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

GPSキネマティックPPP
による地殻変動観測
GPS Kinematic-PPP (Precise point positioning):
observation of crustal deformation by using 1-Hz GPS data
技術コンサルタント/東京海洋大産学連携研究員
高須知二
Tomoji Takasu
[email protected], http://gpspp.sakura.ne.jp
キネマティックGPS: 応用
• 精密測量(RTK etc)
• 海底地殻変動観測
• GPS津波計
• 火山地殻変動観測
• 低軌道衛星精密軌道決定
• GPS地震計
• ...
地殻変動観測手段
精度
mm
レーザ
VLBI SLR 伸縮計
GPS
（スタティック）
cm
地震計
高感度
広帯域強震計
干渉SAR
キネマティックGPS
dm
1年
1月
1日 1時間 1分
1秒
GPS vs 地震計
GPS
地震計
広帯域
強震計
測定
座標
速度
加速度
周波数(Hz)
DC-0.5
0.003-10
0.01-50
雑音
大
小
小
振り切れ
無
有
稀
変位測定
絶対/直接
1 回積分
2 回積分
GPS地震計: 主な研究
• K.M.Larson et al. (2003), Science
• J.Kouba (2003, 2005), SGeG
• Y.Bock et al. (2004), GRL
• M.Irwan et al. (2004), EPS
• S.Miyazaki et al. (2004), GRL
• Y.Ohta et al. (2006), EPS
• J.F.Genrich at al. (2006), JGR ...
PPP vs 相対測位
PPP
精密単独測位
相対測位
長基線
短基線
基準点
不要
必要
測位解
絶対座標
相対(基線ベクトル)
雑音
中
大
小
Ambiguity
リアルタイム
Float
Fix/Float
Fix
?
速い
?
RTK
多点解析
遅い
PPP:衛星時計補間の影響 (1)
IGS
IGS MIZU :
E-W
5min間隔
IGR
N-S
10cm
U-D
CODE
JPL
PPP:衛星時計補間の影響 (2)
IGS MIZU :
IGS (Interpolated)
E-W
30s間隔
IGR (Interpolated)
N-S
10cm
U-D
CODE
JPL
PPP:衛星時計補間の影響 (3)
IGS MIZU :
IGS (Interpolated)
E-W
1Hz
IGR (Interpolated)
N-S
U-D
CODE (Interpolated)
10cm
JPL (Interpolated)
HR-PPP (High-rate PPP)
HR観測
データ
Step1
1Hz衛星時計推定
1Hz衛星精密暦
(軌道)
時計
HR観測
データ
Step2
キネマティックPPP
測位解
1Hz衛星時計推定
IGS Sat
Clock
Static-PPP(300s)
(300s)
(300s)
OBS
POS
IGS Sat
Orbit
Rcv
ZTD BIAS Clock
(15min)
(HR)
Clock Estimation
Rcv
Interpolation Clock
1Hz Sat
Clock
QC
Sat Clock
時計推定/PPPモデル
• 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/IGS05
• 局位置変動:
固体地球潮汐,海洋荷重,極運動潮汐
• Phase Windup補正
HR-IGS局
(2004/12月, 58局)
精密解析ソフト: GT0.6.3
http://gpspp.sakura.ne.jp
衛星時計安定度
-11
Block II/IIA Rb
Block IIR Rb
y
Allan Deviation  ()
10
2004/12/25 0:00:00-23:59:59 GPST
Block II/IIA Cs
1s
10s
100s
10
10
10
-12
-13
-14
10
時計補間誤差(Max)
5min : 1.5-10cm
30s : 0.3-1cm
-1
10
0
10
1
2
3
10
10
Averaging Time  (sec)
10
4
10
5
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
HR-PPPノイズ源
• 受信機雑音
• 搬送波位相マルチパス
• 電離層遅延補正残差
• 対流圏遅延補正残差
• アンテナモデル誤差
• 衛星軌道/衛星時計誤差
• ...
搬送波位相マルチパス (1)
MIZU (IGS)
10cm
搬送波位相マルチパス (2)
PRN15-MIZU 2004/12/25 0:34-1:24
2cm
PRN15-MIZU 2004/12/26 0:30-1:20
2cm
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
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
49 分
キネマティック
PPP
1Hz-3H
50 局
22 分
Core2Duo 2.4GHz, Win XP, GT0.6.3, Matlab7.3
HR-PPPによる地震解析例
• デナリ断層地震 (2002/11/3)
• 東北地震 (2003/5/26)
• 新潟県中越地震(2004/10/23)
• スマトラ地震 (2004/12/26)
• カムチャッカ半島東地震 (2006/4/21)
• ジャワ島地震 (2006/5/17)
• 択捉沖(クリル島)地震 (2006/11/15)
デナリ断層地震 (1)
2002/11/3
22:12:41
(Mw7.9)
5.0km
0 1000 2000
km
デナリ断層地震 (2)
IGS FAIR
HR-PPP
デナリ断層地震 (3)
IGS BREW
HR-PPP
L
R
デナリ断層地震 (4)
K.M.Larson et al. (2002), Scienceとの比較
FAIR HR-PPP
東北地震 (1)
2003/5/26
9:24:32
(Mw7.0)
68.2km
0
50
100
km
東北地震 (2)
IGS MIZU
HR-PPP
東北地震 (4)
K-NET IWT011
強震計(2回積分)
東北地震 (5)
K-NET IWT011
強震計(2回積分）
新潟県中越地震 (1)
2004/10/23
8:56:00
(Mw6.6)
16km
0
20
40
km
新潟県中越地震 (2)
E-W : 2004/10/23 GPST
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
GRID: 0.05m
10cm
9:00
10:00
11:00
新潟県中越地震 (3)
N-S : 2004/10/23 GPST
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
GRID: 0.05m
10cm
9:00
10:00
11:00
新潟県中越地震 (4)
U-D : 2004/10/23 GPST
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
GRID: 0.05m
10cm
9:00
10:00
11:00
新潟県中越地震 (5)
電子基準点小千谷(950240)
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
10:00
M5.7
11:00
新潟県中越地震 (6)
電子基準点小千谷(950240)
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
スマトラ地震 (1)
2004/12/26
0:58:53
(Mw9.1)
30km
スマトラ地震 (2)
3.4-4.2km/s
(2006/12/26 GPST)
スマトラ地震 (3)
IGS POL2
HR-PPP
IRIS AAK
広帯域地震計
スマトラ地震 (4)
IGS ARTU
HR-PPP
IRIS ARU
広帯域地震計
カムチャッカ半島東地震 (1)
2006/4/20
23:25:02
(Mw7.6)
22km
0
500 1000
km
カムチャッカ半島東地震 (2)
IGS PETS
HR-PPP
IRIS PET
広帯域地震計
ジャワ島地震 (1)
2006/5/26
22:53:58
(Mw6.3)
10km
0
50 100
km
ジャワ島地震 (2)
IGS JOG2 HR-PPP
択捉沖(クリル島)地震 (1)
2006/11/15
11:14:16
(Mw8.3)
30.3km
0
500 1000
km
択捉沖(クリル島)地震 (2)
IGS PETS
HR-PPP
IRIS PET
広帯域地震計
まとめ
• キネマティックGPSによる地震観測:
既存GPS観測網利用、地震計補完
• PPP:
基準点の影響小、ノイズ小、解析効率
• 衛星時計補間問題: 1Hz時計推定
• 課題
リアルタイム、ノイズ削減、高速化

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