QZSS時刻管理系の開発状況について QZSS時刻管理系の開発状況

QZSSユーザーミーティング
2009, 3/27
QZSS時刻管理系の開発状況について
浜真一、高橋靖宏、雨谷純、藤枝美穂、中村真帆
情報通信研究機構（NICT）
発表内容
1. 時刻管理システムの紹介
2. 搭載系の開発状況
- 性能試験
3. 地上系の開発状況
- ハワイのモニタ局
4. 今後の予定
1
高精度測位実験システムの構成
衛星搭載測位実験機器
搭載原子時計
（Ｒｂ＊2）
基準時系管理部
(TTS)
時刻比較装置
(TCU)
測位信号生成送信部
レーザリフレクタ
アレイ
ＧＰＳ衛星群
衛星群
Lバンド送信部
Lバンドアンテナ
測位用通信システム
搭載御算機
搭載制御計算機・
シンセサイザ
Kuバンド送受信機
機
Kuバンドアンテナ
USNO
時刻比較
信号
（GPS時刻）
実験用受信端末
ＧＰＳ局
モニタ局
ＳＬＲ局
高精度補正受信端末
擬似時計実験設備
高精度軌道決定システム
（（ＧＵＴＳ）
）
マスターコントロール局
マスタ
コントロル局
高精度軌道推定部
米国海洋大気庁
（NOAA)他
@NICT
高精度時刻管理部
TT&C局
追跡管制局
実験運用管制部
@JAXA （ＭＣＳ）
外部機関
時刻制御局
データ収集配信管理部
設計検証システム
@ENRI
@GSI
インテグリティ情報生成部
サブメータ級補正情報生成部
高精度測位実験システム地上系
補強信号生成部
（デシメータ･ cm級）
電子基準点（国土地理院）
既存システム
文科省(JAXA）
総務省（NICT）
国交省（ENRI、GSI等）
経産省
時刻管理システムの構成
搭載系 (Time Transfer Subsystem (TTS))
= Time Comparison Unit (TCU)
+ Ku帯送受信装置(時刻比較信号)
地上系 :
= 時刻制御実験局 (TMS)
+ モニタ局の時刻管理部
モタ局の時刻管理部
+ ソフトウェア
2
搭載機器の構成
Rb
Ｌ帯 TX
10.23MHz
Rb
Navigation
on-borad
computer
((NOC))
VCXO &
シンセ
サイザ
CPL
L1-SAIF
アンテナ
Ｌ帯 TX
Ｌ帯TX
コン
バイ
ナ
CPL
L-band
アンテナ
Ｌ帯 TX
10.23MHz ref.
data
Ku帯
アンテナ
from VCXO
相関器
TCU
L帯校正
12GHz帯
SW
U/C
H
SW
相関器
MOD,
U/C
相関器
D/C
HPA
ダイプ
レクサ
1.42GHz
BPF
(25MHz)
BPF
(3MHz)
14GHz帯
SW
H
1.42GHz
LNC
TTS
TTS : precise Time Transfer Subsystem,
TCU: Time Comparison Unit
時刻管理システムの役割
● 搭載原子時計の高精度比較、管理
● 衛星搭載時刻・地上局時刻間のサブns高精度比較
→ UTC(NICT）
UTC(NICT）*に基づいて管理されるQZSS時刻とGPS時刻と
に基づいて管理されるQZSS時刻とGPS時刻と
の差を数ns rmsで計測・配信し、相互運用性を確立
● 3つのＬ帯測位信号同士の遅延時間比較
● データを、時刻比較信号に重畳（2k bps/ch）して送受
● 広帯域(25MHz)
広帯域(25MHz)ベントパイプ機能による衛星双方向時刻比較、
ントパイプ機能による衛星双方向時刻比較、
狭帯域（3MHz x2）ベントパイプ機能による実効的帯域拡大
● QZSS軌道決定用モニタ局の時刻を高精度比較
＊ UTC(NICT)は協定世界時UTCと高精度に同期
3
TTS の仕様
項目
アンテナ径
受信周波数（アップリンク）
プ
送信周波数（ダウンリンク）
EIRP
G/T
チップレート
変調方式
C/No
仕様
10 cm
14.435 GHz
12.307 GHz
12.7 dBW 以上
-14 dB/K 以上
10.23 Mcps
BPSK
50 dBHz
(ランダム) 0.3 ns (1σ)
コード位相を利用した計測精度
(バイアス) 1.0 ns (RSS)
QZSSとGPSとの相互運用性イメージ
GPS(1)
GPS(2)
GPS(3)
QZS(j)
GPS(i)
各衛星(i) の時刻と
GPSシステム時刻GPST
との差
j=1-3
各衛星(j) の時刻と
GPSシステム時刻GPST
との差
GPST
QZS(j)時刻
ユーザ
時刻制御局（TMS）at小金井
USNO
精密時刻比較
4
ベントパイプ機能
● 2種類のベントパイプ（BP）機能で、
非静止衛星を使って地上局間の
双方向時刻比較実験を行う
広帯域 BP
狭帯域BP
3 MHz x 2
(20.46 MHz 間隔)
帯域
25 MHz
チップレート
10.23 Mcps
2.046 Mcps x 2
BOC(10,2)
通常の信号との
周波数重複
重複
重複せず
BPF (@1.4GHz band) マイクロストリップ
特徴
従来方式
同軸インターディジタル
等価的に広帯域化
BOC:
Binary Offset Carrier (次世代GPSで使われる変調方式）
TWSTFT: Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer；衛星双方向時刻比較
1. 時刻管理システムの紹介
2. 搭載系の開発状況
- 性能試験
3. 地上系の開発状況
- ハワイのモニタ局
4. 今後の予定
5
TTS のフライトモデル（PFM）
アンテナ
TCU
質量
消費電力
HPA
2.47 kg 58.9 W
LNC
1.39 kg 10.4 W
UPC
1.14 kg 8.9 W
TCU
12.88 kg 33.9 W
ANT
2.52 kg 8.9 W
BPF1&2 1.90 kg
---
コンポーネントの遅延量変化
( 20 oC ～ +60 oC)
(-20
HPA
LNC
UPC
0.14ns
0.29ns
0.14ns
全体の質量: 44.95 kg（冗長系含む）
全体の消費電力(平均): 130.6 W
1. 時刻管理システムの紹介
- ベントパイプ機能
2. 搭載系の開発状況
- 性能試験
3. 地上系の開発状況
- ハワイのモニタ局
4. 今後の予定
6
EM性能確認試験の構成
搭載機器
1.42
GHz U/C
HPA
14.4 GHz
12.3 GHz
TCU
DIP
LNC
70.1
70
1
MHz
CPL
14.4 GHz
12.3 GHz
10.23 MHz
DMTD*
TS5120A
分配
アンプ
SG
10 MHz
U/C
D/C
時刻比較
装置
(≒TCU)
HYB
分配
アンプ
10 MHz
1 pps
可搬型
H-メーザ
・搭載機器と地上試験機器とはRF接続
・搭載Rb原子時計の代わりにHメーザの
共通源振を利用
* DMTD：時刻差を精密に計測する装置
EM 性能試験の結果
時刻差
の測定
((一日間)
日間)
二つの独立した
測定が10-15 台
安定度
コード位相で
[email protected]
で致
で一致
キャリア位相で
[email protected]
7
1. 時刻管理システムの紹介
2. 搭載系の開発状況
- 性能試験
3. 地上系の開発状況
- ハワイのモニタ局
4. 今後の予定
TMSとモニタ局の構成案
準天頂衛星上で搭載原子時計、
地上局の時計等を相互比較
準天頂衛星
GPS
12
3
9
6
静止衛星
GPS時刻を
管理する
米国海軍
天文台へ
12
12
3
12
9
12
3
9
3
9
9
6
3
12
6
6
モニタ局
9
モニタ局
（国内外
計10局程度）
時刻制御局（TMS）
at NICT小金井
and/or 沖縄
6
123
3
96
6
衛星双方向時刻比較（Ku帯）
GPS／QZSS（L帯）
8
地上局間の時刻比較
片／双
使用衛星
方向
コモンビュー
片
GPS
静止衛星
TWSTFT
双
(ベントパイプ)
QZS
QZSS衛星上の
時刻比較器
双
QZS
(TCU)
比較方法
数ns
＜1ns
＜1
＜1ns
電離層衛星移動
送信サービスエアンテナ
周波数
の影響の影響
設備リアの制限駆動
不要
なし
不要
Ｌ
要補正
なし
必要
あり
不要
Ｋｕ
小
小
必要
あり
必要
Ｋ
Ｋｕ
小
あり
＜1ns
必要
精度
あり
必要
Ｋｕ
小
なし
高価
なし
リアルタ
イム性
×
○
○
なし
○
回線費
あり
• 小金井TMSと沖縄TMS間 → QZSS衛星搭載のTCU経由
• TMSと国内・ハワイモニタ局間 → 静止衛星利用のTWSTFT
TWSTFT：衛星双方向時刻比較
地上系の進捗
・時刻制御実験局（TMS）主・副局、モニタ局の時刻管理部について、
ソフトウェアの製造、単体試験、インテグレーションを実施。
・ソフト同士、MCS（マスター管理局）やハードウェアとの
インタフイス試験をJAXA AISTと実施
インターフェイス試験をJAXA・AISTと実施、
ソフトと搭載機器とのインターフェイス確認のため、
適合性試験を実施。
・沖縄に3.7mΦアンテナのTMS副局を整備
・北海道サロベツのモニタ局設置の検討調査
・オーストラリア地上局との周波数調整
オストラリア地上局との周波数調整
・ハワイモニタ局に関し、日米協定への協力、
NＩＣＴ・USNO間覚え書きの準備
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地上系のソフトウェア
○ ソフトウェアの製造・試験を実施
・時刻比較管理装置
・テレコマ装置
・軌道計算装置
・ QZS時刻比較部監視制御装置
・ CS時刻比較部監視制御装置
・付帯設備監視制御装置
・データ収集記録装置
ッ
ク管装置
・ネットワーク管理装置
・インターフェイス装置
・モニタ局時刻管理部監視制御装置
MCS（マスター管理局）やハードウェアとの
インターフェイス調整も、JAXA・AISTと実施
沖縄 (26.5N, 127.8E) の
地球局アンテナ
地上系のソフトウェア構成
MCS, other TMS
*1
comm. network
QZS
modem
JAXA
terminal
CSMC
RESSOX terminal
OLPU
DRU
NMU
IFU
monitor station
*2
LAN in TMS
OEU
TCOU
*2
CTMC
QTMC
Ku-band
TX/RX
bent pipe
modem
ADMC
ACU
QZS
modem
*1
Ku-band
RX/TX,
CS modem
QZS
antenna
WX
QZS/GPS
receiver
unit
GPS RX,
TIC
TCMU
TMS
10
1. 時刻管理システムの紹介
2. 搭載系の開発状況
- 性能試験
3. 地上系の開発状況
- ハワイのモニタ局
4. 今後の予定
Hawaii モニタ局の決定
ハワイは、モニタ局ネットワーク
の幾何学的配置上、不可欠の位
置にある
(日米（NICT・USNO）間の
衛星双方向時刻比較の
中継局としても最適な位置）
KPGO
(コケエパーク地球物理学観測所)
ワイ、カウアイ島
ハワイ、カウアイ島
KPGO
KPGOは高安定な原子時計
（水素メーザ周波数標準器）
を所有
日本・米国（国務省, GPS Wing,
USNO(海軍天文台) )間で交渉
（日米GPS/QZSS会議や機関同士）
from google map
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1. 時刻管理システムの紹介
2. 搭載系の開発状況
- 性能試験
3. 地上系の開発状況
- ハワイのモニタ局
4. 今後の予定
今後の予定
• 搭載機器はシステム（衛星バス）と組み合わせての試験
• 地上系はソフトの現地設置・インターフェイス試験、
時刻制御局の整備・モニタ局時刻管理部（国内２、国外１）の整備
• 一基めの打ち上げ、機器チェックアウト
• JAXA・AISTと共に実証実験
我が国における衛星測位システム技術の確立
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