Transcript 反射波が支配的な状況下でのマルチパス誤差低減（容量

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
– 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
25
20
– 測位結果の跳びを減らす
15
目標
• 実環境で測位結果を真
の測位点に近づける
– 数100m → 数10m
10
5
0
-5
0
-5
5
10
15
20
25
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
– 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
– 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
合成波
• SQM受信機を用いて検知
• 通常のマルチパスの場合
直接波
反射波
– 遅延波である
• 直接波より遅れて相関が現れる
合成波
– 右側に大きな変化
反射波
• 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
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
直接波
1.0chip
反射波
直接波
合成波
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
– 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
アンテナ
場所
時間
可視衛星
: SQM (ENRI,古野電気)
： ANN-MS (u-blox)
： 晴海２丁目
: 6分（静止）
: 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
OEMV1 (NovAtel)
反射波
直接波
– 仰角 : 20～30°付近
– 測位地点と衛星の間に森
高層ビル
木 木
木
衛星を排除(2/4)
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
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
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
– 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
– 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
– 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
合成波
直接波
反射波
1.0chip
合成波
• 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
反射波
直接波
反射波
直接波
1.0chip
合成波
マルチパス誤差の推定（2/2）
1.2
相関波形を正規化
1
ＮＯ
0.8
推定しない
0.6
相関値
トラッキングポイント - 1chipのポイン
トの相関値が閾値以上である？
ＹＥＳ
0.4
左から順に隣のサンプルとの傾きを求める
0.2
ＮＯ
傾きが5回連続で閾値以上である？
0
-2
ＹＥＳ
一番左の点が相関の現れ始めるポイント
-1.5
-1
1.0chip
0
-0.5
0.5
1
1.5
-0.2
chip
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
2
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
– 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
700
600
500
AEK-4T
400
相関値
Ｇ
Ｐ
Ｓ
シ
ミ
ュ
レ
ー
タ
分
配
器
300
200
100
SQM
0
-2
-1.5
-1
-0.5
0
-100
chip
0.5
1
1.5
2
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
– 右上に大きな測位誤差
1
0.8
0.6
• マルチパス誤差の補正
0.2
Y error (m)
– 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
0.4
0
0
-2
2
4
6
8
10
-0.2
• 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
-0.4
-0.6
補正前
補正後
-0.8
-1
X error (m )
12
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
– 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
アンテナ
場所
時間
可視衛星
: SQM (ENRI,古野電気)
： ANN-MS (u-blox)
： 晴海２丁目
: 6分 （静止）
: 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
OEMV1 (NovAtel)
反射波
直接波
– 仰角 : 20～30°付近
– 測位地点と衛星の間に森
高層ビル
木 木
木
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
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。