IMESgnss.co.jp/.../2017/04/IMES_ION_2010_Presentation_R1.pdfCDMA(同期ネットワーク） GSM(非同期ネットワーク） eGPSソフトどちらも対応可能信号を...

© GNSS Technologies Inc. 0

既存のGPSで屋内外をシームレスに

3次元ナビができる日本発の革新的な技術

IMES

ION GNSS 2010 Sep.21-24,2010

© GNSS Technologies Inc.

IMES によるシームレス 3次元ナビの概念図

IMES

IMES

IMES

IMES

IMES

GNSS

GNSS

GNSS

IMES

IMES


シームレス 3次元ナビのコンセプト

エレベータ

GPS

GPS GPS

QZSS IMES IMES

IMES

IMES

IMES

地下

緯度: 35.1234 経度: 135.4567 高

さ: 20.0

屋外屋内


IMESの特徴

１．シームレス衛星測位に関する決定的技術

２．一定以上の精度劣化がない

３． GPS以外の消費電力増がない

４．屋内で確実な 3次元ナビができる

５．既存GPS ハードの変更は不要。ソフトだけ

６． IMES送信機間の同期不要

７． IMES信号の測距不要

８． IMES方式は全ての GNSSに応用可能

９．米国政府によりIMES用PRNコードが正式に承認

１０．QZSSの屋内測位機能として正式採用


高感度GPSから得た位置

300mの誤差

IMESから得た位置

IMES と高感度 GPSの精度比較

屋内で測位！


IMES 設計のコンセプト（１）

GNSS技術と全く同一技術で屋内外のシームレス測位を実現

スードライトに比較し、極めて簡単な設置で実践的

どんな高深度な場所でも機能する唯一の方法

全てのGNSS信号と互換性および共通使用が可能

信号構造、中心周波数、変調方式等は完全なGPS方式

– 信号内容を航法データの代わりに座標値、フロア階数に

置き換え

GPS受信機にはIMESの PRNコードを書き込むだけ

– PRNコードは米国政府によりIMES用として正式承認

– 考え方は SBASと同様PRNコード追加で機能

5


IMES 設計のコンセプト（２）

項目 IMES Pseudolite

擬似距離の計測不要要

送信機側の時刻同期不要要

屋内反射波の影響無影響大・不安定

設置の簡易度大極めて複雑

2次元測位 1 個 3 個一組

3次元測位 1 個 4 個一組

静止状態における初期位置表示可能表示不可能


GPSとIMESの信号構造比較

項目 GPS IMES

中心周波数 1575.42MHz 1575.42MHz +/- 8.2kHz

PRN ID 1-32 173-182

PRNコードチップレート 1.023MHz 1.023MHz

PRN コード長 1ms 1ms

データレート 50bps 50bps

変調方式 BPSK BPSK

偏波 RHCP RHCP


IMESのメッセージタイプ

IMESの仕様は下記のWEBを参照; http://qz-vision.jaxa.jp/USE/is-qzss/IS-QZSS_12Draft_E.pdf

メッセージID フレーム長メッセージ内容反復周期

#0 3 ワード 2次元位置, フロア階 1.8秒

#1 4 ワード 3次元位置, フロア階 2.4秒

#2 - Reserved -

#3 1 ワード Short ID 0.6秒

#4 2 ワード Medium ID 1.2 秒

#5 - Reserved -

#6 - Reserved -

#7 - Reserved -


IMES メッセージタイプ

メッセージタイプ #0, 緯度, 経度, フロア階数

緯度と経度の精度は約 2.4m


IMES メッセージタイプメッセージタイプ #1, 緯度, 経度, 高さ,フロア階数

緯度と経度の精度は約 1.2m


メッセージタイプ #4, Medium ID

IMES メッセージタイプ

メッセージタイプ #3, Short ID


当社が提供するIMESのトータルソリューション

1. IMES送信機 (LSI 、IMES基板、IMESユニット)

・２０１１年中旬予定

2. IMES 設置システム

3. IMES DB 管理システム

4. IMES 受信機（ Chip、モジュール、ユニット）

・IMESに最適なGPS受信機を用意

5. IMESおよび関連特許


IMES 開発計画

14

究極のシームレスポジショニング技術に向けての研究開発

IMES 第三世代

- 2006 2007 2008 2011

IMES 第四世代 LSIチップデザイン

$10

$100

$1000

サイズ

時間

サイ

ズ, (

大き

さ)

価格

LSIコアサイズ: 3mm角パッケージサイズ: 10mm角

2011年第二四半期リリース予定

2010

生産・量産化


15

IMES チップの機能ブロック図

CP

TEST

Loop

Filter

Gain

Control

EEPROM/

FLASH I/F

EEPROM

or

FLASH

IR

Driver

Serial

Driver

SIO

Control

IR

Control

CPU

Freq

Div (1/19)

VCTCXO

VCO

Control

Proc.

Ext. Pulse

1/10/100/1000ms

LSI

IMES

Gen DAC ATT VATT

Frame

Pulse

Selector

DAC

FLL

SYN

PLL

1/2 SEL

Filter

RAM

Power

Cont.


ＩＭＥＳ開発の歴史


①アシスト方式 ②携帯端末方式 ③ＩＭＥＳ方式

米国クアルコム社（ＣＤＭＡ方式）

1990年代初頭（特許所有=ｽﾅｯﾌﾟﾄﾗｯｸ社）を1000億円で買収

英国ＣＳＲ社（ｅＧＰＳ） 2008年頃

に特許確定。2009年初頭に

米国Sirf社と合併

日本ＪＡＸＡ／測位衛星技術

ＧＰＳに同期した通信ネットワークするのみで機能する

ＧＰＳ

測位サーバー

ＣＤＭＡ(同期ネットワーク）

ＧＳＭ(非同期ネットワーク）

ｅＧＰＳソフト

どちらも対応可能

携帯側で同期信号を作り出す！

特

徴

（利点）

①ＫＤＤＩ,SOFTBANKで普及している方式。

②高感度ＧＰＳとして屋内測位ができる。

③同期通信回線網との組合せでのみ機能。

④精度は数十ｍ～数百ｍ（環境次第）で不定。

⑤同期ネットワークでないと機能しない。

⑥深い屋内では測位不能。

⑦高さの精度は不確実。

（利点）

①同期、非同期ネットワークに対応できる。

②ソフトウエア追加で携帯端末間で同期させる。

③通信ネットワークに設備改変不要。

④精度はGSM方式で最高値１００m位で不定。

⑤CDMA,GSM両方に適合。

⑥深い屋内では測位不能（ＧＰＳ信号が必要）

⑦高さの精度は不確実。

注）eGPSはベンチャー企業のCPS社が開発し

特許化した。2007年頃にCSR社がCPS社を買収。

（利点）

①全世界の衛星ｼｽﾃﾑで共通に使える。

②屋内外を問わず機能する。

③他の測位方式と共存可能。

④同期・非同期ネットワーク共に適合。

⑤携帯内のGPSのソフトの変更のみで機能。

⑥他の方式が機能しない深い屋内でも機能。

⑦フロア高さ等ビルの階を表現できる。

⑧精度は５ｍ～３０ｍ位の範囲で一定。

⑨携帯電話における消費電力の増加がない。

IMES GPS 準天頂

今年度開発

ＩＭＥＳの信号仕様は、米国にIMES用

信号をGPSの一部として正式に公認

（ＱＺＳＳ－ＩＳ）され、携帯用ＧＰＳの

ソフトの改修のみで機能する。

世界の3大ＧＰＳインドア測位技術


ＩＭＥＳのアイデアのプロセス


国総研や丸の内での測位実証実験にて、

壁際でも高精度測位実現

はこだて未来大学および早稲田大学にて、国内初の屋内測位インフラ実験システムを完成

神戸市地下街での自律移動支援プロジェクトにて地下街に約７０台のIMES

を設置し、実証実験を実施、シームレス測位の三次元ナビの有効性を実証

豊田市にてIMESによる屋内外シームレス測位の実証実験を行い、地下街でも高精度ナビを実証

IMESをNAL向けに開発、ヘリコプターから擬似ＧＰＳ信号を送信（国内初）

２００８年

２００７

２００１

シームレス測位→スードライト→ＩＭＥＳＩＭＥＳは究極のシームレス測位技術

２００７年


GPS及びスードライト（擬似衛星）の研究開発に着手。

シームレス測位→スードライト→ＩＭＥＳ

弊社のＩＭＥＳ開発の歴史

1997年

2001年10月国総研の歩行者ＩＴＳでのスードライトでの社会実験

2001年12月第1世代IMESの自社開発（NAL納入）

2002年3月歩行者ＩＴＳでにスードライトにより丸の内での社会実験

2003年2月はこだて未来大学での測位実験

2005年3月早稲田大学WABOT-HOUSEでの屋内測位実験

2007年2月第２世代のIMES自社開発（JAXA納入）

2007年3月都内大型ビル地下駐車場でのシームレス実証実験

2007年12月第３世代のIMES 自社開発（JAXA納入）

2008年3月豊田市自律支援実証実験

2009年3月

神戸市自律支援実証実験

2002年3月擬似QZSS型L1C対応1ch.スードライト自社開発

2003年2月 1ch.リアルタイム型スードライト自社開発（NAL納入）

2005年3月 4ch.同期型スードライト自社開発(早稲田大納入）

2008年3月第４世代のIMES 自社開発（国交省自立支援）


GPS シグナルジェネレータ


GPS CDMA

GPS EV-DO

KDDI網地下基地局用遠隔監視装置

GPS信号

発生器

GPS CDMA

GPS EV-DO

携帯電話用基地局

地下設備部分

地上設備部分

全国の地下鉄駅、大型ビル等でGPS

の信号が受信できない場所に携帯用基地局を設置した時に基地局間の同期を行うシステム。

携帯電話用基地局

GNSSの開発範囲

CDMA基地局用GPS信号発生装置

http://www.kddi.com/index.html


４チャンネルGPS信号発生器


２００７

Ｖｅｒ．３．０

２００６

Ｖｅｒ．２．０

２００５

Ｖｅｒ．１．０

２００８

Ｖｅｒ．４．０

２０１２

LSI


IMES Evaluation KitIMES Evaluation Kit

IMES Commander

Software

IfENNavX-NSRSoftware Receiver

IMES [email protected]

MHz

USB

1) Settings-PRN-Message type-Message contents-RF power level

2) Operation-RF on/off-PRN code on/off-NAV data on/off

3) Monitor-Status monitor-Diagnosis message

IMES Compatible L1 ReceiverL1 Front

End

L1 Ant.

1) Acquisition & Tracking

-PRN1-32, 173-1822) Nav Data Decoding

-GPS L1 C/A-IMES L1 C/A

3) Position-Latitude-Longitude-Height-Floor information

IMES Signal

Generator

L1 Passive Ant.

IMES Evaluation KitIMES Evaluation Kit

IMES Commander

Software

IfENNavX-NSRSoftware Receiver

IMES [email protected]

MHz

USB

1) Settings-PRN-Message type-Message contents-RF power level

2) Operation-RF on/off-PRN code on/off-NAV data on/off

3) Monitor-Status monitor-Diagnosis message

IMES Compatible L1 ReceiverL1 Front

End

L1 Ant.

1) Acquisition & Tracking

-PRN1-32, 173-1822) Nav Data Decoding

-GPS L1 C/A-IMES L1 C/A

3) Position-Latitude-Longitude-Height-Floor information

IMES Signal

Generator

L1 Passive Ant.

IMES 開発キット

IMESセットアップソフトウェア

IMES シグナルジェネレータ


IMES対応受信機開発

受信機のイメージ（本体、アンテナ、USBケーブル）


IMES セットアップソフトウエア


IMES セットアップソフト (拡大図)


IMESセットアップソフト (拡大図)


IMES設置システムの流れ

ベクターデータ

ラスターデータ

3D CAD

データベース

ラスター→ベクタデータ

変換

ﾍﾞｸﾀｰﾃﾞｰﾀ

レーザースキャナーシステム

Laser Profile Data

GIS プラットフォーム

IMESの座標等の登録

IMES マスターデータベース

設置位置

決定

電波放射

シミュレーション


IMESの総合 DB 管理システム

IMES マスターデータベース

・IMES ID ・PRN ・設置/設定日・設置管理者 etc

リレーショナル

データベース

フロアの配置換え

データベース更新

3D CAD

データベース


IMESの応用市場

全世界の携帯電話、スマートフォン、PND等。

– IMES はシームレス３次元ルート案内のカギになる技術

Search & rescueへ応用

– E９１１関連の応用システムで信頼かつ安定した精度の位置表示機能

– 人や動物などのモニタリング

携帯電話市場における世界の動向 – 以下３ページデータ


世界の携帯電話登録台数の推移

(単位：10万人)

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Other

WCDMA/TD-SDMA/3.9G

CDMA

GSM

予測値

参照：シードプランニング社資料より


参照：日経マーケットアクセスより (As of 2008)

世界の携帯電話出荷台数の変遷

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

予測値


野村総研推計

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

予測値

世界各国の推定携帯電話数量参照：野村総研資料より

①その他

②アジア・太平洋地域

③カナダ・メキシコ・中南米・南アメリカ

④東欧

⑤韓国

⑥中国

⑦西欧州

⑧北アメリカ

⑨日本

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

⑧

⑨


ＩＭＥＳの実証実験


IMESの社会実験

携帯電話のＧＰＳにはＩＭＥＳに指定されたＰＲＮコードを登録するのみ


主な実証実験

項目プロジェクト名エリア実施主体実施年月日

1

シームレス測位の

社会実験

豊田市

駅地下街国土交通省

2008年3月

2

地下街歩行者通路における

シームレス測位の

社会実験

神戸市

三宮地下街国土交通省

2009年3月

3

地下ショッピング街でのシームレス測位

システム実験

東京駅周辺経済産業省省

2010年3月


豊田市におけるシームレス測位の社会実験（１）

①

②

① 新豊田駅を起点にした実験で IMESは屋内において正常に機能した事が証明された。

IMES送信機

総距離: ○○m


①

②

② 商店街付近で実験を終了。全行程でIMESによる屋内測位は携帯電話の画面で正確に誘導できた。

IMES送信機

豊田市におけるシームレス測位の社会実験（２）


Ｅ

Ｅ８

Ｅ地上

８－１

Ｔ１

Ｔ２

Ｔ３Ｔ４

Ｔ５

Ｔ６Ｔ７

Ｔ８

Ｔ９

Ｔ１０Ｔ１１

Ｔ１２

Ｔ１３

Ｔ１４

Ｔ１５Ｔ１６Ｔ１７Ｔ１８

Ｔ１９

Ｔ２０

ア１

ア２

ア４

ア６

ア８

２－５２－４Ｔ２１

Ｊ１Ｊ２

Ｊ３

Ｊ４Ｊ５Ｊ６

Ｊ７

Ｊ８Ｊ９

Ｊ１０

Ｊ１１

Ｊ１２

Ｊ１３

Ｊ１４

Ｊ１５

Ｊ１６

Ｊ１７

Ｊ１８

Ｊ１９

Ｊ２０

Ｅ１Ｅ２

Ｅ３Ｅ４Ｅ５

Ｅ６

Ｅ７

Ｅ８

Ｅ９

Ｅ１０

Ｅ１１

Ｅ１２

Ｅ１３

神戸三宮地下街における地下街歩行者通りでのシームレス測位の社会実験（１）

三宮地下街における IMESの配置図


三ノ宮地下街における３次元道案内の概略図

実験の主目的:

- 身体障害者等の高深度地下街における３次元道案内 - IMESによる３次元道案内で無事に目的場所に到達できた。

ユーザーの要望による、インテリジェントルートガイダンス

車椅子/ベビーカー

歩行者

行き先


神戸三ノ宮におけるIMESの設置例

IMES送信機

IMES送信機


神戸三ノ宮地下街においてIMESによる誘導で携帯電話画面に正確に位置を表示

屋外では自動的にGPS衛星からの信号で測位を行う。

地下街におけるルート案内でIMESは、その精度の安定度と機能有効性を証明した


１F

新丸の内ビル内に設置したIMES送信機の場所

①

②

東京駅地下街でのシームレス測位実験の例（１）

① 丸ビルの外部からスタートした。携帯電話は高層ビル街の谷間をGPSモードでスタートし、ビル内に入りIMESにスムーズに切り替わる実験を行った。

携帯電話端末からみた上空視界


１F

新丸の内ビル内に設置したIMES送信機の場所

①

②

IMES inside

東京駅地下街におけるシームレス測位実験の例（２）

②レストラン近くで実際の位置関係をマップ上で確認した。

- 携帯電話はＩＭＥＳモードを示し正確な位置を地図上に表示した。 - この実験では高深度屋内において正しく目的地に誘導できた。


受信距離と電波の減衰量の関係 (屋内外での結果比較)

屋外

屋内

２０ｄB

２５ｄB

伝播減衰量(d

B

)

距離 (m)

備考：シールドルームでの計測値


結論

ＩＭＥＳはＧＰＳでシームレス測位を実現する画期的な新技術

屋外 – ＧＮＳＳ測位がどの方式よりも優れている

– 浅い屋内 – 現在は高感度受信機・アシストＧＰＳ等

– 高深度屋内 – ＩＭＥＳが絶対的に有利

（近未来は中程度の高感度受信機＋ＩＭＥＳの組み合わせがベスト）

ＩＭＥＳはＧＰＳのみならずグロナス・ガリレオ・コンパス等のすべての衛星航法システムの受信機で実現可能

– ＧＮＳＳの基本仕様により実現

– 他の全てのＧＮＳＳ信号と互換性を持っている

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