR(IGS) - DGAR(GSN-IRIS) (d=18.2km)
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スマトラ地震地震波観測 (7)
DGAR(IGS) - DGAR(GSN-IRIS) (d=18.2km)
(0.01Hz- )
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スマトラ地震地震波観測 (8)
DGAR(IGS) - DGAR(GSN-IRIS) (d=18.2km)
(0Hz-0.01Hz)
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まとめ
• HR-GPS/GNSS衛星時計推定
• HR-PPPの手法
• HR-PPPの応用例
地殻変動解析、地震波観測
• 今後の課題:
リアルタイム、長周期ノイズ低減、高速化
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