みちびきアーカイブデータを用いたCLAS衛星補強情報の容量解析

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はじめに

みちびきが放送するセンチメータ級測位補強サービス(CLAS: centimeter-level augmentation service)に含まれる情報には、衛星に関するものと、地域に関するものとに大別されます。前者について、衛星自身と測位信号それぞれに用いられた伝送ビット数から、補強衛星数増加の可能性を検討しました。

この内容は、2022年測位航法学会全国大会の研究発表会にて発表予定のものです。発表原稿は、この研究発表会のページ内にて公開されています。

Presentation material for IPNTJ Conference on June 2022

QZS L6 Toolの修正

ここでは、2022-01-01 00:00:00UTC(日本時間2022-01-01 09:00:00)から1時間分のCLAS補強情報をみちびきアーカイブデータからダウンロードして用います。

容量解析のために、QZS L6 Tool(キュー・ズイ・エス・エルシックス・ツール)を修正して、衛星数(Nsat)、信号数(Nsig)、衛星に関する補強情報ビット数(Bsat)、信号に関する補強情報ビット数(Bsig)、ヘッダや対流圏遅延などその他情報ビット数(Bother)、無情報(ヌル)情報ビット数(Bnull)を保持するようにしました。この202206ipntjブランチをチェックアウトすると、この修正したコードを利用できます。変更したコードは、qzsl62rtcm.pyのみです。

git clone https://github.com/yoronneko/qzsl6tool -b 202206ipntj

QZS L6 Tool on GitHub

この修正箇所は、GitHub上にて容易に確認できます。

Modification display of QZS L6 Tool on GitHub

この修正したqzsl62rtcm.pyにトレースオプションレベル3-t 3を設定すると、上述の情報がIPNTJのヘッダと共に出力されます。pythonディレクトリにて次のコマンドを実行すると、QZS L6 ToolのサンプルにあるCLAS情報ファイルを解析して、衛星数や必要ビット数などが202206ipntj.txtに保存されます。

cat ../samples/2022001A.l6 | ./qzsl62rtcm.py -t 3 | grep IPNTJ > 202206ipntj.txt

このコードでは、サブタイプ(ST)1のメッセージを見つけたら、それまで集計したビット数などを出力し、カウンタ値をリセットするようにプログラムしました。そのため、最初のデータは無効ですので、集計の際には取り除きます。また、最後のデータは出力されないことになりますので、メインルーチンで強制的に結果を出力しています。

フレーム(ひと通りの補強情報ブロック)伝送に要する時間は30秒で、また、このデータは1時間分ですので、この期間において120フレームのデータが出力されます。ここでは、エクセルを用いてこのデータを集計しました(202206ipntj.xlsx)。

CLAS補強情報の現状

この2022-01-01 00:00:00UTCから1時間に放送されたCLASメッセージは次のとおりです。

STメッセージ名補強対象
1Mask(定義)
2GNSS Orbit Correction衛星
3GNSS Clock Correction衛星
4GNSS Satellite Code Bias信号
6GNSS Satellite Code and Phase Bias信号
7GNSS URA衛星
11GNSS Combined Correction衛星
12Atmospheric Correction地域, 衛星

ST1を復号したところ、補強対象となる衛星数は17〜19で、その平均数は18.3でした。2020年11月30日から放送開始したST12により、最大の補強対象衛星数が11から17に拡張されるアナウンスがありました。現在では、さらに多くの衛星に対して補強されているようです。

これらのCLASメッセージについて、衛星補強、信号補強、その他、無情報それぞれのビット数割合は次のとおりです。信号補強や対流圏遅延補強と比較して、衛星補強に関するものの比が大きいことがわかります。

CLAS capacity ratio

ゼロパディングされた無情報ビット割合が全体の22%を占めていました。これらの数やビット数の平均値を表にまとめます。

数/周期bit/周期
衛星18.326169.2
信号50.69584.2
その他3509.6
無情報11587.0
合計50850.0

この表から、衛星数の増加とともに1340.7ビットづつ増え、信号数の増加とともに189.5ビット増え、また、1衛星あたり2.8信号を放送することがわかりました。

無情報余裕ビットを衛星数増加に利用すれば、単純計算では5衛星程度の追加が可能なようです。また、信号数依存のビット容量は小さいので、現在、放送されていないGalileo E5b信号に対する補強も回線容量上は可能です。

おわりに

CLAS補強情報の衛星補強に関する容量を調査しました。サブタイプ12導入の際に、補強対象衛星数が最大17になることがアナウンスされましたが、現在はそれよりも多い17〜19衛星の補強を確認しました。現行CLASでは、GalileoのE5b信号に対する補強信号は放送されていませんが、伝送容量点ではE5b信号補強情報も放送可能です。衛星数については、あと数機の追加ができそうです。

この結果は、衛星配置にも依存しますので、少なくとも24時間分の解析をしなければなりませんでした。また、電離層活動の活発な7月頃の解析も必要でした。今後の検討課題です。