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GPS/GNSS用語集

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GPS/GNSS受信機は、衛星信号を受信することで、位置だけでなく正確な時刻を算出できます。時刻の情報は、時刻同期や正確な周波数を必要とする携帯電話基地局、地デジ放送局、無線システムなどのインフラに活用されています。
このページでは主に、時刻に注目して各種用語の説明をおこないます。また、関連するGPS/GNSSの一般用語についても説明します。

フルノのGNSS受信機(GF/GT-88シリーズ)に適した内容となっております。
「※」は特に、フルノ独自の用語になります。

衛星・衛星信号に関する用語

GNSS(GNSS衛星)
Global Navigation Satellite Systemの略です。
GPS, GLONASS, Galileo, QZSS, SBASなどの衛星の総称として記述する場合があります。
ICD
Interface Control Documentの略です。各衛星が放送する内容や仕組みを、衛星を運営するその国の関係部門が仕様書として規定した文書です。
なお、ICDは恒久的な仕様定義を謳うものではなく、衛星の種類によっては、将来的にその衛星のICDが更新され、放送内容の一部が変更される可能性があります。
衛星の種類 ICD
GPS IS-GPS-200
Revision H,IRN003
28 July 2016
GLONASS Navigation Radiosignal in Bands L1, L2
Version 5.1
2008
Galileo EUROPEAN GNSS(GALILEO) OPEN
SERVICE
SIGNAL-IN-SPACE
Issue 1 revision 3
December 2016
QZSS L1C/A IS-QZSS-PNT-002
29 January 2018
QZSS L1S IS-QZSS-L1S-002
13 April 2018
衛星番号
衛星に割り当てられた番号です。
なお、衛星番号が重複しているものに対して、衛星の種類を見分けるためには、GSAセンテンスの場合は最後尾のフィールドであるGNSSシステムIDを、GSVセンテンスの場合はトーカIDをご利用いただけます。
衛星 MIN MAX 備考
GPS 1 32 PRN Noと同じ
SBAS 33 51 PRN Noから87引いた値
GLONASS 65 96 PRN Noと同じ
QZSS L1C/A 93 99 PRN Noから100引いた値
QZSS L1S 83 89 PRN Noから100引いた値
Galileo 1 36 PRN Noと同じ
エフェメリス
衛星が放送している情報の一種です。
主に衛星時刻や、自分の衛星の詳細な軌道情報を放送しています。測位に必要な情報であり、短い周期で繰り返し放送されるのが特徴です。
GPS衛星の場合、30秒周期でエフェメリスが放送されています。
エフェメリス情報が受信機に残っている状態で起動することを、特にHOT STARTと呼称します。
アルマナック
衛星が放送している情報の一種です。
主に各種補正情報、UTCパラメータ、全ての衛星の大まかな軌道情報を放送しています。GPS衛星の場合、900秒周期でアルマナックが放送されています。そのため、初期測位後、GPS同期からUTC同期になるまで、最大900秒を要する場合があります。
アルマナック情報が受信機に残っている状態で起動することを、特にWARM STARTと呼称します。エフェメリス情報もアルマナック情報も受信機に残っていない場合、COLD STARTとなります。
SBAS(ディファレンシャル補正)
SBASとは、GPS衛星等を利用して測位演算をする場合に有用な、補正情報を送信している衛星です。この補正情報をディファレンシャル情報と呼び、この情報を利用して測位演算過程を補正することを、ディファレンシャル補正と呼称します。
一方、SBASそのものを1つの衛星として、GPSなどと同じように測位演算に加えることは可能ですが、SBASを測位演算に加えると測位性能が劣化する傾向が実験によりわかっております。
SBASを利用することで性能向上に貢献する順序は、弊社が実験する限りにおいては、ディファレンシャル測位のみ利用>ディファレンシャル測位+SBAS測位を利用>SBASを利用しない、となっています。
SLAS補正情報
QZSS L1S信号から放送されている補正情報です。
QZSS L1S信号を受信している場合に利用が可能です。
妨害波(ジャミング)
衛星信号の周波数帯域に混入されている、衛星信号以外の信号を指します。他の機器のノイズが偶然混入する場合や、悪意のある者によって意図的に放送され、混入する場合があります。
妨害波を受信してしまうと、その間、通常の衛星信号の周波数を受信できなくなり、測位不良や測位不能な状態に陥る場合があります。
アンチジャミング
妨害波が混入されても、その妨害波を可能な限りマスクし、衛星信号の受信を通常通り行えるようにする機能です。
なりすまし信号(spoofing信号)
悪意のある者が、シミュレータに類するものを利用してGNSS衛星の放送内容を模倣して生成した信号です。この信号を受信すると、位置や時刻に影響を及ぼす可能性があります。

時刻に関する用語

GPS時刻
GPS衛星が放送する時刻系です。1980年1月6日を起点とした、それ以降のうるう秒を考慮しない、連続した時刻として放送されます。
GPS衛星からは週内秒(0~640799)と週番号(0~1023)という概念で放送されており、それらを利用して受信機側で現在時刻に変換します。
整数秒以下の、ナノ秒スケールにおいては、厳密にはUTC時刻とは異なりますが、近年ではUTC時刻とGPS時刻の時刻差は数ナノ秒程度です。ただし将来にわたりこの誤差量が維持される保証はありません。
GLONASS時刻
GLONASS衛星が放送する時刻系です。1996年1月1日を起点とした、うるう秒を常に考慮した時刻です。2100年以降まで一意に変換できる時刻パラメータを放送しているのが特徴で、GLONASS衛星を受信することで、GPS/QZSS衛星のみの単独受信で懸念材料であった週番号ロールオーバーを意識せず、正しい時刻を表示することが可能となります。
また、時刻系にうるう秒を含んでいるため、GLONASS衛星とその他の衛星を同時受信することで、UTCパラメータの受信を待たずに、ただちに正しいうるう秒を取得することができます。
Galileo時刻
Galileo衛星が放送する時刻系です。1999年8月22日を起点としていますが、実質的にはGPS/QZSS衛星と各パラメータが一致するよう、1980年1月6日を起点とした、それ以降のうるう秒を考慮しない、連続した時刻として放送されます。2078年2月19日まで一意に変換できる時刻パラメータを放送しているのが特徴で、Galileo衛星を受信することで、GPS/QZSS衛星のみの単独受信で懸念材料であった週番号ロールオーバーを2078年まで意識せず、正しい時刻が表示できます。
UTC時刻
Coordinated Universal Timeの略で、協定世界時を意味します。
うるう秒を常に考慮した時刻で、各国の時差などを考慮すれば、普段我々が利用している時刻と一致します。
UTCは各国が保有する原子時計によって国毎にそれぞれ定められており、整数秒以上ではどの国のものでも違いは見られませんが、ナノ秒スケールにおいては、わずかに異なります。
たとえば米国の場合はUnited States Naval Observatoryが定めており、そのUTC時刻をUTC(USNO)と呼称します。同様にロシアの場合はUTC(SU)となります。
UTCパラメータ
各衛星が放送している、各衛星の時刻系をUTC時刻に変換するためのパラメータのことです。主に、うるう秒の積算値や、うるう秒挿入タイミング、ナノ秒スケールの補正情報が含まれています。ただしGLONASS衛星は時刻系に最初からうるう秒が含まれているため、うるう秒の積算値は放送されていません。
UTCパラメータは、一般的にアルマナックと呼ばれる航法メッセージ群に含まれており、放送間隔に開きがあります。
うるう秒
地球の自転と、時刻基準となる原子時計との差に開きが生じないように、世界で一斉に挿入される1秒のことを指します。通常、うるう秒の挿入は、実施の1~2か月前までには決定され、日本ではNICTより告知・放送されます。挿入の実施タイミングは、各四半期の終わりとなっていますが、通常、1月1日または7月1日になるタイミングで挿入されることが一般的です。
うるう秒は1972年より実施されておりますが、GPS/QZSS衛星が1980年1月6日を起点に運用されていることを考慮しています。
うるう秒の積算値のことを、単にうるう秒と呼称する場合があります。
デフォルトうるう秒
GPS衛星等からまだうるう秒の情報を取得していない時に、暫定的にセンテンス出力時刻をUTC時刻に近づけるために設定する値です。本値はFLASH ROMに記憶することもできるため、これを事前に適切に設定しておくことで、UTCパラメータを取得する前から、UTC時刻相当の時刻情報を早々にセンテンスから得ることができます。
週番号に関するロールオーバー
GPS/QZSS衛星は、週番号1023を放送した次の週を0として放送するため、これらの衛星のみを受信している場合、一般的なGNSS受信機では、現在時刻を適切に変換できる期間に制限があることが知られています。週番号1023から0になるタイミングを、週番号ロールオーバーと呼称しています。
GNSS受信機ごとに、バックアップなしで適切な時刻表示ができる範囲が定められており、それ以降にバックアップなしで起動・リスタートした場合、1024週前の時刻を表示してしまう場合があります。この場合はコマンドで正しい時刻を設定するか、GLONASS衛星またはGalileo衛星を測位することで、正しい時刻を表示できるようになります。連続通電をしている場合は、上記日付を途中で跨いでも、適切に時刻更新を継続できます。
LZT
Local Zone Timeの略です。世界協定時からの時刻オフセット値を意味します。
推定確度
受信機の時刻が同期対象からどの程度ずれている可能性があるかを示したものです。GSAセンテンスに表示されている全衛星の疑似距離の標準偏差(1sigma)をナノ秒単位で表示しています。
オープンスカイ環境ほど、この数値が低く、屋内などの劣悪な環境ではマルチパス衛星の影響により、この数値が高くなるため、受信環境の良し悪しの判定にご利用いただけます。

PPSおよび周波数に関する用語

PPS
Pulse Per Secondの略です。
1秒に1パルスを出力することを1PPSと呼称します。
VCLK PPS
VCLK周波数のクロックエッジと、PPSのパルスエッジのタイミングが同期しているPPSのことです。
VCLK周波数
電圧制御型発振器が出力する周波数です。
GNSS受信中はGNSS衛星から取得した時刻をもとに周波数を調整し、安定したクロックを提供します。またGNSSが受信できない環境下においても、GNSS受信機によっては、自走状態におけるクロック精度を保証しているものがあります。(ホールドオーバ機能)
GCLK周波数
GNSS受信機のシステムクロックと、内蔵されている加算器を利用して、任意の周波数を生成する仕組みです。GNSS衛星を受信することによって、精度よく、任意の周波数を出力させることができます。加算器を利用して周波数を生成しているため、GCLK周波数に含まれるジッタやスプリアスなどが、ご利用いただくアプリケーションで許容できる範囲であるか否かを、事前にご確認いただく必要があります。
GNSS同期
GNSSを受信して、GNSS時刻に発振器を同期させる状態です。
EPPS同期と対になります。
GNSS同期に設定している場合は、下記のGPS同期やUTC同期などの細かな分類にさらに分かれます。
GPS同期
GPS時刻に同期して、時刻、PPS、周波数を出力している状態です。
GPS同期設定時か、UTCパラメータ未取得時に遷移します。
UTC同期
UTC時刻に同期して、時刻、PPS、周波数を出力している状態です。 どのUTCに同期するかは、コマンドにより選択できます。
EPPS同期
GNSSを利用せず、EPPSピンから入力した信号に発振器を同期させる状態です。GNSS同期と対になります。
RTC同期
RTCとは、Real Time Clockの略です。
衛星を受信して時刻を確定させる前や、衛星の受信断が一定時間以上継続した場合に、PPSや周波数がフリーラン状態であることを示すために、RTC同期という表現を使用することがあります。
ケーブルディレイ
アンテナとGNSS受信機の間をケーブルで接続した場合、そのケーブル長に応じてPPSに遅延が発生します。この遅延をケーブルディレイと呼称します。この遅延は、PPSコマンドで補正が可能です。
ホールドオーバ
GNSS衛星が受信できない期間においても、衛星受信中の1PPSや周波数の性能をできる限り維持しようとする機能を指します。
学習期間(時間)
ホールドオーバの実施にあたり、予め定められた期間、GNSS衛星を継続受信して発振器の特性を学習します。この期間を学習期間(時間)と呼称します。
周波数モード(周波数制御モード)
主に、VCLK周波数の安定状態を示しています。
WARMUP, PULL-IN, COARSE LOCK, FINE LOCK, HOLDOVER, OUT OF HOLDOVERの6種類の周波数モードが存在します。
WARMUP 電源投入直後の、内部クロックの安定待ちをしている状態です。
PULL-IN GNSS受信中であり、GNSSから得られた時刻をもとに、VCLK周波数とPPSを同期対象に同期させている途中の状態です。
COARSE LOCK GNSS受信中であり、GNSSから得られた時刻をもとに、VCLK周波数とPPSが同期対象に同期している状態です。ただし、FINE LOCKよりも同期精度は粗くなります。
FINELOCK GNSS受信中であり、GNSSから得られた時刻をもとに、VCLK周波数とPPSが同期対象に、精度よく同期している状態です。
HOLDOVER GNSSが受信できなくなった時、事前にホールドオーバのための学習が完了していれば、このモードに遷移します。発振器の周波数経年劣化特性や周波数温度特性を考慮した最適な制御を自動で行い、自走状態よりも良好な周波数とPPSを提供します。
OUT OF HOLDOVER ホールドオーバが終わった後か、ホールドオーバのための学習を満たしていない状態でGNSSが受信できなくなった時、このモードに遷移します。

測位処理に関する用語

測位演算
GNSS受信機が、衛星からの情報をもとに、衛星や受信機の位置、速度、時刻、受信機の方位などの各種情報を計算することを指します。
疑似距離
GNSS受信機が、測位演算時に利用する情報のひとつです。
衛星と受信機との距離を計算した結果です。
ドップラ周波数
GNSS受信機が、測位演算時に利用する情報のひとつです。
衛星から受信される信号の周波数を計算した結果です。
T-RAIM
Time Receiver Autonomous Integrity Monitoringの略です。
測位に最低限必要な衛星数よりも多い数で測位できている場合に、組み合わせと多数決の原理で、測位演算に悪影響を与える可能性のある衛星を特定・排除する仕組みです。
位置モード
一般的にGNSS受信機は、4つ以上の衛星を受信することで、緯度・経度・高さ・速度・方位・時刻などのパラメータを求めます。一方、受信機を固定点で利用することが事前にわかっている場合、緯度・経度・高さを事前に用意しておくことで、1つ以上の衛星受信のみで、時刻を算出し、正確な1PPSや周波数を維持することができます。
常に移動することを前提とし、緯度・経度・高さ・速度・方位・時刻を求めるNAVモード、固定点の位置を設定することで時刻のみを求めるTOモード、TOモードで利用するための固定点の位置を推定するためのSSモードとCSSモード、計4種類が存在します。
固定位置 TOモードを利用する場合に設定する固定点の位置を、このように記載する場合があります。
推定位置(位置推定) 固定位置を算出する過程の、まだ十分に位置精度が収束しきっていない状態の位置を、推定位置と呼称する場合があります。
また、推定位置を算出している過程を、位置推定と呼称する場合があります。
NAVモード Navigationモードの略です。緯度・経度・高さ・速度・方位・時刻を毎秒計算します。位置・速度・方位を毎秒更新するため、移動体で用いる場合に適しています。
TOモード Time Onlyモードの略です。事前に用意した固定位置を利用することで、時刻のみを毎秒計算します。NAVモードと比べて時刻精度の安定性に優れており、固定点での使用に適しています。
SSモード Self Surveyモードの略です。緯度・経度・高さ・時刻を毎秒計算します。
TOモードを利用したいが、固定点の位置がわからない、といった場合に本モードが適しています。一定期間中に得た位置情報をもとに固定点の位置を高精度に算出し、算出後、そのまま自動でTOモードに遷移します。
本モードで固定位置を計算するためには、SBASを除く4つ以上の衛星を受信する必要があります。ただし4衛星未満となっても、1衛星以上あれば、それまでに算出した固定位置の情報を利用して、TOモードと同等の処理を行い、時刻を適切に更新し、正確な1PPSや周波数を維持することができます。
CSSモード Continuous Self Surveyモードの略です。SSモードと近しい処理を行いますが、SSモードが電源OFF時に固定位置の計算過程を破棄するのに対して、CSSモードはその計算過程をBBRAM(記憶領域)にバックアップし、再通電後も電源OFFする前の計算過程を使って固定位置の算出を継続します。
LOS(LOS衛星)
Line Of Sightの略です。ある衛星の信号が、直接、GNSS受信機に接続されているアンテナに到来していることを指します。その衛星と、アンテナの間に遮蔽物がない状態と同義であり、そういった状態にある衛星を、特に、LOS衛星と呼称します。
LOS衛星を多く受信できていると、安定した信号レベルが見込めるだけでなく、位置や時刻を精度良く求めることができます。
NLOS(NLOS衛星)
Non Line Of Sightの略です。LOS衛星とは逆で、ある衛星とアンテナの間に、何らかの遮蔽物がある状態を指します。
信号が完全に途絶え、衛星断として判定される衛星も、厳密にはNLOS衛星に含まれますが、それは単に衛星断と呼称し、NLOS衛星とは呼称しないこととします。衛星から直接の信号を受信できず、周囲の建物に反射して、迂回して入ってくる微弱な信号のみが受信されてしまう衛星のことを、NLOS衛星として定義します。なお、周囲の建物に反射し、迂回して受信される信号は、特にマルチパスと呼称されており、このマルチパスの信号を利用すると、疑似距離の計算やドップラ周波数の計算に誤差が生じるため、測位精度が悪くなる傾向にあることが分かっています。
どの衛星がNLOS衛星であるかを適切に判断し、それらを適切にマスクし、LOS衛星のみで測位を行うことが、測位精度を向上させることに繋がります。

通信に関する用語

プロトコル
通信ポートを利用してデータを送信・受信するための通信手順です。
コマンド
GNSS受信機に対して送信するデータをコマンドと呼称します。
センテンス
GNSS受信機から受信するデータをセンテンスと呼称します。
シリアルデータ
通信ポートを利用して送信・受信するデータそのものの総称です。
「シリアルデータの出力」と記載する場合がありますが、その場合はセンテンスと同義です。
NMEA
NATIONAL MARINE ELECTRONICS ASSOCIATIONの略です。
NMEA 0183規格のASCIIおよび通信プロトコルのことをNMEAと呼称しています。
ACK
Acknowledgementから取ったもので、肯定応答を意味します。
GNSS受信機に対してコマンドを送信したとき、そのコマンドが適切であるとして受理された場合に、応答センテンスとしてACKを返します。
NACK
Negative-Acknowledgementから取ったもので、否定応答を意味します。
GNSS受信機に対してコマンドを入力したとき、そのコマンドが不適切であるとして無視された場合に、応答センテンスとしてNACKを返します。
NACKが返された場合は、送信されたコマンドのフォーマットが適切であるか、チェックサムが適切であるか、等をご確認ください。

記憶領域に関する用語

BBRAM
Battery Backup Random Access Memoryの略です。
GNSS受信機に対してバックアップ電流を印加している場合に限り、バックアップ領域として利用いただける記憶領域です。エフェメリスデータ、アルマナックデータ、コマンド設定値などを、逐次記憶します。
起動時、または、リスタート時に、その記憶領域を読み出します。
バックアップ電流の印加を中断するか、規定のリセットコマンドを発行することで、記憶情報を消去できます。
FLASH ROM(FLASH)
FLASH ROMを利用した記憶領域です。FLASHBACKUPコマンドを発行することで、一部の設定を、そのタイミングにおいて、保存しておくことができます。
起動時、または、リスタート時に、その記憶領域を読み出します。一度FLASHにバックアップした設定は、ソフトウェアのアップデートを実施するか、FLASHBACKUPコマンドを再度利用した場合のみ、消去が可能です。
なお、BBRAMとFLASHの両方に同一項目に関する設定が記憶されていた場合、BBRAMの設定が優先されます。このとき、バックアップ電源の供給が停止するなどの理由でBBRAM側のデータが無効になった場合、次回の起動・リスタート時にFLASHのデータが適用されます。

関連製品

技術一覧