QZSS・7機体制実現に向けて
測位航法学会
2019年度全国大会
QZSS特別講演会
2019年5月17日
宇 宙 開 発 戦 略 推 進 事 務 局
目次
１． 整備方針
２． サービス仕様
３． ７機体制の衛星配置
４． ７機体制における4機体制からの主要変更点
５． ５～７号機の高精度化
６． 開発体制
７． 今後の課題
宇 宙 開 発 戦 略 推 進 事 務 局
１．整備方針
社会的要請、ユーザ要請や、他GNSSの整備・運用状況等を踏まえ、以下の方針とする。
１．サービス提供の早期実現
7機体制を確立し、2023年度を目途に運用を開始する。２．衛星測位サービスの持続化
日本、日本近傍、アジア太平洋地域における我が国の7機体制による持続的な衛星測位サービスの提供を最優先とする。３．ユーザ需要、技術動向を踏まえた機能性能向上
以下の機能性能向上を図る。 – 7機体制による持続測位 (2周波コード測位、補強情報なしで水平ユーザ測位精度1m(RMS)を実現) – 航法メッセージの認証機能 – 測位補強サービス範囲と対象システムの拡張 （アジア・オセアニア全域への拡大） （TBD） – 公共専用サービスの機能・性能向上 – 準天頂衛星システムの災害時通信機能の冗長性確保４．現行サービスの継続性（バックワードコンパティビリティ）の確保
QZS-2,3,4,1Rにより提供する現行サービスを2033年まで継続 但し、QZS-1RによるL1C/A信号の提供は米国との周波数調整結果による（L1C/B信号へ移行の可あり） (*) L1C/B信号 L1C/A信号をBOC(1,1)変調し、C/A信号の初期捕捉が早い特性を残しつつ、GPS L1C/A信号との干渉を低減した信号５．システム整備・維持運用コストの低減・最適化
7機体制の実現にあたっては、性能とコストの最適化を考慮し、各システムのコスト低減を図る。 （補足） TBDは、7機体制の第1期（QZS-2,3,4,1R,5,6,7）、または、第2期（QZS-5,6,7,2R,3R,4R,1R2）のいずれで実現すべきか未定の項目。宇 宙 開 発 戦 略 推 進 事 務 局
２．サービス仕様（1/4）
① 衛星測位サービス
【公開測位サービス】
7機体制による持続測位に向けた段階的性能向上
•
2周波コード測位によるユーザ測位精度 水平方向1.0m（RMS） の実現に向けた段階的な精度向上
•
衛星間測距技術（ISR）等によるSIS-UREの段階的な精度向上
使用信号
•
L1C/A,L1C,L2C,L5は、QZS-5,6,7打上げ後も、QZS-2,3,4,1Rから継続（バックワードコンパチビリティの確保）
•
QZS-5以降は、L1C/B,L1C,L5信号によるサービスを提供。
今後主流となるL1,L5信号による測位サービスを提供し、L2C信号は配信しない（L1、L5の2周波利用の促進）。
L1C/Aは、4機以上増えることに米国が合意しないため、QZS-1R以降は、L1C/Bへの継承を考慮。
•
スプーフィング対策として、L1C/A（L1C/B）,L1C,L5信号の航法メッセージに対し、認証情報を付与
【公共専用測位サービス】
QZS-2,3,4,1Rは、1周波（L6帯）による配信を継続
QZS-5,6,7は、抗たん性、ユーザ測位精度向上のため、2周波（L6帯、
TBD帯
）に拡張。
2周波目は、周波数調整、技術的実現性検討を要する。
フェーズ コンステレーション SIS-URE精度(95%) ユーザ測位精度 水平方向（RMS） 7機体制 (第1期) 監視局の観測データのみを使用する場合(2023-2026) 2.6m 9.0m （HDOP ≦ 6.7) QZS-5,6,7 による衛星間測距等の観測量を使用した実証完了以降(2027～) 1.0m 1.6m （HDOP ≦ 2.6) 7機体制 (第2期) 7機全て（QZS-5-7, 2-4R, 1R2）による衛星間測距等の観測量を使用した実証完了以降 0.3m 1.0m （HDOP ≦ 2.6)宇 宙 開 発 戦 略 推 進 事 務 局
② 衛星測位補強サービス
【サブメータ級測位補強サービス】
QZS-2,3,4,1RのL1S信号にて現行サービス（SLAS）を継続（バックワードコンパチビリティの確保）
L1S信号は、QZS-2,3,4,1Rでサービスエリア（国内）を十分カバーしていること、周波数調整において GPS L1C/Aと
の干渉で送信が困難であることから、QZS-5,6,7からは配信しない。
アジア・オセアニア地域への
広域サービスとして
、QZS-2,3,4のL5S信号にて配信
（TBD）
（QZS-2,3,4は、DFMCのSBAS規格に合致していないが、広域サービスとして使用可能)
広域サービスでは、4機体制の補強対象に
Galileo（E1)を追加（TBD）
【高精度測位補強サービス】
現行ｾﾝﾁﾒｰﾀ級測位補強ｻｰﾋﾞｽ（CLAS）は、国内サービスとして、QZS-2,3,4,1R(5,6,7)のL6(D)信号にて配信を継続
アジア・オセアニア地域への広域サービスは、QZS-2,3,4,1R,5,6,7のL6(E)信号にて配信（TBD）
広域サービスの補強対象は、QZSS(L1C/A,L1C,L5）、GPS（L1C/A,L1C,L5）、Galileo（E1,E5a)、等
目標精度は、水平方向 15cm(RMS)、垂直方向 25cm(RMS)
【航空機向け一周波コード測位補強サービス（SBAS配信サービス）】
QZS-3に加え、QZS-6,7を用いて配信する
国際民間航空機関（ICAO: International Civil Aviation Organization）が定める文書（*1）に規定される民間航空機
向けの補強情報配信サービスを提供
（*1) International Standards and Recommended Practices, Aeronautical Telecommunications, Annex 10 to the Convention on International Civil Aviation, vol. I
【測位技術実証サービス】
二周波SBAS実証実験での使用を前提に、二周波複数GNSSシステム対応（DFMC: Dual Frequency Multi
Constellation services）の技術実証としQZS-1R及びQZS-6,7のL5S信号より補強情報を提供
QZS-2,3,4は、DFMCのSBAS規格に合致していないが、サブメータ級測位補強の広域サービスとして使用可能
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③ その他サービス
【災害・危機管理通報サービス】
国内向けと
広域向け（TBD)
の２種類のサービスを提供
QZS-2,3,4,1RのL1S信号にて現行サービスを継続（バックワードコンパチビリティの確保）
QZS-2,3,4,1Rの
L1S信号の空きスロットを利用し、国外向けに日本政府が認めた機関から提供
される情報を配信（TBD)
広域向けサービスの提供可否は、技術的実現性が確認できた段階で定める。
【衛星安否確認サービス】
QZS-3に加え、QZS-7 に本サービスを実施する機器を搭載
QZS-7による衛星安否確認サービスは、通常時は提供せず、QZS-3のメッセージ通信ペイロー
ドが異常等により運用不可となった場合に限り、QZS-7をQZS-3の位置へ移動させ、QZS-7か
らサービスを提供
２．サービス仕様（3/4）
宇 宙 開 発 戦 略 推 進 事 務 局 *1：L1C/A,L1C/B,L1C,L5の航法メッセージに対し、 認証情報を付与（スプーフィング対策） *2：L1C/AとL1C/Bの切替可能 *3：QZS-7は、QZS-3のバックアップを兼ねる。 QZS-3メッセージ通信機能が使用不可の場合は、 QZS-7をQZS-3の軌道へ移動させて運用する。 *4：L1Sは、米国との周波数調整結果によりQZS-5,6,7からは送信しない。 *5：QZS-5以降のL6(L6D)は機能として持つが、配 信内容等の詳細は業務要求にて定める。 *6：広域サービスの扱いは、技術的実現性の検討 後に採用可否を判断する。 *7：自信号及び自信号以外のメッセージ認証(TBD) *8：L5Sは、DFMCのSBAS規格にQZS-1R,6,7は合 致しているが、QZS-2,3,4は合致していない。
• 準天頂衛星システムの信号一覧
２．サービス仕様（4/4）
1 (参考) 2 3 4 1R 5 6 7(*3) 1 L1C/A ○ ○ ○ ○ ○(*2) ○(*2) ○(*2) ○(*2) L1C/B × × × × ○(*2) ○(*2) ○(*2) ○(*2) L1C ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ L2C ○ ○ ○ ○ ○ × × × L5 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ L6R × ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ （TBD） × × × × × 〇 〇 〇 2 サブメータ級測位補強サービス L1S(*7) ○ ○ ○ ○ ○ ×(*4) ×(*4) ×(*4) センチメータ級測位補強サービス(国内) L6(L6D) ○ ○ ○ ○ ○ ○(*5) ○(*5) ○(*5) 高精度測位補強サービス(広域)（TBD) L6(L6E)(*7) × ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 3 L1S(*6) ○ ○ ○ ○ ○ × × × 4 S-Band × × ○ × × × × ○ 5 L1Sb × × ○ × × × ○ ○ 6 L5S × 〇(*8) 〇(*8) 〇(*8) ○ × 〇 〇 7 - × × × × × × TBD TBD SBAS配信サービス 測位技術実証サービス ホスティングサービス 衛星安否確認サービス No. サービス名称 種別 QZS 衛星測位サービス 1-1 公開測位サービス "認証機能付"(*1) 1-2 公共専用測位サービス 衛星測位補強サービス 2-1 2-2 災害・危機管理通報サービス(国内/広域(*6))宇 宙 開 発 戦 略 推 進 事 務 局
① 高仰角特性
1機以上の高仰角の
衛星から信号を受信
できる時間率。
測位精度・安定性の
向上および補強情報
の常時配信に寄与。
② アベイラビリティ
4機以上の衛星から
正常な信号を受信で
きる時間率。
他システムに依存せ
ず自律測位か可能
7機体制の衛星配置検討では、①高仰角、②アベイラビリティ、③DOP、及び、衛星の
メンテナンス（軌道制御等）を考慮する必要がある。
分散した状態
＝DOP値が小さい
＝測位精度が高い
偏った状態
＝DOP値が大きい
＝測位精度が低い
③ DOP （精度劣化指標）
obsevation positionDOP
||
測距誤差
||
ユーザ測位誤差
衛星配置の良し悪しを示す指標。
DOPは、時々刻々変化する。
３．７機体制の衛星配置
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３．７機体制の衛星配置
Case A’
Case B’
Case C’
Case D’
Case A
Case B
Case C
Case D
Case A：静止軌道に
+0機
、準天頂軌道に
+3機
Case B：静止軌道に
+1機
、準天頂軌道に
+2機
Case C：静止軌道に
+2機
、準天頂軌道に
+1機
Case D：静止軌道に
+3機
、準天頂軌道に
+0機
■ 4機体制の配置をベースとして、追加3機の配置先を検討
Case A’：8の字を2つにわける
Case B’：静止軌道の1衛星を準静止軌道に
Case C’：静止軌道の1衛星を準静止軌道に
Case D’：静止軌道の2衛星を準静止軌道に
派生系
静止軌道と準天頂軌道でケース分けし、さらにそれらの派生形についても検討
静止高度で僅かに軌道傾斜角と離心率を与えた軌道（e~0.03, i~10）
静止軌道と異なり地球との相対位置が少し変化する。
静止軌道は、軌道推定の観点で不利。また、軌道制御頻度が高いため、
サービスアベイラビリティが低下する。準静止軌道にすると回避できる。
静止軌道 準静止軌道準静止軌道について
90.5 90.5 90.5 137 168 90.5 90.5 90.5 137 190 168 190 99 179 130 100 130 Q2 Q4 (Q1)宇 宙 開 発 戦 略 推 進 事 務 局
３．７機体制の衛星配置
最適配置案により以下の特性が実現される。 アベイラビリティ • 仰角15度以下が不可視でも、日本全域で常時4機以上可視 • 仰角20度以下が不可視でも、東京で常時4機以上可視 • 仰角25度以下が不可視でも、南方地域で常時4機以上可視 測位精度（HDOP特性） • オープンスカイでは、日本全域でHDOP<2.6(95%) • 仰角15度以下が不可視でも、日本全域でHDOP<6.7(95%)HDOP95%値のコンター図（仰角マスク10度）
最大最低仰角のコンター図（高仰角特性）
軌道 号機 中心経度 deg 静止軌道（2機） 3号機, 6号機 127、90.5 準天頂軌道 （4機） 初号機後継機, 2号機, 4号機, 5号機 148(Q1R) 139 準静止軌道 （1機） 7号機 190宇 宙 開 発 戦 略 推 進 事 務 局 サービス名称 4機体制 7機体制 衛星測位 ①SIS-URE精度 QZS-1,2,3,4 2.6m(95%) QZS-1R 1m(95%) 0.3m(95%)目標値 ②ユーザ測位精度 ③配信信号 L1C/A,L1C,L2C,L5による サービス ①機能・性能向上(衛星間測距機能等の採用)による段階的SIS-URE精度向上 ②QZS7機での2周波コード測位による持続測位に向け、段階的に精度向上を図る。 ・7機体制（第1期） QZS-2,3,4,1R,5,6,7 持続測位 ：【水平】9.0m（RMS） (HDOP 6.7以下) 高精度持続測位 ：【水平】1.6m（RMS） (HDOP 2.6以下) ・7機体制（第2期） QZS-5,6,7,2R,3R,4R,1R2 持続測位 ：【水平】2.6m（RMS） 高精度持続測位 ：【水平】1.0m（RMS） 持続測位 ：アジア・オセアニア地域を広域にカバーし、現状のGPS同等のユーザ測位性能 をGPSや他GNSSが使えない状況下でも準天頂衛星システム単独で提供する 高精度持続測位 ：日本とその領海含むエリアに対して、ユーザ測位精度劣化指数（DOP）を良好 にする衛星配置を実現し、他GNSSに劣後しないユーザ測位精度を提供 ③配信信号の変更 ・L1C/A、L1C、L5信号（QZS-5 以降、L2Cは非搭載） 周波数調整の結果、QZSSによるL1C/A信号の配信は4機までのため ・QZS-1R,5,6,7は、L1C/A ⇔ L1C/B の切替機能を具備
４．７機体制における変更点（1/2）
サービス範囲 (持続測位) サービス範囲 (高精度持続測位) 監視局の観測データのみを使用する場合(- 2026) QZS- 2,3,4,1R,5,6,7 2.6m QZS- 5,6,7に精度向上の機器が搭載され、衛星地上間測 距の観測量も使用した実証完了時(2027- ） QZS- 2,3,4,1R,5,6,7 1.0m 7機体制 (第2期) 最終的に7機全てに精度向上の機器が搭載され、衛星地 上間測距の観測量も使用した実証完了時 QZS- 5,6,7,2R,3R,4R,1R2 0.3m コンステレーション SIS- URE要求精度(95%) フェーズ 7機体制 (第1期)宇 宙 開 発 戦 略 推 進 事 務 局 サービス名称 4機体制 7機体制（第一期） サブメータ 国内サービス QZS-1,2,3,4よりL1S信号で配信 精度：水平方向精度 1m(95%) 垂直方向精度 2m(95%) ・国内サービスを継続（QZS-2,3,4） ・広域サービスを追加し、サービス範囲を拡大（TBD） 補強対象にGalileo（E1)を追加（TBD） センチメータ 国内サービス QZS-1,2,3,4よりL6信号で配信 ・国内サービスを継続（QZS-2,3,4,1R(5,6,7)） ・広域サービスを追加し、サービス範囲を拡大（TBD） 目標精度は、水平方向15cm（RMS)、垂直方向25cm（RMS) 公共専用 QZS-2,3,4(,1R)により1周波によるサービス QZS-5,6,7を2周波(L6帯と(TBD)帯）対応に拡張し、 抗たん性及びユーザ測位精度の向上を図る。 (2周波目は、周波数調整と技術的実現性の目途が得られた場合) 災害・危機管 理通報 国内サービス QZS-1,2,3,4よりL1S信号で配信 広域サービスを追加し、サービス範囲を拡大（TBD） QZS-2,3,4,1Rにより、L1S信号の空きスロットを使用した災害・危機管理 通報サービスを提供(技術的実現性の目途が得られた場合) 衛星安否確認 QZS-3よりサービス実施 QZS-7は、QZS-3メッセージ通信機能異常時のバックアップ （QZS-3 静止位置へ移動） SBAS QZS-3より民間航空機向けの補強配信サー ビスをL1Sb信号により実施 QZS-3,6,7によりL1Sb信号にてサービス提供。 測位技術実証 L5S,L1Sb信号による測位技術実証の提供 QZS-2,3,4,1R SBASサービスの二周波複数GNSSシステム対応（DFMC: Dual Frequency Multi Constellation services）の技術実証を実施。 QZS-1R及びQZS-6,7のL5S信号を使用。
ホスティング なし 外部機関が提供するサービスを実現するペイロードの搭載
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５． ５～７号機の高精度化（1/2）
• ユーザ測位精度の向上 ⇒ 衛星の軌道・時刻をより正確に推定することが必要
• 衛星の軌道時刻の精度を向上させるためには？
– 地上-衛星間の距離に加えて、衛星-衛星間の距離を計測する（
衛星間測距機能
）
– 軌道位置誤差と衛星の時計誤差を正確に分離する（
地上/衛星間測距機能
）
S帯（送受信）
C帯（Up）
地上システム（新規整備）衛星間測距機能
地上/衛星間測距機能
衛星間方向の位置誤差が改善
C帯（Down）
Up信号とDown信号の差をとることで、
衛星の位置誤差（電離圏と対流圏に
起因する誤差）をキャンセルする。
⇒時計誤差を分離することが可能。
地上－衛星間方向の
位置誤差が改善
監視局（既設）従来はL帯のDown信号のみ
宇 宙 開 発 戦 略 推 進 事 務 局 13
• ユーザ測位精度を向上させるには、衛星の軌道位置をより正確に推定する必要がある。
• 「衛星間測距技術」
を搭載し、衛星を見かけ上の監視局とすることで監視局の位置が空
間的に広がり、軌道位置の推定精度を飛躍的に向上させることができる 。
（これまでは地上の監視局のみを用いて軌道推定を行っている）
現状
地上システムのみで軌道推定を実施
監視局 監視局 衛星軌道高度 32,000～40,000㎞誤差
誤差
距離を計測 衛星間測距技術
衛星間通信を用いて軌道推定を実施
衛星間測距により大幅に重なっている 部分の範囲（＝軌道位置の推定誤差） が縮小する 監視局 監視局誤差
数10㎝の 誤差 衛星軌道高度 32,000～40,000㎞ 半径 ：～6,300㎞ 半径：～6,300㎞ ～18°以下 距離を計測 ～130°以下 数mの誤差 数10cmの 誤差 数10㎝の 誤差 衛星は、重なっている部分(緑網掛け） のうちどこにいるか分からない （＝軌道位置の推定誤差）５． ５～７号機の高精度化(2/2)
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６. 開発計画
年度 平成 27年度 平成 28年度 平成 29年度 平成 30年度 平成 31年度 平成 32年度 平成 33年度 平成 34年度 平成 35年度 平成 36年度 平成 37年度 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 以降準
天
頂
衛
星
シ
ス
テ
ム
の
開
発
・
整
備
・
運
用
１機体制の運用 （QZS-1） ４機体制の運用 （QZS-1,2,3,4） （QZS-1R,2,3,4） ７機体制の運用 （QZS-1R,2,3,4,5,6,7） 仕様 検討 ７機体制に向けた追加3機の開発整備 （QZS-5,6,7） (機能・性能向上に向けた研究開発） 衛星数（幾何的配置、DOP）の 不利を補うため、他GNSSより 高い SIS-UREの実現が必要 ①衛星－地上間測距機能 ②衛星－衛星間測距機能 2-4講義機体制の開発整 備 （QZS-2～4） 打上げ 打上げ 【QZS-1】 SIS-URE仕様：2.6m(95%) 【QZS-2～4】 仕様：2.6m以下(95%) 【QZS-5～7】目標：0.3m以下(95%) 初号機「みちびき」後継機の開発整備講義機体制の開発整 備 （QZS-1R) 打上げ• ７機体制開発ロードマップ（宇宙基本計画工程表）
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•
内閣府は、ミッションを定義し、全体システムの要求仕様を定める。
•
測位ミッション開発事業者は、高精度な機能性能向上を実現する測位ミッションペイロード及び、
高精度測距システム地上系を開発し、測位ミッションに対する要求仕様を実現する。
•
衛星システム開発事業者は、衛星システムのバスの開発と提供されるペイロードの搭載を行い、
衛星システムに対する要求仕様を実現する。
内閣府
衛星システム開発事業者
国交省（航空局）
測位ミッションペイロード
高精度測距システム地上系
SBASの協力
地上システム運用業者
実証したシステムを2026年度に移管する５～７号機開発体制
測位ミッション開発事業者（JAXA）
６. 開発計画
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７．今後の課題
• 利用拡大
• 機能性能向上の着実な実施
– 新規観測量追加による軌道クロック推定高精度化
– 脆弱性対策としての信号認証機能追加
• システムの安定性信頼性向上
– 衛星更新計画
– バックアップ衛星含めたシステムのロバスト性向上
• 持続的なインフラ構築・維持
– 衛星の軽量小型化、地上システム依存度の軽減
• Alternative PNT
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参考：信号配信計画（Sunset Policy)
8 9 10 2R(TBD) 1R2(TBD) 3R(TBD) 4R(TBD) 1 1R 5 6 7 2 3 4 L2C 2018 2019 2020 2021 2022 2023 ～ 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 Signal QZS Year4-Sat.Constellation Phase 7-Sat. Constellation Phase
3R(TBD) 4R(TBD) 1 3 1R 5 2R(TBD) 2 4 6 7 1R2(TBD) L1C/A or L1C/B L1C/A L1C/A L1C/A L1C/A L1C/B or C/A L1C/B L1C/B L1C/B L1C/B L1C/B L1C/B L1C/B Extention (TBD) Design Life
