荒野をハイキングしている場合でも、交通量の多い市街地を運転している場合でも、GNSSは最高の精度であなたを導く信頼できる相棒です。電離層活動、いわゆる電離層誤差の影響を強く受けていますが。これを修正するための新しいソリューションを提供します。それはIonoshieldモードを備えたQinertiaです。
GNSS入門
Global Navigation Satellite System（GNSS）とは、宇宙から信号を送信し、位置およびタイミングデータをGNSS受信機に送信する衛星群を指します。農業、マッピング、輸送、ナビゲーション-GNSS技術は、産業界や日常生活において幅広い用途があります。
現在運用されている最も著名なGNSSシステムの一部を以下に示します。
- 米国国防総省が開発したGlobal Positioning System（GPS）は、地球の周りを周回する衛星のネットワークです。現在、30個の運用中のGPS衛星があります。これらの衛星は、自身の正確な位置と時刻に関する情報を含む信号を継続的に送信します。
- 全地球航法衛星システム（GLONASS）は、ロシアが開発した衛星ベースの航法システムです。このシステムは、当初24個の衛星群で構成されていました。
- Galileoは、欧州連合の全地球航法衛星システムです。ヨーロッパおよびその他の地域に独立した位置情報システムを提供することを目的としています。
- BeiDou Navigation Satellite System（BDS）は中国のGNSSです。当初は地域的なカバレッジを提供していましたが、BeiDou-3コンステレーションの完成により、現在はグローバルなナビゲーションサービスを提供しています。
大気誤差
GNSS測位における最も重要な誤差要因の1つは、大気の影響です。衛星とGNSS信号受信機は遠く離れた場所に位置しているため、GNSS信号は衛星と受信機の間を数千キロメートル移動します。この過程で、信号は大気層を通過します。
電離層は、地球上空50～1,000kmの大気層です。この地球の外層には、イオンと呼ばれる帯電粒子が含まれています。これらはGNSS信号の伝送に大きな影響を与え、歪みや遅延を引き起こします。
大気誤差は、その性質が変化するため予測が難しく、計算された位置に与える正確な影響を特定することは困難です。
電離層活動による遅延は、以下に基づいて変化する可能性があります。
- 一日の時間
- 一年の季節
- 地理的な場所
- 太陽活動
ベースライン
大気誤差は、基準基地局とローバー受信機間の距離にも依存します。基地局とローバー間の距離は、ベースラインと呼ばれます。ベースライン誤差が考慮されない場合、特に長距離ベースラインのアプリケーションでは、重大な測位誤差を引き起こします。
基地局は、正確に既知の位置に設置されています。GNSS誤差を推定し、継続的にローバー受信機に補正値を送信します。
ローバー受信機は、このデータを使用してすべての誤差を補正し、正確な位置を計算します。これは、基地局とローバーが近い場合に有効です。
複数の受信機がオープンスペースに並べて配置されている場合、同様の誤差が発生する傾向があります。基地局とローバー受信機の両方が、電離層による同じ遅延を経験するため、同一の誤差が発生します。これは、標準的なGNSS誤差として知られています。
この独自の特徴のおかげで、受信機間の相対距離をより正確に計算できます。これにより、システムが大気誤差を補正することが容易になります。
なぜロングベースラインが今特に関心を集めているのか？
ベースラインが長い場合、電離層活動により、基地局とローバー間に大きなずれが生じます。太陽活動が活発になるにつれて、電離層の変動が増加します。
11年ごとに、太陽の磁場が完全に反転します。
これにより、太陽活動が活発になります（2023年から2025年の間にピーク）。多くの最新の補正ソフトウェアパッケージは、長いベースラインと太陽活動を考慮したソリューションを提供しています。
GNSSユーザーは、電離層活動の活発化による影響をどのように最小限に抑えることができますか？
電離層活動の活発化がGNSS運用に与える影響を軽減するには：
- GNSSセンサーのソフトウェアが最新であることを確認し、GNSSによる追跡と測位で最高のパフォーマンスを得られるようにしてください。
- 利用可能な場合は、GPS、GLONASS、Galileo、BaiduなどのさまざまなGNSSシステムを利用してください。これにより、測位に使用される観測数が増加し、追跡されるGNSS信号の範囲が広がります。データが多いほど、信頼性が向上します。
- 高精度のサーベイタスクでは、異なる時間帯およびさまざまな電離層条件下で、2回以上の測定を実行します。
- さまざまなGNSS補正サービスプロバイダーを使用して、お住まいの地域における電離層の現在の影響を確認してください。
- 要件に合ったGNSS補正方法を選択してください。
GNSS誤差補正：RTK vs PPK
すべてが完璧な世界を想像してみてください。信号を受信するデバイスからの誤差も、衛星からの問題も、大気からの混乱もありません。この理想的な世界では、GNSSは信じられないほどの精度で位置を特定できます。
しかし実際には、発生する可能性のある誤差があります。これらの誤差を軽減する方法があります。これが、さまざまなDGPS（Differential GPS）が行うことです。DGPSは、複数の受信機からの情報を使用して誤差を推定し、それらを除去します。
測量などのアプリケーションでは、より高い精度が要求されます。これは、テクノロジーと受信機の補正機能に依存します。
受信機側の誤差を処理するために、さまざまな補正方法を適用できます。
- リアルタイムキネマティック（RTK）
- 後処理キネマティック（PPK）
RTK補正
RTKは、位置を知りたいGPSデバイス（ローバーと呼ばれる）に近い基地局のような基準点を使用します。
基地局の位置を知り、アルゴリズムを使用することで、RTKは基地局とローバーの両方が共有するエラーを取り除くことができます。これらのエラーは、衛星や大気から発生する可能性があります。
大気からのエラーを修正するには、ローバーと基地局が同じエラーに直面する必要があります。そのため、互いに接近している必要があります。
RTKのおかげで、GPSは最大1センチメートルの精度になります。このRTK方式は、特に土地サーベイにおいて、正確なGPSソリューションに非常に効果的です。
PPK補正
PPKを使用すると、GNSSデータを正確に後処理して、位置情報の品質を向上させることができます。これは、GNSS信号の状態が悪いシナリオで特に価値があり、より信頼性が高く正確な結果を提供します。
ドローンマッピング、測地測量、資産管理などのアプリケーションで広く使用されています。
ここで大きな疑問は、どの補正方法が最適かということです。これは、場所、ベースライン長、電離層活動、精度要件、信頼性、予算など、多くの要因によって異なります。
RTKおよびPPK GNSS誤差補正方法
最も一般的な2つの補正方法を比較してみましょう。
| クライテリア | RTK | PPK |
|---|---|---|
| データ補正 | 収集された位置データに対するライブ補正を提供します。 | 最初に位置データ全体を収集し、オフサイトで補正を提供します。 |
| 後処理 | データの事後処理を必要としないため、事後処理ソフトウェアを使用する必要がありません。 | 特殊なソフトウェアが必要です。 |
| 基地局とローバー間の信号強度 | 基地局とローバー受信機間の継続的な接続が必須です。信号が途絶えるとデータが失われ、より多くの誤差が生じます。 | 基地局とローバー受信機間の強力な信号強度を必要としません。 |
| 働く環境 | 木、建物、山などの障害物がない、見晴らしの良い場所で最適に機能します。GNSS信号を遮るものがあると、精度を確実に維持することが困難になります。 | 障害物のある場所（トンネル、橋、谷）でも、デシメートルレベルの精度を維持します。これは、Backward-Forward処理などのアルゴリズムを利用することで可能になります。 |
| ベースライン | 最大30kmのベースラインで機能します。 | 長距離のベースラインの場合、電離層誤差を評価し、補正します。 |
| 破損ログのリカバリ | N/A | 「ロングベースライン事後処理」を使用することで、強い太陽活動の影響を受けた破損ログを復元できます。 |
| 太陽活動 | データ計算中に太陽活動を考慮しません。 | 太陽活動を考慮して、ロングベースラインモードとショートベースラインモードを決定します。 |