QZS L6 ToolのみちびきL1S信号対応

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はじめに

準天頂衛星みちびきは、測位信号だけでなく、測位精度を高める信号や、災害情報伝達のための信号も放送しています。このL1周波数帯で放送されているSLAS（エスラス、sub-meter level augmentation service）メッセージをQZS L6 Toolで表示できるようにしました。研究で使用していたコードを見直して、この中に取り込んだものです。

SLASメッセージの入手

みちびきのL1S信号は、u-bloxのNEO-M8TやZED-F9P、ソニーセミコンダクタのボードマイコンSpresenseなど、いくつかの受信機で受信することができます。これらの受信機は、この補強情報により誤差1メートル以下の測位ができるだけでなく、その内部で利用している生データも出力できます。

このL1S信号は、現在のところ、運用中のみちびきのすべてから放送されています。

ここでは、みちびき公式ページのSLASアーカイブを用いてデータを入手します。このサイトに、日付を入力してSearchボタンを押すと、各みちびき衛星が放送した1日分のダウンロードリンクが現れ、また、Download!ボタンによりまとめてダウンロードすることも可能です。ダウンロードデータは、衛星ごとの1日単位になっています。

GUIに頼らなくても、日付や衛星を指定して、curlコマンドなどで直接、ダウンロードすることも可能です。

SLASメッセージの表示

例えば、2023-11-10 00:00:00 UTCから23:59:59 UTCまでの1日間にて、みちびき3号機（QZS-3）が放送したL1Sメッセージを表示してみます。上述のサイトからアーカイブファイルQ003_20231110.l1sをダウンロードして、QZS L6 Toolのpythonディレクトリにある、qzsl1sread.pyを実行します。そのままでは、高速にメッセージが表示されて読めませんので、ページャーlvコマンドなどにパイプして、ゆっくり読めるようにします。コマンドlvとqzsl1sread.pyは、ともにカラー表示できますので、-cオプションにてカラー表示機能をオンにします。

curl https://sys.qzss.go.jp/archives/l1s/2023/Q003_20231110.l1s -o Q003_20231110.l1s
qzsl1sread.py -c Q003_20231110.l1s | lv -c

QZS L6 Tool L1S message display capability lvでは、スペースキーで次の画面に進み、bキーで前の画面に戻り、qキーで表示を終了します。

SLASメッセージの内容

SLASメッセージは、測位精度を高める補強メッセージと、災害情報を伝達する災害・危機管理通報（DCR: disaster and crisis management report）メッセージからなります。送るべき情報がないときには、無情報（ヌル）メッセージが放送されます。これらのメッセージ種別は、6ビット長のメッセージタイプ（MT）番号にて区別されます。

補強メッセージ利用は、受信機から受信できた衛星（例えばGPS 5番衛星G05）までの擬似距離（PR: pseudorange、スードレンジ）を補正値（PRC: pseudorange correction）だけ補正することにより達成されます。すなわち、衛星クロック誤差、衛星軌道誤差、対流圏遅延誤差のすべての影響をPRCにて表現しています。

観測点として、札幌、仙台、常陸太田、小松、神戸、広島、福岡、種子島、奄美大島、糸満（沖縄）、宮古島、石垣島、父島（小笠原諸島）の、合計13ヶ所が用意されています。そのうち、最大5ヶ所までの観測点座標情報が、MT47のmonitoring station informationで通知されます。私たちは、利用できる最も近い観測点の補強情報を使うことになっています。

2023-11-10 00:00:48: Monitoring station information
  location 1: Hiroshima   34.350 132.450   50
  location 2: Fukuoka     33.600 130.230   50
  location 3: Tanegashima 30.550 130.940  100
  location 4: Amami       28.420 129.690   50
  location 5: Itoman      26.150 127.690  100

ここでは、この5ヶ所のコード番号と、緯度、経度、楕円体高が通知されています。これらの座標は、仕様書に書かれている座標と同じでした。

衛星システムとして、仕様書上はGPS、みちびき、GLONASS、Galileo、北斗が挙げられていますが、実際にはGPSとみちびきのみが利用されているようです。はじめに、最大26衛星の候補がMT48のPRN（擬似雑音番号、pseudo random noise number）マスク情報で定義されます。ここでの候補衛星数は次の17衛星でした。

2023-11-10 00:00:13: PRN mask: G05 G07 G11 G13 G14 G15 G18 G20 G22 G23 G24 G29 G
30 J02 J03 J04 J07 (17 sats, IODP=0)

そして、衛星PRNと軌道情報のデータ発行番号（IOD: issue of data）との対応がMT49のdata issue numberにて通知されます。IODは、各衛星について、どの軌道情報に対する補強なのかを表します。

2023-11-10 00:00:15: Data issue number: IODI=1 IODP=0
  G05 IOD=105
  G07 IOD=  9
  G11 IOD= 28
  G13 IOD= 33
  G14 IOD=176
  G15 IOD= 46
  G18 IOD=  1
  G20 IOD= 33
  G22 IOD=  5
  G23 IOD= 40
  G24 IOD= 13
  G29 IOD=  1
  G30 IOD= 99
  J02 IOD= 33
  J03 IOD= 33
  J04 IOD= 33
  J07 IOD= 33

最後に、観測局ごとに、最大14衛星のPRCの値がMT50のDGPS (differential GPS) correctionにて伝達されます。

2023-11-10 00:00:17: DGPS correction: Sapporo
  G05 PRC=  2.28 m
  G13 PRC=  2.12 m
  G15 PRC=  1.24 m
  G18 PRC= -2.72 m
  G20 PRC= -1.96 m
  G30 PRC= -2.72 m
  J03 PRC= -1.04 m
  J04 PRC=  4.08 m
  J07 PRC= -1.28 m

この例での候補衛星は17衛星で、この札幌での補強対象衛星数は9でした。

このように、SLASでは、最初からMT50のDGPS correctionメッセージを用いて補強するのではなく、MT47、MT48、MT49の順に復号してから、観測点ごとのMT50のメッセージを復号します。

もう一つの災害・危機管理通報メッセージについては、過去の関連記事にあります。

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