2つの測位解 FloatとFix

単独高精度測位みちびき補正信号CLAS入門

RTK測位の2つの解：FloatとFix


図1　RTK測位の初期段階の搬送波の波数が不明な状態で得られる測位解がFloat解．精度は数mから20cm程度．波数が判明するとFix解に到達する．精度は数cm．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．［著］岡本修詳細：［VOD］センチメートル測位RTKのしくみと開発技術

RTK（リアルタイム・キネマティック）測位では，高精度な位置情報を得るために，衛星信号の搬送波位相を利用します．この手法において中心となるのが「Float解」と「Fix解」という2つの測位解です．

測位の初期段階では，衛星信号の搬送波の波数（整数値バイアス）が不明なため，正確な距離を求めることができません．この状態で得られる測位解が「Float解」です．精度はおおよそ数mから20cm程度になります．

その後，衛星からの信号や環境条件をもとに，この波数を絞り込み，正しい整数値を決定することで「Fix解」に到達します．この解では数cm単位の測位精度が得られます．

測位精度の向上には，信号の「目盛りの細かさ」が重要です．たとえば，単独測位ではC/Aコード（1.023MHz）を使い，荒い目盛りでの測距精度は300m程度です．一方，RTK法では搬送波（1.5GHz付近）を用いることで，精度は2mm程度にまで高まります．

1周波の受信機では，GNSSの衛星数を増やすことで収束を早めます．対して，2周波以上のマルチバンド受信機では，異なる波長の信号を組み合わせて波数の候補を減らし，より高速にFix解へ到達できます．

Fix解に見えても，誤った波数に収束する「ミスFix」という状態があります．これは短時間では判別が難しく，実際には誤った位置を示しているため，応用には注意が必要です．

また，基準局との距離（基線長）が長くなると，正確なFix解を得るのが難しくなります．たとえば70kmまではFix可能とされる機種もありますが，距離に比例してばらつきが大きくなり，100kmではおよそ10cmの誤差が発生します．

RTK測位におけるFloat解とFix解の理解は，高精度測位の運用に不可欠です．マルチバンド受信機やGNSSの活用により，より早く，正確なFix解が得られるようになっていますが，ミスFixや基線長の影響には十分な配慮が必要です．

RTK測位での「Float解」と「Fix解」の違いは，搬送波の整数波数が確定しているか否かにあります．RTKでは，搬送波の波長（たとえば$L_1$で約20cm）を複数カウントして距離を求めるしくみです．この波数がわからなければ，測位精度は低下します．

測位開始直後では，この波数が不明であり，受信信号から波数を推定している段階にあるため，精度が不安定です．この状態がFloat解であり，数mから20cm程度のばらつきがあります．

時間が経過し，十分な信号情報を得て波数が確定すると，Fix解になります．このとき，測位精度は数cmに向上します．すなわち，Fix解の成立は「整数アンビギュイティの解決」を意味します．

Fix解の取得には，いくつかの技術的工夫が用いられています．

これらの技術により，収束時間が短縮され，数十秒から数分でFix解が得られるようになっています．

Fix解に見えても，実際には誤った波数で固定された「ミスFix」という状態があります．ミスFixは通常のFixと同様に見えるため，短時間での検出が難しく，特に基準局との距離が長いと発生率が高くなります．

たとえば，70km以上の長距離基線では，受信機の性能によってはFix解が得られても，数cmから10cm程度の誤差が発生します〈著：ZEPマガジン〉

1993年西松建設（株）技術研究所研究員
2000年茨城工業高等専門学校助手
2002年博士（工学）「リアルタイム・キネマティックGPS測位の建設工事における応用に関する研究」，主に建設業における高精度衛星測位の応用において，1周波RTK測位の普及等の低価格化，遮へいやマルチパスの多い環境におけるセンチメータ級測位の応用，誤差補正法に取り組む．RTK-GPSの誤差補正法等で2001年日本測量協会測量技術奨励賞，地下埋設物可視化システムの開発で2019年土木学会技術開発賞を受賞
2020年静岡大学土木情報学研究所客員教授
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