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基準点が遠くてもFIX！後処理キネマティック解析


遠方にある基準局との間でも高いFIX率

後処理キネマティック解析とは

図1　後処理キネマティック解析では，2周波GNSSを用いることで，遠方にある基準局との間でも高いFIX率を維持できる．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．［提供・著］樋田 啓
詳細:自動運転＆SLAMロボット開発 要点100【セッション5】cm測位「キネマティックGNSS」の始め方

後処理キネマティック解析（Post-Processed Kinematic，PPK）は，GNSSデータをリアルタイムではなく，取得後に解析する手法です．リアルタイム・キネマティック（RTK）と異なり，解析時点で衛星軌道情報や地上局の観測データを詳細に反映できます．そのため，より高精度な測位結果を得ることができます．

PPKでは，移動局の生データと，事前に取得しておいた基準局の観測データを組み合わせて解析します．このとき，基準局が遠方にあっても，解析の自由度と柔軟性によって高精度が期待できます．

周波数の違いによるFIX率の変化

GNSS測位の精度は，用いる周波数帯に大きく依存します．1周波の受信機では，電離層による遅延の補正が難しく，長距離では誤差が蓄積されやすくなります．2周波受信機では，異なる周波数帯から電離層の影響を分離し，補正することが可能です．

今回の調査では，複数の電子基準点を使い，基準局との距離が測位結果に与える影響を比較しました．たとえば，基準局が2km先にある場合と，20km先にある場合のFIX率を比較した結果，1周波では距離が離れるほどFIX率が大幅に低下しました．一方，2周波の場合，20km離れていてもFIX率は98%以上を維持しました．

FIX率に影響を与える要因

FIX率を安定させるには，以下のような技術的条件が関係します．

  1. 使用周波数帯が2周波であること
  2. 電離層と対流圏による信号遅延の補正が可能であること
  3. 後処理により高精度な衛星軌道データを活用できること
  4. 観測点の環境にマルチパスが少ないこと

後処理では，リアルタイムに比べてこれらの条件を最適に設定できるため，距離の影響を最小限に抑えた解析が可能です．特に2周波GNSSの普及により，広範囲で高精度測位が実現しつつあります．

FIX率とは

FIX率とは，GNSS測位において「整数アンビギュイティの解が確定された観測の割合」を指します．アンビギュイティとは，衛星信号の波の位相を利用する測位で，整数個の波長数が不明である状態のことです．この不確かさを解決することで，cm級の高精度測位が可能になります．

FIX状態とは，アンビギュイティが整数値として確定し，正確な位置が計算可能な状態です．対義語としてFLOAT状態があり，これはアンビギュイティが浮動小数点値である場合を意味します．FIX率が高いということは，観測時間中に安定してFIX状態を維持できていることを意味します．

FIX率に影響する要因

FIX率は，使用するGNSS受信機の特性，周波数帯，基準局との距離，そして解析方法に大きく依存します．特に以下の条件がFIX率の向上に寄与します．

  1. 2周波GNSSの使用により電離層遅延を補正できること
  2. 基準局と移動局の視野に共通衛星が多いこと
  3. 基準局の観測精度が高いこと
  4. 解析において適切なフィルタや重み付けがされていること

後処理解析では，観測データに対して時間的に安定したモデルや補正データを適用できます．リアルタイム測位よりも信頼性の高いFIX率が得られる点は大きなメリットです．

FIX率と基準局の距離

一般に，基準局との距離が長くなると，共通の誤差要因（電離層・対流圏の影響など）が一致しにくくなり，FIX率は低下しやすくなります．しかし2周波GNSSを用いれば，距離による影響を効果的に補正できるため，20km以上離れていても90%以上のFIX率を維持することが可能です．

まとめ

FIX率はGNSS測位の精度と信頼性を評価するうえでの重要な指標です．解析手法や受信機の選定，設置環境などを適切に設計すれば，高いFIX率を確保できます．特に2周波GNSSと後処理解析を組み合わせれば，遠距離でも安定した測位結果が得られます．

〈著:ZEPマガジン〉

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著者紹介

  • 2013年 東京大学大学院 総合文化研究科 広域科学専攻 相関基礎科学系 博士課程修了
  • 学生時代から現在まで，人力飛行機の電子装備の設計・製作・運用を行う

著書

  1. PSoCを使用したプロトン磁力計，トランジスタ技術2009年1月号，CQ出版社．
  2. 舞いあがれ人力飛行機（連載） Interface 2023年2月号～2024年5月号，CQ出版社．

参考文献

  1. ［VOD/KIT］ RTKポータブル・センチメートル測位キット，ZEPエンジニアリング株式会社．
  2. LiDAR×RTK×IMUフュージョン！自動運転＆SLAMロボット開発 要点100，ZEPエンジニアリング株式会社．
  3. ［VOD/KIT］SLAMロボット付き！ROSプログラミング超入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  4. "［VOD/Pi KIT］MATLAB/Simulink×ラズパイで学ぶロボット制御入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  5. ［VOD/Pi KIT］ラズパイ×Pythonで動かして学ぶモータ制御入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  6. ［VOD/KIT］ラズベリー・パイで学ぶエッジAIプログラミング入門，ZEPエンジニアリング株式会社．