0測 位精度の向上 (IPSは 人部分 の 移動体 の航 法 に 卜分 な測位 精 度 を もってい ますが ,1き 月lが 広が た とえば ,カ ー ナ ビゲー シ ヨ る につ れ て精度 不 足 とな る局 面が増 えて き ま した ンを 孝 えてみ ま しょう 目的 地 に到 着す るため には現 在 の測位 精 度で 十分 ですが , 地 lklデ ー タの 高 精細 化 や計 算機 の性 能向 Jlと あ い まって , さらに平行 して設 置 さ れ て い る道路 や高 架道路 の 上 下,あ るい は 中線 をL別 した い との 要求 が あ ります 車両管 理 で も,建 物 の ひ とつ ひ とつ を間違 えな い よ うにす るため には数 :n tt Lの 精 度 が必 要 です また ,携 1「 11の ナ ビゲー シ ヨン機 2卜 は 歩4T者 が ltttlす るため ,数 inの 精 度 で も 足 に な りが ちです イ｀ 特 に視覚 障 害者 の ナ ビゲー シ ョンな どで は,信 号 機 や 階段 の位 置 を知 るため に高 い位 置 精度 が必 要 と され ます こ う した用途 の場 合 ,都 市 部で 使 ‖Iさ れ るため電 波環境 が きび しく (マ ルチ バ スや 遮蔽 が 多い ),‖ 1位 精 度 を liげ るの は難 しい こ とです そ の うえ相 手 は 人lHIで す か ら,移 動 速 度 が 遅 い うえ に ,急 に i7ち 卜まった り早足 に な った りします こ う した予 llが しに くい ため フ ィル タリ ング技 術 で lll位 精度 を 11げ るに も限 界が あ ります , デ イフ ア レンシ ャ ル CPSや 十 i歩 ,ll位 方式 に よ り精 度 を向 Lす る こ とはで き ますが ,ど ち ら もデ イ フ ア レンシャル補i正 情 報 を伝 送 す るjHttl● l線 が 別途必 要 にな ります し, 卜渉測 位 の 場 合 は受 信 機 が まだ高価 で す tで 必 要 な測 やは り,追 力Π装置 の不 要 な ll独 測イ 位 精 度 が 得 られ る に越 した こ とはあ りませ ん 0適 用範囲の拡大 人 1:術 社か ら放送 される電波 を使用す る衛足航法 システ ムは,衛 足か らの1じ 波 が力￨か ない場所 では利用 する ことがで きませ ん そ の ような場 llの 代 表例 として は, トン ネルや建物内 ,地 下街な どがあ ります ハ イプ リッ ll車 が トンネルを,1過 す る場合 には,Iに 速 センサや慣性 センサ との 自」 ド方式 によ り短時間であれ ば GI)Sが 使 えな くて も現在1立 置 の 計算 を続 ける こと がで きます しか し歩行者 はそ うした セ ンサ を追加す るのが難 しいです し,衛 量 51衛 星航 法 システ ムに対 す る要請 163 か らの測]:信 号が長時 FEUに わた り途切れるの も不利 とな ります 建物内や地 F街 では, さらに きび しい 条l11と な ります こ うした慣1距 信 号が届 きに くい場所で も,ま った く測位がで きないのではな く , た とえ測位精度 が不 卜分 であ って もある程度の測位が で きる とf9_利 です 受信機 の感 Fiを 最近 は , 高 めることで 建物内 に入 り込 んで くる微弱 な反射波 を受信 し, 一 FLの 測位結果 を得 られ る受信機 も現れて きてい ます 衛星側で の 対応 としては 慣1距 信 号の送信電力を大 きくすることが考 えられ ます , これによ り受信機 に到達 する電波 の 強度が確保で き,電 llx環 境 の悪 い場所で も測位がで きる nJ能 性が出て くる ことにな ります 0都 市型環境への適応 建物内や地 下街 での GPS利 用に も関連 しますが ,都 市部 では周囲 に高 い建物 が 多いため地 _Lで も電波 環境 は それは どよ くあ りません 建物があればその方向 の衛星か らの電波 はJr蔽 されて しまい ます し,そ うでない衛星につい て もマルチ パ ス を′ Lじ て泄J距 十 青度が低 下します また,都 市部 では歩道橋や地下道な どの立体的構造物 も多 く,移 動 の際 に電波 が途 LJJれ 途切れにな りやす いのです こ うした環境 に対応するためには,マ ルチ パ スのlt減 はたいへ ん有効 です し,細 切れにな った電波 をうま くつ な ぎあわせて 受信動作 を継続 させる こと も必要です こ うした対 :こ は受信機側 の技術 によると ころが大ですが,潰 1距 信 号を l:夫 する こ とにより解決 で きる問題 もあ ります 0小 型 化 レジ ャー用途 の ハ ンデ ィ CPS受 信機 が 普及 し,ハ イキ ングに持参する方 もめ ず らし くな くな って い ます また,携 帯情報端末装 置 に内蔵 された GPS受 信機 により,歩 行 者の ナ ビゲー シ ョンも実 lll化 してい ます 人椰lが 持 ち歩 くとなる と GPS受 信機 を可能 な限 り小型車チ量化する必 要があ ります 特 に,視 覚障害者向け の補luJ装 置や徘 徊老 人 迷 予対策 lllの 機器類 では,携 帯 して い て も邪魔 にならな いサ イズお よび 重量でなければな りませ ん し,バ ッテ リーで長時間駆動で きる こ 164 第 5童 :将 来 の GPS とも重要な条件です CPSの 場合,受 信 アンテ ナが小 型化の障害にな ります 演算処理 14路 につい て は集積 ￨」 路技術 の進歩に より小型化が進んで い ますが ,ア ンテ ナだけは物理的な 大 きさが!よ 度 にli接 影響す るため ,安 易 に小 型化するわけには い きませ ん 携帯 電話 と違 ってもともと微弱な電波 を受信 しなければな りませんので ,周 辺回路 を ■人す ることで い かにアンテナ を小型 にで きるかが問題 です また,他 の携帯用 機器 と同 じく,バ ッテ リーで 長時間t14動 するために消費電力を Fげ ることも重要 な課題 です 0干 渉・妨害対策 GPSを 移動体 の航法 に利用す るためには,卜 i歩 や妨害 に対する措置は重 要です GPSは 微弱な測距信号 を受信 して位置を測定 しますので,強 い電 rltの 干渉 を受 け た り妨害波が発せ られる と誤動作 して しまうこと力ヽ あ ります 放送周付近で誤動 い 作 して る とみ られる事例 や ,携 帯電話 を GPS受 信機 の至近距離で使用す る と 測位がで きな くなるとい う例が報告 されてい ます 意図 しない 干渉波あるい は 人為的な妨 害波 の どちらで あ って も,GPSに 影響 を 及ぼす 口 J能 性があ ります 特 に,着 陸段階にある航空機や接岸直前の船舶で GPS を使用 してい る場合には,こ うした不要電波 は脅成 とな ります 視覚障害者向け の補助装置で も安全性 に直結す る問題です 干渉や妨寄 に対 する耐性 は測距信 号 の 形式や強度 によって決 まりますか ら,こ うした影響 を受けに くい システムが望 まれ ます O RTK― GPSの 高速化 搬 送波位 相情 報 を利用 して リアル タイムに高精度 な711位 を行 う RTK― C.PS方 式 は ,移 動 体 の 精密 航 法 用 途 に使 用可 能 な航 法 システ ム と して期 待 され て ぃ ます しか し,現 状 で は 初期 化 に時 間 が かか り, また損1位 結 果 の 安 定性 が そ れ ほ ど高 く な い こ とが 問題 とされ て い ます こ う した RTK― CPS方 式 の 欠点 を解 決す るため には ,■ 1距 信 号を増 ゃす こ とが 51衛 星航 法 システムに対 する要請 165 たいへ ん 有効 です CPSの I(生 丹l測 位 サ ー ビスは現 在 Iッ 11]波 数 のみ で放 送 され てい ます が ,こ れが他 の 周波 数 で も放送 されれ ば RTK― CPSの 初期化 にか か るH十 間 を短縮 で きます し,先 に述 べ た 干渉 妨 害 に対 す る耐性 を高 め る うえで も有 丹 l です 市 面 而 可 GPSは 開発開始か ′,す でに 30年 が経過 しました 初期 のプ ロ トタイプ衛星 は すべ てが,1用 ]!衛 星に置き換 えられ,現 在 は 1分 な数の衛星による安定 した運用段 階にあります 軌適 Lで 現在もっとも数が多いのは,実 用型であるプロツクI1/11A 衛星 です 現在打 ち Lげ られて い る C PS衛 星 は プ ロ ツク HRと い う タ イプで ,ブ ロ ック HA llの 後継 機 にあ た ります CPSの FTl発 か ら運 用 を通 じて米 軍 が さまざまな ノウハ ウ を蓄 積 して い る こ と も あ り, 司 じ衛 ■ を使 用 して い なが ら測 位 精 度 は若 Fttl Lし て い ます CPS衛 星が 放iき して い るFt法 メッセ ー ジにはIJL道 情 報 や クロ ックlal た とえば lF情 , 報が 含 ま ,の 精 度 向 Lに よ り,ユ ーザ の 測位 精 度 もct善 され て い ます れ て い ます が , これ た [65]ユ ーザ 受 信 機 1則 の技 術 革 新 も進 め られ た結 果 ,現 在 の GPSシ 現 可 能 な水準 はほぼ達 成 した感 が あ ります (も ステ ム で 実 ちろ ん ,マ ルチ バ スや電 離層 遅延 補J[な ど改 善 の 余 地 も まだあ ります )先 に述 べ た とお り,最 大 の誤差 要 因 であ つ た SAは 2000年 5チ 1を もって解 除 され ま した こ う した状 況 を背 景 と して ,1998年 3月 ,J`時 の ゴア副 大統領 が 第 2民 間周波 数 として L2波 (12276ヽ lHz)に C/Aコ ー ドを乗せることを発表しました 現在 ]用 受 は L2波 では軍用の P/Yコ ー ドのみが放送されていますが (63ペ ージ),民 ‖ 「 信機が使用可能な C/Aコ ー ドが Ll波 と ・l様 に,■ 加されるということです 複数 の周波数を使えると,電 離層遅延補]Fの 精度が格段に改善されるほか,RTK― CPS の 初期化 を高速 にで き,ま た冗 長性 の増 加 に よ り信 頼性 も向 Lす る といつ た メ リッ トがあ ります 衛足 (ヽ 166 第 5童 最終 的 には ,2003年 以 降 のオ∫上げ を予定 して い るプ ロ ック IIR― ヽ1 Iは inOdinedの 意味 )か ら民 間 用 第 2周 波 数 が提 供 され る こ と とな り , :渭 来の GPS C/Aコ ー ドを若千変更したL2Cコ ー ドが放送されることとなっています ただ し,L2波 の 周波 数 は航 空航 法 用 に国際 的 に保 護 され た帯域・ で は な い こ と か ら,航 空 機 の航法 ￨‖ 途 には使 用 で きな い難 点が あ ります (1.1波 の 周波 数 は保護 され て い ます )こ の ため , さらに第 い ます L5波 3民 間 周 波数 を追 加 す る こ とが 決定 され て (H7645ヽ lHz)・・ 力iそ れ で ,C/Aコ ー ドゃ L2Cコ ー ドとは また 異 な る ロバ ス トな コー ドが 放送 され る こ と とされてお り,共 体 的 には エ ラー言J正 機 能 (FECi fOrwar(l errOr corrcctio11)な どが 含 まれ る見通 しです 11の 打 Lげ 開始 を目指 して プ ロ ック HF衛 星 現 ni,20()5 (Fは ,110w_Onの 意味 )の 開発 が 進 め られ てお り、 この衛 星か ら L5波 が 使 用可 能 とな ります L5波 の 周波 数 は航 /Lttnlt法 システムの ひ とつ であ る Dヽ IEの 使 用 して い る帯 域 (960ヽ 1215ヽ IHz) と一 部 が重 な ってい ます の で ,対 策が 必 要 とな る可 能性 が あ ります 一 方 で ,次 世代 の CPS衛 星 と して ,GPSブ ロ ック HI衛 星 の概 念設 HIが す で に開始 され て い ます この 作 業 にあ た っ て は , どの よ うな機 能 を盛 り込 むべ きか ユ ーザ か ら広 く意 見 を募集 し,検 討材 +1と され ま した 米国 は CPSを (民 間月1) 衛 星航 法 シ ステムの標 準 で あ り続 け させ る こ とに心 血 を注 い でお り,民 間 ユ ー ザ の 声 が 重 要視 され たの です プ ロ ック HI衛 星 初号 機 の打 上 げ は 2010年 頃 を H 指 してお り,20301:頃 まで にはIJl道 上 の衛 星 がすべ て プ ロ ック HIと な る計 画で す こ う した CPSの 近代 化 Hl画 は CPSヽ lodernizati()nと 総 称 され,JPO(Joil)t PrOgrain Ofh(c)に よ り作 業 が 進 め られ て い ます GPS補 強 システム アプ リケー シ ョンの 要求性 能 に照 ら して,CPS単 独 で は測位精度 あ るい は 信頼 性 が 不 /Lす る場 合 に必 要 となるの が ,補 強 シス テム (allgmentation wstcm)で す 補 強 システム に よ り GPSの 淑1位 精 度 あ る い は信 頼性 とい っ た性 能 が ・Lt善 さ れ , システム /1・ 体 と して ア プ リケ ー シ ョンの必 要 とす る性 能 要件 が 達 成 され る こ ′ ヽRNS tacrOilautical radio1lavigatio1l scrvicc)′ I.3,L4波 は航法以外 の 川I途 に使用lさ オtて い ます ヽン ドと,1`jlオ tま す 53 GPS補 強 システ ム 167 とにな ります 補強 シ ステ ノ、は 単独 で はユ ーザ に航 法 手段 を提供 す る こ とはな く , 中心 とな る衛 星航 法 シス テ ′、との 組 合 せ に よ り所定 の性 能 を達 成 します 補強 シ ステ ム に補 強 され る側 の シ ステ ムは ,コ ア シ ステ ム (core systcnl)と い い ます 測 位精 度 の 改 善 には ,デ イフ ァ レンシ ャル GPS方 式 が 用 い られ ます 補 強対 象の 地理 的 範 囲 が広 くな い場 合 は通常 の 補 正 方式 で十 分 です が ,対 象地域 が 広 範 囲 にわた る場 合 は広 い 範 囲 で 使 用 で きる よ う に工 人 の施 され たデ イフ ア レンシ ャ ル 補正情 報 を生成 します す なわ ち,衛 星軌 道 クロ ツク,電 離層 j星 延補 正 ,対 /t圏 遅 延補 正 とい った誤 差 要 因別 の補 正情 報 を作 成 し,ユ ーザ 受信 機 は 自分 の 位 置 に よつ て これ らの情 報 を適切 に組 み 合 わせ て補 正処 理 を行 い ます この よ うな 方式 を, ベ ク トル補 1に (vcCtor(orrection)と いい ます 信 Flt性 につ いて は,地 上 のモ ニ タ局 で CPS信 号 を監視 し,測 距信号 力ヽF常 か ど うか を常 時 チ ェ ツクす る こ とで所 要 の 水準 を確 保 します 航法 シ ステ ムの イ ンテ グ リテ ィ とは ,そ の システ ム を利 用 して得 た位 置情 報 が l「 しい (規 定 の性 能 基準 ユー 内 にあ る )こ とを保 証 す る能 力で あ って ,測 位 精 度 が規 定 を外 れ る場 合 には ザ に対 して警 報 を出 さな け れ ば な りませ ん この ため には測距信 号の 品 質 を常 時 監 視 し,警 報 限 界 (alert hnit)を 超 えて い な い こ とをチ ェ ツクす る必 要 が あ る に用 しな い よ ので す 監 視 の結 果,異 常 と判 断 され た衛 星か らの信 号は,‖ 1位 にイ う移動 局 に指 示 を与 え る こ とにな ります この ため の デ ー タ伝送路 は GIC(GPS illtcgrity chanllcl)と 呼 ば れ る こ とが あ ります ところで ,民 PHU航 空 分野 にお いて は,先 に述 べ た とお り ICAO力 '航 法 システ ム の lFI際 標準 を定 め る役割 をInっ て ぃ ます ICAOは 民 間航 空機 の 運航 に必 要 な性 能 を有す る衛 星航 法 システ ム を GNSS(global n=Ⅳ igatioll satcllitc systelni全 世界的航法 衛 星 システム )と 呼 んでお り,最 近 その 標準 仕様 (SARPsl stそ mdttds alld recomn10ndcd practices)力 湘 l定 され た ところです GNSSは 人工 衛 星の ほ か に機 卜受 信 機 や地 上モ ニ タ施設 な どを も含 め た定 義 とな って い て ,具 体 的 な姿 は GPS(コ ア シス テム )に 補強 システ ム を追加lし た構 成 とされ て い ます [48] ICAO GNSSで は,補 強 システ ム を次 の 3種 類 にFX分 して 開発 を進 め て い ます (1)SBAS(satClhtC bttcd augillelltation systonll静 L衛 星型衛 星航 法 補 168 第 5車 :将 来の GPS 強 システム):静 lL衛 星か ら補強情報 を送信 し,大 陸規模 の広域 にわたつて CPS の補強 を行 い ます 洋 L航 窄路 か らター ミナル空域 まで広 い範囲 の航空機 を対 象 とした補強 システムです (2)GBAS(ground bascd auglllcntatiOn systcini地 上利衛星航法補強 シス テム):地 上送信局 からの補正情報により,局 地的に CPSを 補強 します 空港 lpn 辺 で進入着陸中の航 空機 に対 して補強 サ ー ビス を提供 します (3)ABAS(aircra■ based augmcntation systenl:機 L型 衛星航法補強 シス テム):航 空機上で得 られる情報 によ りGPSを 補強 します 受信機の内部処理 で実 現 される RAIM(roceiwr autonoinous integrity mOnitoring)の ほか,気 圧高度 計や慣性 セ ンサなど GPS以 外 のセンサ を利用す る AAIヽ 1(aircraft autOno11lous integrity nionito● ng)が 含 まれ ます ABASに ついては, い まの ところ詳細 な 規定 はな されてい ません 航空用広域 CPS補 強 システムの標準仕様 であ る SBASは 補強情報 を静 止衛 星か ら放送す る もので ,実 際 の システム と しては ,米 国 の WAAS(widc area augnlentttion wstenl),欧 州 の ECNOS(EurOpean gcostationary navigatioll overlav ser宙 ce),そ して 日本の MSAS(MTSAT― ba.Red satellite augmentation systenl)が それぞれ整備 中です 使用する衛星は,ヽ VAASお よび ECNOSは ィ ンマルサ ッ ト (INヽ lARSAT)',MSASは MTSAT(intllti― ftlnctional transport satelhtα 運輸多 目的衛星 )で すが ,NITSAT初 号機 は打上げ に失敗 したため代替 機 を 2003年 に打 ち上げることとされてい ます 米国 FAAが 開発中の WAASは す でに 2000年 8月 か ら試験運用 を開始 してお り,2003年 に予定 されて い る本格 稼動 に向けて さまざまな試験 を続 けて い ます SBASに より送信される信号は,ユ ーザ航空機に対して① レンジング機能,② イ ンテグリティ情報,③ ディファレンシャル補正情報 (ベ クトル補正方式),を 提供 Llと 同 じ 1575 42 MHzで 放送 され ます ので ,ア ンテナ も GPSと 共用 で きます (GPSと は PNコ ー ドを変 えてあ ります )SBAS します ・ これ らはすべ て GPS イ ンマ ルサ ッ ト条約 に よ り設 立された国際 海事衛星機構 (INMARSATI 11lternational Maritilne Satc1litc Organレ atiort)は , 1999年 よ 1,1(営 化 さオtイ ンマルサ ッ ト11と な ´ , て い ます 53 CPS補 強 シス テ ム 169 は基本的 には航空用 システムですが ,信 号を受信 で きれ ば海 上あるい は陸Jiで も 使用 ￨]能 です 一 方,GBASは 精密進 入用の補強 システムで,空 港周辺 に設備 されて局地的な 補強情報 を航空機に送信 します これにより,SBASで は実現 で きない高水準 のlll 人着陸を目指す もので,米 国 FAAが LAAS(local arca augmcntatioll systel11) と呼 んで整備する方多￨と して い ます のため GBAStt を送信 します マルチ パ ス抑常1お よび インテ グリテ イ確保 L局 には複数 の基準受信機が設置 され,VHF波 により補強情報 この補強情報 には,デ イファレンシャル補 1■ 情報 やインテ グリテ イ 情報 のほかに も,滑 走路 の設置状況 や 進 入 コースの情報 な どが 含 まれ ます jIL人 着陸用である こ とか ら,GBASの 覆域 は空港周辺空域のみ に限定 されて い ます 海上分野 では,世 界的 に中波 ビーコン DGPSが 利用 されてい ます これは従 来 より利用 されて い る 280ヽ 32()kHzの 中l「xビ ーコン信号 にデ イフ アレンシ ャル CPS補 強情報 を重畳 して放送す る方式で,ITU(国 際電気通信 li合 )に より国際 標準化が な されてい ます I本 では 1999年 4月 よ り 27局 による正 式運用 を海 上 保安庁 が行 ってい ます 世界各国 で も同様 のシステムを整備 が ,特 に米国 では NDCPS(1latiOnwide DGPS)と DGPS局 を設置す る計画 を進めてい ます 運用 して い ます して内陸部 にも中波 ビー コン い まの ところ 2007年 末 までに正式運 用 を開始する計画 で,実 現す れば米国内陸部 (お よび アラスカとハ ワイの一部)お よび沿岸海域 のいずれの地点 で も 2局 以上が 利用 IT能 な冗長性 のある デ イフアレ ンシャル GPSシ ステムが完成 します 民間ベ ースの補強サ ー ビスと しては,カ ーナ ビゲ ー シ ヨン用 に FM多 重放送に よる DGPSサ ー ビスがすでに普及 して い ます 各国 では AM放 送や TV放 送へ また,洋 上 も含 めたサ ー ビスと のデータ多重 による方式 も実用化 されて い ます して は,GeOstarあ るい は OInniSTARと いった静 lL衛 足 よる補強サ ー ビスが 有料 で提供 されて い ます (イ ンマルサ ッ ト)に これ らは静止衛星 か ら Lバ ン ドで デ ィフ ァレンシャル補正情報 をユ ーザに送信 す る もので ,専 用受信機 とベ ク トル 補 J:方 式 によ り高 い精度 の位置情報 を提供 します 170 第 5章 :将 来 の GPS ■■ ■■ 5,4 GPS以 外の衛星航法 システム GPS以 外 の 衛 星 航 法 シス テ ム と して代 表 的 な の は ,ロ シアが 運 用 して い る GLONASSで す GLONASSは CPSに 類 似 した衛 星航 法 シ ステ ム で ,Lバ ン ドの CPSに 近 い周波 数 で 扱1距 信 号をi`信 して い ます CPSが CDMA方 式 に よ り衛 星 を識 別 して い るの に対 して ,衛 FDMA(■ cqllcncy '1ご とに信 号 を送信 す る周 波 数 を変 える div雨 on inul‖ pkヽ a(tossl周 波 数分書1多 元接続 )方 式 を採 用 して い る点が大 きな違 い です GLONASSも fi:様 liは 24機 の 衛 に よ る運 用 が され る こ とに な っ て い ます '止 が ,実 際 に軌 道上 にあ る衛 星 は現 在 7機 程 度 です (2002年 9月 )CPSと 卜]様 , GLONASSで 測位 を行 うに も 4機 以 卜の 衛 早か らの信 号 を受信 す る必 要が あ りま すが ,現 状 の GLONASSだ け では 残 念 なが らほ とん ど不 可能 で す GLONASS に も近代 化計 画が あ り,GPSの 近代化 お よび欧州の Calnc。 を意識 してい る様子 が み られ ます 現 在 の計 画iに よる と,2002年 か ら現用衛 星 よ り寿 命の 長 い (現 用衛 星 の 3年 に対 して 7年 )GLONASS‐ ヽ1衛 九lを 打 ち ‖ ナ,L2波 の 出力 を向上 させ る と CLONASSヽ 1で と もに民 FB3用 信号 (SPコ ー ド)を 力uえ る こ と とされて い ます は,第 3周 lFt数 と して 1164ヽ 1215ヽ lHz帝 に L3波 を追力Πす る こ とも検討 され て い る ようです [68]ま た ,将 来的 には さらに寿命 の 長 い (10年 以 L)GLONASS K 衛星 も検討 され て い ます 一方,欧 州 連合 (EU)お よび欧 州宇 宙機 関 (ESAI Europcan Spacc Agcilcv) は,1999年 2月 に独 自の 衛星航法 システ ム Galileoの 計 口iを 発 表 しま した [69] CPS補 強 シ ステ ム SBASの ひ とつ と して ECNOS(EurOpcall gcostatiollary invigatioll ovOrLv Servico)の 開発 を す で に欧州 は ,ICAOの 標準 仕様 に沿 った WAASお よび 日本の ヽISASを あ わせ た 3シ ステ ′、に よ り全世界 をカバ ーす るnl口 iで したが ,欧 州 は この ECNOSを GNSS lと して位 開始 してお り,こ れ と米 卜I 置 づ け,こ れ に続 く CNSS 2と して GJl(ヽ oシ ステ ム を計 画 して い ます Galilco pl画 は ,2000114月 よ り具 体 的 な シ ステ ム 開発作 業 が 開始 されて お り,l■t術 検 証 試験 を経 たの ち 2005ヽ 2008年 にか けて実 用衛 ,を 製造 配備 し,20()6年 に 54 GPS以 外 の衝 星航 法 シス テ ム 171 は初期 運 用 を開始 ,2008年 の 完 全運 用 を‖指 して い ます SPS Galileoは さらに OS CalileOの 基 本 サ ー ビスは OS(opon sorvicc)と 呼 ばれ ます に類似 した無 料 のサ ー ビスで,誰 で も無制 限 に利用 で きます これ は GPS よ りも精度 イ ンテ グリテ イに優 れたサ ー ビス を提供す る ことと してお り,民 間航空 分野等 向 け の SoL(sakty oinfo sorvico),有 料 の 商用 サ ー ビス CS(colllillCrCial service),政 ll■ 機関等 専用 の PRS(ptlblic rcgtllatcd service)に 分 け られて い ます これ らのサ ー ビス を実現 す るため ,1164ヽ 1215 MH%(E5波 ),1260∼ 1300ヽ lHz (E6波 ),1559ヽ 1591 MHz(Ll波 )の 3つ の 周 lrK数 帯 で 信号 を放 送す る こ と と して い ます (〕 ableOの 特 徴 の ひ とつ は ,設 計段 階 か ら具 体 的 な民 生 用 ア プ リケ ー シ ョンに 必 要 とされ る性 能 要件 を考慮 して い る こ とで ,軍 用 システ ムで は な く民 生 ベ ース で 開発 が 進 め られ て い る こ とに よ ります つ ま り,CPSや GLONASSで は補 強 システ ム に よ り補 うこ と とな っ た部 分 が ,最 初 か ら コア システム 自体 にI「tり 込 ま れ て い るの です さらに CPSや CLONASSの 補強情 報 (特 に イ ンテ グ リテ イ情 報 )も GableOに よ り放 送 され る可 能 rlが あ り,こ れ ら他 の コ ア システ ム との 相 互運 用性 を最 大限 に確 保 す る構 想 の よ うです 日本で は,CPS補 強 システム と して ICAO 計 画 を進 め て い ます SBASの ひ とつ ヽISASを 構 築す る 日本 の 衛 星航法 システ ム につ い ては ,1997年 に宇宙 開発委 員会 が明 らか に した方 針 [75]が あ り,GPSの 利 用 を基 本 と して独 自の衛 星航 法 システ ムは 開発 しませ んが ,衛 星航 法 システム に必 須 の 要素技 術 につ い て は字 宙 実証 も含 め て習得 を図 る こ ととされて い ます この 方針 に沿 って ,2004年 に打 上 げを予定 している技術試験衛星 ETS‐ VHIで は,① 原子時計の衛星搭載,② 精密 軌道決定,0衛 星搭載クロックの時亥 J管 理,の 3技 術について試験 実証するこ ととしてい ます [71] また,最 近にな って,準 天頂 衛星 システム を開発す る方針 が決定 されて い ます これは 日本周辺 を中心 として移動体向けに高品質な通信 と航法 のサ ー ビス を提供 す る衛星 システムで,高 仰角 に数機 の衛星が常 に見 えるように して ビルの 多 い都 市部 で も信号が届 くよ うに配慮 して い ます 172 第 5章 :将 来 の CPS 航法用信号 としては GPSと 互換性 04105 06107 卜iF, 第 ■民間周波数 第 1民 間周波 数 プ ロ ックHR M プ ロ ックHF プ ロ ックHI ￨ ￨▲ ﹄ハ ￨∼ ￨ ［ 出 ¨ 岬 ) 本) ￨ I▲ 歯 MSS(日 ￨ 訂 嘔︲ 用 SBAS ) " 整,H ▲鵡 E■ ,曝 n■ lI 火 ▲ ｒ ︲ ”‘ ︲ ￨ WAAS(米 」 ECNOS(欧 州 ,● ￨ 概 念設 計 技 術 開発 検 証 配 備 運用 CLONASS GLOM■ S― M CLONAS― K lrl 贅 崚▲ ▲ ヵ ▲ 二 郷 が 降 ∞ 9ヽ 解除 ］▲ (:PS シ ステ ム パ ■ 現 rr CPS近 代化計画 が進 め られ る 方 2008年 の 運用 lll始 を目指 して欧 州連 合 に よるCalncOシ ステムの 開 発計画 が進 め らオ 1て い ます 広城 補強 システム と して IcAO SBお も整備 liで 211113年 後半頃 か ら 順次利用l可 能 となる見込みです 図 51 各衛星航法 システムの整備計画 の ある測‖:信 号を放送 し,GPS衛 足が見えない ビルの谷間で も高精度な測 位 がで きる よ うにす る構想 です い まの ところ 2008年 前後 の運用 を目指 して計 画が練 られている段階 ですので ,今 後 の展開 に期待 したい ところです 受 信 機 技 術 最初 に開発 された CPS受 信機 は大11の 冷蔵庫 の よ うな装置で したが ,実 用化 が 進むにつ れて受信機技術 は飛躍的な進歩を遂げ,現 在 では 手のひ らサ イズ どこ ろか切手 サ イズの受信機 も現れてい ます 小 さくなっただけで な く,性 能 も格段 に向上 して い ます 性能向 卜の ひとつ の 要素 は,多 チ ャ ン ネル化 です チ ャ ンネル数 とい うのは受 信機が同時 に処理 lr能 な衛星 の 数で,最 初 の頃 の受信機 は 1チ ャンネル しか もっ てい ませんで した Gl)S受 信機 は最低 で も 4つ の衛星の信 号を処理 しなければな 55受 信機 技術 173 占野電 気 製GH 79受 信機 です 小 llな だけで な く消 費電浙tを 大幅 に 節 減 して お り 携 帯端 末機 器 に1内 蔵す る ことがで きます ア ンテナ 体 11で 21× 28× 10mm 重 さは12gし か あ りませ ん (提 供 :i町 ワF電 気 (株 )) 図 52 超小型 GPS受 信機 の例 )順 次 衛 星 をLJJり 林 え なが ら受 信 りませ んか ′ 測 ]:処 理 を行 い ま したが ,衛 星 や受 信機 の 移動 ,測 定 条件 の 変動 な どに よ り測 定 Fり :井 を11し ま した 現在 の 受 信 卜空 の 衛 機 は 8ヽ 12チ ャン ネルが 普i■ で ,16チ ヤ ン ネ ル以 llの 製品 もあ ります 星 の 大部 分 また はす べ て を卜l時 に処理 で きます の で ,順 次 測定 に よる‖J定 誤 差 は 発生 しませ ん また,余 裕 の チ ャ ン ネ ル を まだ信 号を捕17tし て い な い 衛 早の探 索 に使 うこ とで イ ,:号 捕捉 時 間 を短縮 す る 方式 も一 般 的 にな りま した す べ てデ イジ タル方 Jkで 行 わ れ る ようにな り,信 号の 捕捉 追跡性 能 の 向 卜に複 れ て い ます 雑 な信 号処理技 術 が 1き 'Hさ また ,マ ルチ パ ス削減技 術 も.I歩 しま した マ ルチ パ スは ,GPSの 誤 差 要因 の に よ り,t減 で きる もの の ひ とつ です うち受信 機 の対 信 号処理 は ナ ロー コ リレー タ方式 や 'こ Zト ラ ッキ ング方式 をは じめ さま ざまなマ ルチ パ ス削減Ijx術 が特 許 とな ってお り , 各社 の受 信 機 に組 み 込 まれて い ます 多 チ ヤ ン ネル化 もマ ルチ パ ス削 減 の どち ら も,受 信 回路 の デ ィジ タル化 に よ り複 雑 な方 式 が ・「能 とな って きま した 174 第 5章 :将 来 の CPS マ ルチ バ スの 少 な い ア ンテ ナ も研 究 され ,通 常 のチ ョー ク リン グ方式 以 外 に ｀ILAア ン テ ナ (11lultipath lilllitatloll alltelllla)や す MLAは ス パ イラ ル ア ンテ ナが 開発 され て い ま 高1印 角 と低仰 角用 の ア ンテ ナ を分 け る こ とに よ り総 合的 な ア ンテ ナ 特性 をマ ルチバ ス を拾 い に くい もの とす る 方式 で ,航 空月lGBASシ ス テ ムの基準 l.7ア ンテ ナ と して実験 が 行 われ て い ます スパ イラ ル ア ンテ ナ は スパ イラル状 の 独牛 1`の パ ター ニ ングが 施 され た パ ノチ ア ンテ ナで ,良 好 なマ ルチ パ ス抑 市 1特 性 が 安 価 に得 られ る特 長が あ ります また ,受 信 機 の 設置場 所 の マ ルチ バ ス環境 を測 定 す る ツー ル も現 れ て きて い ます 中級 クラ ス以 卜の 受 信 機 で は ,搬 j`波 位 相情 報 の 利 用 が 一 般 的 に な りま した 干 渉測位 や RTl(CPS方 式 が可 能 な受 イ:i機 は もちろん搬 j`波 位相情報 を直接 利 用 して い るわけで すが ,そ の はか に も測位 精度 を向上 す るため にキ ャ リア スム ー ジ ン グ (109ペ ー ジ)技 41rが ほぼ標 準 的 に採 用 され る よ うに な りま した 一 方 ,ネ ッ トワ ー ク支 援 型 と口 ,ば れ る 方式 が さか ん に研 究 され て い ます [76] これ は,携 帯 電 話 [l線 な どに よ り確 保 したデ ー タ リ ン ク を用 い て CI)S受 信 機 に 補助 的 なデ ー タを供給 し,測 位性 能 の改 善 を図 る もので す ネ ノトワー ク支援 型 の ひ とつ の 方式 は ,デ ィフ ァ レンシ ャル補 正情 報 を供給 して デ ィフ ァ レンシ ャル GPS方 式 と して測 位 精度 を向 上 す る もので す 確 実 に波1位 精度力Чtt Lす る こ とか ら,携 帯 電 話 に よる測位 サ ー ビスで は標準 的 に採 用 され て い ます も うひ とつ の 方式 は,デ イフ ァレンシ ャル補正情報 に力uえ て GPS衛 星 が送信 して い る航 法 メ ッ セー ジ を供糸 合す る ものです もともと GPS衛 星が送 信 して い る情報 を ネ ッ トワー クか ら ■け取 る こ とにな るの ですが ,こ れ に よ り航 法 メ ッセー ジの 解読 を しな く てす むため ,GPS信 号 の 強度 が 低 くて も測 距動作 が で きる利 点 が あ るのです 信 号強度が弱 い場所 で も GPSを 使 ′ ]で き ます か ら,屋 内や 高架道路 の 卜, トンネル 内 な どで もあ る程度 の精 度 の位 置情 報 が 得 られ ます 移動体 の リア ル タイムな航法 を目指 してつ くられた (IPSは ,先 の章 で紹 介 し 56応 用技 術 175 た よ うに さまざ まな分野 で応 用 が 進 め られ て い ます 時 刻 同期 を除 け ば ,広 い 意 味 で は どれ も移 動 体航 法 に含 まれ る もの です が ,従 来 の 航 法 の 枠組 み で は考 え ら れ なか った よ うな応 用 や サ ー ビスが 実 用化 され て い ます もはや GPSを 航 法 の 位 手段 と して と らえ るの で は な く,位 置情 報 が必 要 な局 面 に幅広 く応 用可 能 な “ 置 セ ンサ"と して認 識す べ きで しよう 超小 型位 置 セ ンサ と して の CPSは ,位 置検索 サ ー ビスに活 用 され て い るほか 携 帯電話 機 へ の組 込 み も進 め られ てい ます 従来 よ り GPSゃ ステムが 位 世 セ ンサ と して 自動 J「 な どの 車 両管理 システム , GPS以 外 の航 法 シ mⅣ ｀1)に 利 11さ れ て 」能 とな ったの きま したが ,GPSの 場 合 は4ヽ 型 化 が 進 んだ こ とに よ り人間 も携 帯 口 です 位 置検索 サ ー ビスや 目的地 へ の ナ ビゲ ー シ ヨンの ほか に も,他 の携帯 端 末 へ の位 置情 報 の送信 や デ ジ タル カ メラ との運 動 ,位 置情 報 を利 用 した ゲ ー ム な ど が 尉l発 され て い ます こ う した携帯 端末 に よる位 置情 報 応 用 サ ー ビスの 発 展 に伴 ぃ ,NTTド コモ に よる DLP(DoCoM()lo(atioll platforlll)サ ー ビス とい つた 的 な イ ン ター フェー ス方式 も開発 されて い ます 統 [78]位 置情 報 を取 り扱 うた め の 基 本的 な プ ラ ッ トフ オー ム はす で に 整 ってい ます の で ,こ う した1肯 報 をいか に利 用す るか の時代 に入 った とい え るで しよう 最 近 は 日本 で も有 +1の 緊急 通報 サ ー ビス HELPNET力 '実 月l化 され て い ます が 米国 で は 日本 の 110番 jl報 にあ た る E911通 報 で,E報 者の 位 置情 報 を付 力‖す る こ , とが義務 づ け られ ま した [77]携 帯 端 末 か らの通報 の場 合 には 当面 は接 続 中 の 果 地局 の位 置 を利用 す る こ とにな ります が ,数 年以 内 に 100ヽ 300n】 の精度 の位 置情 報 を提 供 す る こ と とされ て い ます 携 帯 電話 機 の 普 及 に伴 い必 要 とな つて きた こ う した措 置 は ,欧 州 で も EH2通 報 と して法 市1化 が検 討 され て い る との こ とです また ,特 に建設 現場 を中心 と して リア ル タ イム キ ネマ テ イツク CPS方 式 の 普 及が 進 んで お り,特 別 な 手間 をか けず に準 Hl量 クラ スの 測位 精度 を リア ル タ イム ｀ ・ して い まり リア ル タイム に得 られ る 手段 と して さ ま さ まな分里予で 1心 用 が試 み らオ キ ネマ テ イ ツ ク (】 PS方 式 で は基 準 Ftl設 備 が必 要 とな るのが ユ ー ザ の 負 11と な っ て い ます が ,こ の対 策 と して ,全 国 に数 l kin借 j隔 で設 置 されて い る国土 地理 院 の 電 F基 準 点 ネ ッ トワー クの利 月lが 考 え られ て い ます 176 第 5章 :将 来 の GPS す で に一 部 の 電子 基準 点 に リア ル タイム なデー タ伝送機能が追加 されてお り,こ れによる リアル タイムキ ネマ テ ィック CPS実 験が行 われてい ます 多数 の電 子基準点 をネ ッ トワー ク状 に丼lい るとリア ル タイムキ ネマ テ ィック CPSの 精度 を高めるとともに利用可能 範 nを 広げ ることがで きる ことが 知 られて い ますが ,こ れは仮想基準局 l・ refc・ rencc stationi VRS)方 式 と呼 ばれ (ユ (virt1lal ーザの い る位 置 に仮想的 な基準点 を で実験が進められています チ 構成することからこう呼ばれます),関 東半里 [79〕 これ らは 電 子基準点 ネ ッ トワー クを高精度 な位 置測 定 の ため の社 会 イ ンフ ラ と し て位 置 づ け る 試 み ともい え ます が ,基 準 局 か らユ ー ザ ヘ の デ ー タ伝送 手段 が 問 題 とな りそ うで す 「 ■■ 5.7 この章のまとめ GPSは す くれ た衛 星航 法 シス テ ム です が ,民 生 用 途 も含 め て広 く応 用 され る よ うにな り,欠 点 や改 良 の 余 地 の あ る点 が わか って きま した この た め 米 国 は , CPS近 代 化 .I画 と して民 生用 周波数 の 追 力Πを中′亡ヽと した改 良ll画 を進 め てい ます し,さ らに次 世代 CPSと な るプ ロ ツク Hl衛 星の概 念設 首十も開始 して い ます これ に対 して欧州 連 合 は CalJoo ul画 を立 ち Lげ ,CPSに 代 わ る衛 星航 法 シス テ ム を構 築 しよ うと して い ます Cabl∞ の LL式 運 用 は 2008年 を 目指 して い ます し,2010年 頃 に は GPSで は Ll,L2,L5の 3周 波 数 が 提 供 され ,プ ロ ック HI 初 号機 も打 ち上 げ られ る計 画 に な って い ます 今後 10年 ほ どの 間 に衛 星航 法 シ ス テ ム をlltり 巻 く環境 は だ いぶ 変化 しそ うです CPSの 性 能 を ア プ リケ ー シ ョンで使 用 可能 な水準 に 補強 して 利 用 しよ う とす る GPS補 強 システ ′、の 開発 も進 め られ て い ます 陸 卜で は Fヽ 多重 放 送 をは じめ さま ざ まな デ ィフ ァ レン シャル GPSサ ー ビスが 利用 で きる ほ 一 方 で ,現 在 の 1 か ,沿 岸海域 で は 中波 ビー コ ン方式 に よるサ ー ビスが 実 施 され て い ます しヽとな って SBASの 導 入 を進 め てい ます 間航 空分野 では ,ICAOが 中′ また民 これ は静 Jl衛 星 を介 して デ イフ ア レン シヤ ル補 正情 報 や イ ンテ グ リテ イ情報 とい った補 強 1青 報 をユ ーザ に伝送 す る もの で ,CPSと 同 一の ア ンテ ナで信 号 を受 信 す る こ とが 57こ の童 の ま とめ 177 で きます (た だ し,SBASの 機能 を利用するには,SBAS対 応 の受信機 が必 要で す )現 在,米 l■ lの はヽAS,欧 州 の ECNOS,日 本の ヽISASの 3シ ステムがいず れ も整備中 で,2003年 後 半頃か ら順次 利用「 口能 になるもの と思 われ ます の特長の ひとつは陸上 SBAS 洋 卜を問わず どこで も利用で きる ことで,民 間航空 をは じめ従来安全面か ら CPSを lt用 で きなかった分里チで も今後 GPSの 応用が進む こ とで しょっ ユーザセ グメン トでは受信機技術が飛躍的 にJll歩 してお り,小 型 で高性能の CPS 受信機が現れてい ます 小型化が進 め られているほかに も,各 種 の マルチ パ ス削 減技術やキャリアスムー ジ ン グ方式 が採 Jllさ れ,性 能向 l:が 1幻 られて い ます 最 近 は ネ ッ トワー ク支援型 (〕 PSと 呼 ばれる方式 も開発 され,測 位精度 のみ ならず受 信 ￨よ 度 の向 Lに より従来 GPSを 使 J‖ で きなか った屋 内な どの信 号環境 で も CPS を利り Hで きるようにな って きて い ます ところで,先 の章 でみて きた ように,日 本で も GPSは すでに欠かせないit会 イン フラ として機能 してい ます こ うした背景 をふ まえて,日 本で も衛星航法 システム の開発言1画 が動 き出 してい ます 20()4年 に打上げ 予定 の技術試験衛星 ETS VHl では原 子時計 の衛星搭載 など基礎的技術 の開発が行 われ ます し,2008年 前後 を目 途 として準天 ll衛 星 システム を構 築する方針 とされてい ます 特 に後者 は 日本用 ′ 、 辺 を中 しとして移動体向け に高品質な通信 と航法 のサ ービス を提供す る実用衛星 システムで,GPSと 互換性 を保ちなが ら高精度 な航法 システムを実現で きる可 能 性 があ ります 船舶あるい は航空機 の航法か ら始 ま り, 自動車 さらには人間のナ ビゲー ションをも実現 しつつ ある衛星航法 システムが ,よ り多 くの場面 で より使 いやす い ものに,筐 化す るよう,期 待す ることに しま しょう 178 第 5章 :将 来の GPS
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