gps掩蔽法用地球大気圏技术开発

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1、精密衛星測位による地球環境監視技術の開発研究成果の詳細報告1.GPS掩蔽法を用いた地球大気圏モニター技術開発1.1.航空機からのダウンルッキングGPS掩蔽観測技術の開発1.1.2.電離層大規模モデルの開発担当機関名　独立行政法人情報通信研究機構研究者名　五十嵐　喜良,　巌本　巌■要　約本研究では、ダウンルッキングGPS掩蔽観測などで大きな誤差要因となる電離層の影響を評価するために大規模電離層モデル開発を行った。月平均的な意味で信頼性が高いIRI(InternationalReferenceIonosphere)モデルを基礎として、日々刻々でもＧＰＳGPS観測の補正などに利用

2、できるよう開発を行った。主な成果は次の通りである：1)GPSによる全電子数をよく再現できるプラズマ圏を含むモデルを開発した。2)このモデルにより、よく用いられている”薄い電離層”仮説を評価し、この仮説は大きな誤差要因となりうることが分かった。3)このモデルを用いて、単一のパスからもGPSバイアスを推定できるアルゴリズムを開発した。4)このモデルを実際の航空機によるダウンルッキングGPS掩蔽観測に適用して電離層遅延を推定し、良好な結果を得られることが明らかになった。■目　的本研究では、航空機からのダウンルッキングGPS掩蔽観測による大気中水蒸気分布の観測、ＧＰＳGPSによる測

3、位、またはＧＰＳGPS航法などに於いて、大きな誤差要因となる電離層の影響を評価するために、グローバルなスケールの大規模電離層モデルの開発研究を行う。■研究方法　本研究では、航空機からのダウンルッキングGPS掩蔽観測技術の開発及びGPS航法などにおいて必要な電離層遅延を正確に推定できるモデルの開発を行った。通常、GPS観測に於ける電離層遅延量はL1及びL2の2周波により得られるが、仰角ゼロ以下の観測では、L2の測定が不安定となる。このような場合、モデルを用いて遅延量を推定することが必要とされる。また、観測プラットフォームである航空機の位置を精度よく決定することも重要である。航

4、空機の位置決定システムとして、現在、SBAS（SatelliteBasedAugmentationSystem、衛星航法補強システム）方式が導入されようとしている。SBASとしては、日本のMSAS（Multi-functionalTransportSatelliteAugmentationSystem）、アメリカのWAAS(WideAreaAugmentationSystem)、及びヨーロッパのEGNOS(EuropeanGeostationaryNavigationOverlayService)があり、この3者で地球のほぼ全域をカバーできる見込みである。　SBASでは、L

5、1(1575.42MHz)電波のみを用いた航法を採用し、最大の誤差要因となる電離圏遅延を地上に配置された電離層観測点（IGP,IonosphericGridPoints）において観測された電離圏遅延量から内挿により求めることになっている。IGPではL1及びL2(1227.6MHz)の2周波を用いて電離圏遅延量を決定する。すなわち、プラズマ中での周波数ｆの電波の屈折率はｎ2　=　1－ｆｐ2／ｆ2　で与えられる。ここに、ｆｐはプラズマ周波数で、電子密度をＮｅNe(ｍm－3)とするとｆｐ2＝Ｎｅ・ｅ2/4π2meε0＝80.62Ｎｅ精密衛星測位による地球環境監視技術の開発研究成果

6、の詳細報告で与えられる。従って、この屈折率変化によるＧＰＳ電波遅延はτ＝40.31TEC/(ｃｆ2)TEC(TotalElectronContent)はGPS電波経路に沿ったNeの積分値で、通常1016el/ｍ2の単位（TECU）で与えられる。ｆ＝L1（1575.42MHｚ）の場合、1TECUあたりの遅延は0.541nsecとなる。距離に直せば、1TECUあたり0.162ｍである。通常TECは10-100TECU程度の範囲で変化するので、GPSが天頂にある場合で、1.6-16m程度の電離圏補正が必要となる。　GPSが天頂にない場合、斜入射補正と電離層貫通点（IPP）の緯度・

7、経度のずれの補正が必要となる。いま、GPSの仰角をE、電離層高度をh、地球半径をRとしたとき、観測点とIPPとの間の地球中心からのずれ角度αはcos(α＋E)=cosE/[1＋h/R]で与えられる。低仰角の場合この角度ずれは決して無視できないことが分かる。観測点の（経度、緯度）をそれぞれ（φ，θ）及びGPSの方位角をAとした時、IPPの（経度，緯度）＝（φ’，θ’）は、sinθ’=sinθcosα＋cosθcosAsinαsin(φ’―φ)=sinαsinA/cosθ’で与えられる。斜入射補正係数はM(E)＝cos