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北海道地理空間フォーラムin札幌
ハワイ島のすばる望遠鏡の性能と
衛星測位精度には深い関連が!!!
2018年7月
一財)衛星測位利用推進センター
専務理事
博士(工学) 三神 泉
三菱電機時代に手がけた主な国際的プロジェクト
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1980 2000 20101990
PERSONAL PROPRIETARY NOT TO BE REPROCUCED OR DISCLOSED
WITHOUT SPECIFIC WRITTE...
2000年8月NHK放映,宇宙ロマンすばるより
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主鏡鏡材の完成(3年間)
ヘックス(6角形)の組合わせ
一体熱融着
完成
国立天文台 提供
主鏡支持アクチュエータで熱変
形を強制する手法を発明し、55!
(1.3×1073)通りの組合せから
最適なヘックスの並べ方を求め、
コーニング社に...
ハワイ島マウナケア山頂のすばる望遠鏡
国立天文台殿提供
マウナケ山頂:世界屈指のシーイング性能
最も遠い原始銀河(2006年9月時点)
国立天文台殿提供
Z約6.6:128憶光年かなた
(宇宙年齢138億年と仮定)
拡大
すぐ近くの宇宙にもどって(準天頂衛星)
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みちびき2号機打ち上げ 2017年6月 1日
3号機打ち上げ 2017年8月19日
4号機打ち上げ 2017年10月10日
みちびき3号機
出所:内閣府みちびきウェブサイトを元にSPAC追記
準天頂衛...
測位補完
測位補強
1mm 1cm 10cm 1m 10m
測位精度(民生用)
露GLONASS
欧GALILEO20cm測位補強準備中
中国北斗目標
CLAS補強
SBAS補強
GPS補完
各
国
測
位
衛
星
シ
ス
テ
ム
米GPS
変...
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農業用トラクタ自動運転利用シーン(動画)
PERSONAL PROPRIETARY NOT TO BE REPROCUCED OR DISCLOSED
WITHOUT SPECIFIC WRITTEN PERMMISION OF DR. I...
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マウナケア山頂でのRTK測位実験
1.場所
アメリカ合衆国、ハワイ州、ハワイ島、マウナケア山頂
すばる望遠鏡観測棟駐車場付近
2.日時
2017年4月30日(日)、現地時間午前10時25分~13時頃まで
3.実験参加者(ホノルルで開催され...
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すばる望遠鏡観測棟へのアクセス状況
引用:MKEA中間宿泊所データ
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RTK測位結果
マウナケア中間宿泊所
ヒロ市
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RTK測位結果(すばる/マウナケア基準局間)
A
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B:Aより0.67m低
く観測されている。
RTK測位結果(すばる/ヒロ市基準局間)
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対流圏(主に空気の屈折)による電波の遅延
1.原理
電波の遅延量=乾燥空気屈折率による遅延+空気中に含まれる水蒸気による遅延
高度や天気により変化する、①大気圧、②気温、③相対湿度(RH) を全て勘案した
遅延量の算出が必要!!
2.計算...
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測位受信機位置毎の対流圏遅延評価
ヒロ電子基準点 マウナケア電子基準点 マウナケア山頂
19.717280 19.801346 19.759000
155.049452 155.456318 155.456333
30.62 3754.4...
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まとめ&解説
1.L1帯の電波(1.6GHz=波長18.8cm)対流圏遅延と可視光の屈折は同じ現象
①標高4200mのマウナケアは0.6気圧であり、平地に比べてL1帯の電波の遅延量は、
50~60%(1.425m/2.635m=54%)に...
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北海道地理空間フォーラムin札幌2018 07-18 基調講演 講演4 「すばる望遠鏡と衛星測位の精度に関連が!」三神泉氏

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北海道地理空間フォーラムin札幌2018 07-18 基調講演 講演4 「すばる望遠鏡と衛星測位の精度に関連が!」三神泉氏

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北海道地理空間フォーラムin札幌2018 07-18 基調講演 講演4 「すばる望遠鏡と衛星測位の精度に関連が!」三神泉氏

  1. 1. 1 北海道地理空間フォーラムin札幌 ハワイ島のすばる望遠鏡の性能と 衛星測位精度には深い関連が!!! 2018年7月 一財)衛星測位利用推進センター 専務理事 博士(工学) 三神 泉
  2. 2. 三菱電機時代に手がけた主な国際的プロジェクト 2 1980 2000 20101990 PERSONAL PROPRIETARY NOT TO BE REPROCUCED OR DISCLOSED WITHOUT SPECIFIC WRITTEN PERMMISION OF DR. IZUMI MIKAMI 45m電波望遠鏡 64m新宇宙探査アンテナ 新GN ALMA望遠鏡AUSSAT衛星通信網 すばる望遠鏡 1.3m/1.5m赤外線望遠鏡 写真は各HP等 から借用 阪大レーザー核融合激光2号 西はりま望遠鏡なゆた ひので衛星SOLAR-B望遠鏡
  3. 3. 2000年8月NHK放映,宇宙ロマンすばるより
  4. 4. 4 主鏡鏡材の完成(3年間) ヘックス(6角形)の組合わせ 一体熱融着 完成 国立天文台 提供 主鏡支持アクチュエータで熱変 形を強制する手法を発明し、55! (1.3×1073)通りの組合せから 最適なヘックスの並べ方を求め、 コーニング社に指示!!
  5. 5. ハワイ島マウナケア山頂のすばる望遠鏡 国立天文台殿提供 マウナケ山頂:世界屈指のシーイング性能
  6. 6. 最も遠い原始銀河(2006年9月時点) 国立天文台殿提供 Z約6.6:128憶光年かなた (宇宙年齢138億年と仮定) 拡大
  7. 7. すぐ近くの宇宙にもどって(準天頂衛星) 7 みちびき2号機打ち上げ 2017年6月 1日 3号機打ち上げ 2017年8月19日 4号機打ち上げ 2017年10月10日 みちびき3号機 出所:内閣府みちびきウェブサイトを元にSPAC追記 準天頂衛星システム=QZSS (Quasi Zenith Satellite System) 愛称「みちびき」
  8. 8. 測位補完 測位補強 1mm 1cm 10cm 1m 10m 測位精度(民生用) 露GLONASS 欧GALILEO20cm測位補強準備中 中国北斗目標 CLAS補強 SBAS補強 GPS補完 各 国 測 位 衛 星 シ ス テ ム 米GPS 変位計測、測量 農機・建機自動運転 車自動運転 各種ナビゲーション QZSS DGPS補強 MADOCA補強 高精度測位サービス利用する独自の新事業開拓が鍵! (車自動運転をターゲット) 8 みちびきが提供する測位精度 PERSONAL PROPRIETARY NOT TO BE REPROCUCED OR DISCLOSED WITHOUT SPECIFIC WRITTEN PERMMISION OF DR. IZUMI MIKAMI 世界初のcm級~m級測位補強信号の放送する「みちびき」だが、 ひたひたと他国のサービスが追い上げている。mm/cm~数10cm精 度の応用事業の早期創出でリードを広げなければ・・・。 20cm測位補強検討中
  9. 9. 9 農業用トラクタ自動運転利用シーン(動画) PERSONAL PROPRIETARY NOT TO BE REPROCUCED OR DISCLOSED WITHOUT SPECIFIC WRITTEN PERMMISION OF DR. IZUMI MIKAMI
  10. 10. 10 マウナケア山頂でのRTK測位実験 1.場所 アメリカ合衆国、ハワイ州、ハワイ島、マウナケア山頂 すばる望遠鏡観測棟駐車場付近 2.日時 2017年4月30日(日)、現地時間午前10時25分~13時頃まで 3.実験参加者(ホノルルで開催されたION PNT学会への参加者の有志による) 電子航法研究所: QBICオブザーバ 坂井主任研究員 アイサンテクノロジー(株): QBIC会員 細井、小峰、市川 SPAC: QBIC事務局長 三神 4.実験協力 国立天文台ハワイ観測所: 林准教授 5.実験の目的 山頂4200m付近の電子基準点と、標高 ゼロ付近の電子基準点を使用した山頂 でのRTK測位結果は、高度差に対応する 対流圏遅延の影響が顕著に現れることを 証明する。
  11. 11. 11 すばる望遠鏡観測棟へのアクセス状況 引用:MKEA中間宿泊所データ
  12. 12. 12 RTK測位結果 マウナケア中間宿泊所 ヒロ市
  13. 13. 13 RTK測位結果(すばる/マウナケア基準局間) A
  14. 14. 14 B:Aより0.67m低 く観測されている。 RTK測位結果(すばる/ヒロ市基準局間)
  15. 15. 15 対流圏(主に空気の屈折)による電波の遅延 1.原理 電波の遅延量=乾燥空気屈折率による遅延+空気中に含まれる水蒸気による遅延 高度や天気により変化する、①大気圧、②気温、③相対湿度(RH) を全て勘案した 遅延量の算出が必要!! 2.計算式(武市・坂井他、日本航空宇宙学会論文集Vol.55,No.645,pp-440-496,2007) ①Saastamoinennモデル 𝒁𝑻𝑫 𝒔 = 𝟐. 𝟕𝟕𝟕( 𝟏 + 𝟎. 𝟎𝟎𝟐𝟔𝟔𝒄𝒐𝒔𝟐𝝓 + 𝟐. 𝟖 × 𝟏𝟎−𝟕 𝒉 𝒑 + 𝟏𝟐𝟓𝟓 𝑻 + 𝟎. 𝟎𝟓 𝒆) ②MOPSモデル 𝒅 𝒉𝒚𝒅 = 𝟏 − 𝜷𝒉 𝑻 𝒈 𝑹 𝒅 𝜷 × 𝟏𝟎−𝟔 𝒌 𝟏 𝑹 𝒅 𝑷 𝒈 𝒎 𝒅 𝒘𝒆𝒕= 𝟏 − 𝜷𝒉 𝑻 𝝀+𝟏 𝒈 𝑹 𝒅 𝜷 −𝟏 × 𝟏𝟎−𝟔 𝒌 𝟐 𝑹 𝒅 𝑷 𝒈 𝒎 𝝀+𝟏 −𝜷𝑹 𝒅 × 𝒆 𝑻 𝒁𝑻𝑫 𝑴𝑶𝑷𝑺 = 𝒅 𝒉𝒚𝒅 + 𝒅 𝒘𝒆𝒕 マウナケア山頂でのRTK測位実験時に、大気圧、気温、相対速度は実測しなかった ため、その季節における典型的な値を使用して、遅延量算出を行う。
  16. 16. 16 測位受信機位置毎の対流圏遅延評価 ヒロ電子基準点 マウナケア電子基準点 マウナケア山頂 19.717280 19.801346 19.759000 155.049452 155.456318 155.456333 30.62 3754.47 4139.00 1013.00 655.00 618.00 30 10 0 80 20 15 33.944 1.309 0.916 0.3238 0.0250 0.0129 2.3112 1.4959 1.4116 2.6349 1.5210 1.4245対流圏遅延誤差計(Δ dry+Δ wet:m) 項目 気圧(hPa) 気温(℃) 相対湿度(%) 水蒸気圧(hPa) 対流圏遅延誤差1(Δ wet:m) 対流圏遅延誤差2(Δ dry:m) 北緯 度 西経 度 楕円体高さm 1.2104m 0.0965m Δl Δl Δl・sinθ θ 天頂方向から水平方向まで多 くの測位衛星からのレンジ信号 を用いると、対流圏誤差Δlは、 平均化されて1/2に近くなる。 上表の差の約1/2≒(1/2)×(1.210-0.0965)=0.56m 測位結果の差 (A-B)=4159.764-4159.097=0.67m 対流圏遅延によるRTK測位結果の差異は良く一致す る。また、理論(対流圏遅延は測位衛星が遠のくよう に見える)通り、平地との間のRTKでは、山頂の高度 が低く測定されることが証明された。0.1m程度の不 一致は、各地点における気圧、温度、相対湿度が典 型値であること、観測時の測位衛星配置では完全な 平均値にならないこと、ヒロの電子基準点からの距 離47kmによる電離層遅延の差等によるものと推定。 実験の所期目的を達成!!
  17. 17. 17 まとめ&解説 1.L1帯の電波(1.6GHz=波長18.8cm)対流圏遅延と可視光の屈折は同じ現象 ①標高4200mのマウナケアは0.6気圧であり、平地に比べてL1帯の電波の遅延量は、 50~60%(1.425m/2.635m=54%)に減少する。また、高さ方向のRTK速結果誤差は、 平地から標高4200mの間の対流圏誤差計算値に良く一致する。 ②すばる望遠鏡で観測する星や銀河からの可視光(波長0.4~0.8μm)では、大気の 屈折による星の浮き上りが大幅に軽減。ただし、波長によって浮き上り量が異なる 為に発生する色分散(高さ方向に虹色化)を大気分散補正光学系で除去。 2.高山では大気中の水蒸気の影響が激減 ①L1帯では遅延量が32cm(平地)⇒1cm(山頂) に減少。 ②望遠鏡の可視光観測では減衰が大きく減少。 3.高所でのRTK測位での欠点を再認識 ①平地の電子基準点を使用する高地でのRTK 測位には、高度差に対応する対流圏遅延誤 差を反映してRTK演算を行うべきか。 ②「みちびき」補強信号CLAS対応受信機(PPP -RTK)では、自己位置高度に対応する対流 圏補正計算を気圧・温度・湿度モデルで実行。 高精度化には実測値を使用すべきか・・・・・。 真の位置 山頂で観測 する星の「見 かけ」の位置 平地で観測 する星の「見 かけ」の位置

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