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ISO活動 及びION GNSS+ 2019 参加報告

2020年3月一般財団法人 衛星測位利用推進センター（SPAC）

技術開発部長 浅里幸起

SPACセミナー FY2019 Web公開

社会を一新する４つの技術革新

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● 眼を持つ機械－カンブリア爆発

● 衛星測位によるヒルベルト空間化

● ５G移動通信サービスの開始

● 宇宙大航海時代の始まり

Moon

5億4200～3000万年前

Multi-camera

Smartphone

（Nokia)

Mars

社会空間に『ノルム』を定義・実装

高速大容量 / 多接続 / 低遅延

Society 5.0 — 社会の次元上昇

3

1D2D

3D

4D

4D+1D

狩猟社会

農耕社会

工業社会

情報社会

信用社会?

現在

過去記録

未来予測

● G空間・情報社会は、４次元めの時間軸の利用をめざした過去を記録し、未来を予測して成果は得たが、現在に拘束されている限界もみえた

● 情報のみならず、モノとヒトの自動移動が台頭

● ５次元めは信用軸 (trust) ?

超スマート社会の実現

Trust?

Time

Space

Surface

Direction

衛星測位技術を用いた問題解決

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●災害から命を守る ●世界的食料危機の解決

●交通と物流の自動化 ●拡張現実の産業応用

© 2019 国際航業株式会社

© 2019 NEXCO東日本CIM :

Construction Information Modeling

インドネシア “Feed the World” 政策

自動走行

MaaSMobility as a Service

ドローン

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拡大を続ける衛星測位の利用

欧州連合の統計によれば、世界の測位端末の総数は約70億台（2021年）、市場規模は、18兆円(2019年)から39兆円（2029年）に拡大すると予測。

参考文献： GSA GNSS Market Report Issue 6, 2019年10月

70億台

合計18兆円

合計39兆円

GNSS 世界市場の状況

6

欧州連合 GNSS Market Report (2017) によると、GNSS産業の日本のシェアは23%。国別では米国（29%）に次ぐ規模。 <2020年現在では要更新>

出典：European GNSS Agency (GSA), 上記, p.12

米国

日本

中国

韓国

ドイツ

フランス

英国

イタリア

29%

23%

5%

11%

7%

6%

5%

4%

2015

（注）* : GDP割合に応じて分配し筆者推算故に欧州の精度は高くないが傾向はつかめる。

*

*

*

*

7

金額ベースの内訳

道路交通 50%，LBS 43%，専門分野 6.6%の内訳である。専門分野には社会的に重要なものが多く含まれている。

出典 : GSA, GNSS Market Report, 2017

航空

海洋時刻

農業

測量・建設

鉄道

ドローン

道路交通

位置情報サービス

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移動通信分野でも進む衛星測位の業界標準化

4G

LTEEnhanced LTE

(eLTE)New Radio

(NR)

5G

5G/LTE 仕様は、3GPP で標準化が進められている。5G 技術には eLTE と NR があり、段階的に進化する。

2017 2018 2019 2020

Release 15

Release 16

Release 17

RTK, NRTK, PPP

PPP-RTK

・・・

Use Cases

Progressing

5G/LTE におけて精密測位が 2018-2019 年に規格化された。①RTK, ②NRTK, ③PPP, ④PPP-RTK が LPP プロトコルで利用できる。

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LPP測位：TOA, RTK, PPP，PPP-RTK

3GPP リリース14 2017年2月-

地上網の到達時間（TOA : Time Of Arrive）を活用し、隣接した基地局を利用した到達時間差を使用OTDOA : Observed Time Difference Of Arrival

3GPP リリース15 2018年5月-

RTK, Network RTK（VRS, FKP, MAC）, PPP

RTCM 10403.3 ベースQZSSも含む

3GPP リリース16 2019年2月-

PPP-RTK

欧州宇宙機関（ESA）, Ericson, u-blox, Mitsubishi

Discussion with Qualcomm, Nokia, Huawei, HiSilicon

LPP： LTE Positioning Protocol

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世界初の測位スマホは日本製－スミソニアン博物館

© 2012 Smithsonian

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宇宙大航海時代の幕開けを支える衛星測位（米国）

１．月面探査の意義

・火星へのゲートウェイの設置・月の未知領域探査（未開拓資源）

２．測位衛星の役割

・宇宙船の飛行誘導（メインローブは地上に向くため、地球外に漏れるサイドローブを利用）

３．国際協力の必要性

・各国測位衛星のサイドローブパターンの開示→利用可能性の正確な推定が可能

・宇宙船が利用可能な測位衛星数を増化→月付近での宇宙船の測位精度が200ｍ→100m以内に改善見込み

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低軌道を活用し通信・放送と統合（中国）

Ref: CHINA BeiDou Update ICG-14, 9 December 2019

BeiDouのIGSOとGEOの精密測位サービス領域

1.BeiDou測位と５Gとの融合①2020年内に51機体制でフルサービスを開始②5G/4G等地上ネットワークの情報と位置、ナビゲーション、時刻を融合させた応用

③シームレス測位への拡張を志向④高精度測位サービスはPPP＋電離層情報の放送でcm級を志向

２．交通、災害救助での利用実績①衛星測位端末搭載車両700万台の世界最大交通モニタシステム導入により重大事故・死亡・行方不明50％減少②災害救助車両45,000台超に端末搭載済政策

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補強型GNSSを標準装備する自動車規格（欧州）

欧州業界(CEN/CENELEC)による道路ITS基本モデル(2019) <出典：仏BNAE>

Harmonized

デジュール標準を軸にした国際標準化体制

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● ISO TC20/SC14/WG1 は Space-based service を推進している。衛星測位に関連する委員会・団体の関係は次のとおりである。

TC20SC14

TC211Geographic Information

TC204

ITSTC20

/SC13CCSDS

ECCSEN on ITS

● 日本が進める ISO GNSS 標準化のウェブサイトURL https://gnssforum.org

3GPP

RTCM

NMEA

TC20SC13

HarmonizedHarmonized

Harmonized

Cooperate

Input

ISO TC20

LiaisonCollabora

-tion

EN : European NormCCSDS : Consultative Committee

for Space Data SystemsECCS : European Cooperation

for Space Standardization

TC20SC14WG1

Resolution465

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衛星分野のGNSSに関するISO規格の構成

センチメータ級測位補強サービス (ISO 18197:2015)

衛星測位（PNT）サービス (新規提案)

ユーザ端末

測位補強システム

(ISO WD 24246)

GNSSデバイスコード(ISO NP 24245)

安全要求のある高精度衛星測位サービス (ISO CDV 22591)

測位衛星

測位衛星管制局

6 カ国

6 カ国 約500 システム 70億 台

位置情報交換フォーマット(新規提案)

新規提案CD, WD, NP

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ISO TC20/SC14におけるGNSS標準規格の制定

ISO TC20 航空機及び宇宙機 Aircraft and space vehicles （事務局：ANSI）SC14 宇宙システムと運用 Space systems and operations (事務局：ANSI)

WG1 Design engineering and production （コンビナー：JISC）国内審議団体：一般社団法人 日本航空宇宙工業会（SJAC：東京・赤坂）

準備段階

提案段階

作業段階

委員会

段階

制定段階

▼ ISO18197:2015

センチメータ級測位のサービス要件

▼ ISO WD 24246 測位補強センターの要件

▼ ISO NP 24245 GNSSデバイスコード（QBIC提案）

▼ 新提案 : 民生用衛星測位サービス <計画：2020-2024>

▼ 新提案 : 位置情報交換フォーマット（QBIC提案） <計画：2020-2024>

▼ISO CD 22591

衛星利用除雪支援システム（安全要求のある高精度測位サービス）

１年目 ２年目 ３年目

© 2019 NEXCO東日本

出典:qzss.gojp

宇宙システムの定義と Space Based Services

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TC211Geographic information

Space systems and operationsTC20/SC14

Spac

eA

ir, S

ea, L

and

TC20SC13

Combination standards

Collaboration

TC204

ITS

IEC TC80

Maritime

CEN/CENELECRTCA, RTCM3GPP, NMEA

Liaison LiaisonJointworking

Harmonization

● Space Systems の定義 － ISO TC20 Business Plan 2015

● Space Based Services の国際標準化 (GNSS関連分野)

Space systems are defined as Space segments, Ground

Segments and services (or applications).

ISO TC20 Business Plan 2015

https://www.iso.org/committee/46484.html

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Examples of Space Based Services

ISO/TC20/SC14/WG1 の討議からの Space Based Services のビジョン：

SDGs : Sustainable Development Goals

TC20/SC14

６：安全な水とトイレを世界中に７：エネルギーをみんなにそしてクリーンに８：働きがいも経済成長も９：産業と技術革新の基盤をつくろう

11：住み続けられるまちづくりを12：つくる責任つかう責任15：陸の豊かさを守ろう

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ISO/TC20/SC14/WG1 国際会議（2019年11月）

ISO TC20 航空機及び宇宙機 Aircraft and space vehicles （事務局：ANSI）SC14 宇宙システムと運用 Space systems and operations (事務局：ANSI)

WG1 Design engineering and production （コンビナー：JISC）

第52回会議，オランダ・ノールトウェイクにて日程：2019年11月12日(火)～14日(木)，会場：欧州宇宙技術研究センター（ESTEC）国内審議団体：一般社団法人 日本航空宇宙工業会（SJAC：東京・赤坂）

Joe Troutman（EnerSys, 米国）Stephen Hobbs（Cranfield University, 英国）Bernard Chamayou（Arian-group，フランス）Alexandre Broquet（Airbus, フランス）Marie-Noëlle Touzeau（BNAE, フランス）Grégoire Déprez（ESA, フランス）Wolfram Knorr（Airbus, ドイツ）Carsten Baur (ESA, ドイツ)

Daria Kuromanova（TSNIIMASH, ロシア）Alexandr Kharchenko（TSNIIMASH, ロシア）Wei Dang（CAS/CSU, 中国）Yaunyaun Tu（CAST，中国）Tian Baiyi (ISSE/CAST, 中国)

Jun Zhang (CASC, 中国)

Yao Zhao (CASC, 中国)

他日本から、永島(TMNF)、今泉,葛西(JAXA)、田中(NEC)、 吉岡, 吉河(MELCO)、浅里(SPAC)

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ISO WD 24246 「GNSS測位補強センターの要件」

題目

Space systems — Requirements for

Global Navigation Satellite System (GNSS)

positioning augmentation centres

全地球航法衛星システム(GNSS) 測位補強センターの要件

NP投票締切 2019年6月21日

投票状況

賛成米国，ロシア，ブラジル，フランス，イタリア，日本

６カ国

反対 なし ０カ国

棄権 その他の国（ドイツを含む） ７カ国

投票結果 採択

今後の対応 WD : Working Draft を作成（期限：2020年6月25日）

（注） NP : New Proposal

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GNSS測位補強センターの概要

GNSS測位補強センターに関するベースライン（基本線）を明示して技術普及の基礎とする。フレームワークを明示しながら企業活動を抑制する要因を避け、産業を振興する。

Referencenetwork

AugmentingPositioningaugmentation

center

Positioning Service

RTK

Satellite

Ranging SignalReceiving

AugmentationData Generation

AugmentationDatalink

PositioningService

Ground link

DGNSS/SBAS

Augmented GNSS Applications

GNSS

PPP-RTK

Network RTK

PPP 3GPP Rel. 8, 15, 16Mobile Comm.

Civil Avigation(WAAS, LAAS etc)

EN 16803ITS

ISO Maritime, Agriculture,

Surveying etc

NMEA 0183/2000Sentence

Post-processing

Re

al-T

ime

Pre

cis

e P

ositio

nin

g

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GNSS測位補強の標準メニュー案

Correction OSR : Observation Space Representation SSR : State Space Representation

OriginalMethod(Service)

① RTK- 疑似距離- 搬送波位相

at 基準点

③ PPP- 衛星軌道、衛星クロック- バイアス

EnhancedMethod(Service)

② Network RTK- 疑似距離- 搬送波位相

at 仮想の基準点

④ PPP-RTK- 衛星軌道、衛星クロック- 信号バイアス(コード、位相)- 電離層、対流圏

● Precise augmentation service (real-time)

● Geodetic service (post-processing)

Method DGNSS

Service ① OSR (e.g. GBAS, GDGPS, etc)- 疑似距離 at 基準点

② SSR (e.g. SBAS)- 軌道, クロック, バイアス, 電離層等

● Standard augmentation service (real-time)

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センチメータ級単独測位のしくみ

可視衛星数・配置

マルチパス誤差

Signal-in-space(SIS)

対流圏遅延補正

電離層遅延補正

衛星コードバイアス

衛星クロック補正

衛星軌道補正

電子基準点Signal-in-reference (SIR)

GNSS

QZS

高度11km～0km

高度 500km～80km

補強情報生成

測位受信機内で補正する誤差

衛星に依存する誤差

測位地点

大気圏に依存する誤差

衛星位相バイアス

準天頂衛星からISO19187:2015にある６つの補正情報を配信することにより，全国土において，センチメータ級測位ができる。

PPP-RTKの補正値

PPPの補正値

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RTK と PPPの関係

観測量を用いる RTK と 全ての誤差要因の状態量を用いる PPP は相互変換されうる（仮想基準点の原理）. 衛星 p と受信機 k に関する観測方程式は，

𝜌𝐶1,𝑘𝑝

= 𝑟𝑘𝑝+ 𝛿𝐼𝑘

𝑝+ 𝛿𝑇𝑘

𝑝+ 𝑐 𝛿𝑡𝑘 − 𝛿𝑡𝑝 + 𝛿𝑏𝐶1

𝑝+𝑚𝐶1,𝑘

𝑝+ e𝐶1,𝑘

𝑝

𝜌𝐶𝑠,𝑘𝑝

= 𝑟𝑘𝑝+𝑓𝐿12

𝑓𝐿𝑠2 𝛿𝐼𝑘

𝑝+ 𝛿𝑇𝑘

𝑝+ 𝑐 𝛿𝑡𝑘 − 𝛿𝑡𝑝 + 𝛿𝑏𝐶𝑠

𝑝+𝑚𝐶𝑠,𝑘

𝑝+e𝐶𝑠,𝑘

𝑝

𝜆𝐿𝑠𝜑𝐿𝑠,𝑘𝑝

= 𝑟𝑘𝑝−𝑓𝐿12

𝑓𝐿𝑠2 𝛿𝐼𝑘

𝑝+ 𝛿𝑇𝑘

𝑝+ 𝑐 𝛿𝑡𝑘 − 𝛿𝑡𝑝 + 𝛿𝛽𝐿𝑠

𝑝+ 𝑛𝐿𝑠,𝑘

𝑝+𝑚𝐿𝑠,𝑘

𝑝+ ε𝐿𝑠,𝑘

𝑝

● 疑似距離

● 搬送波位相 𝜑𝐿𝑖,𝑘𝑝

𝜌𝐿𝑖,𝑘𝑝

幾何学距離

𝜆𝐿1𝜑𝐿1,𝑘𝑝

= 𝑟𝑘𝑝− 𝛿𝐼𝑘

𝑝+ 𝛿𝑇𝑘

𝑝+ 𝑐 𝛿𝑡𝑘 − 𝛿𝑡𝑝 + 𝛿𝛽𝐿1

𝑝+ 𝑛𝐿1,𝑘

𝑝+𝑚𝐿1,𝑘

𝑝+ ε𝐿1,𝑘

𝑝

残差

残差

マルチパス誤差

コードバイアス

受信機クロック誤差

衛星クロック誤差

対流圏遅延補正

電離層遅延補正

位相バイアス

整数値バイアス

波長

RTK : Real-Time Kinematic PPP : Precise Point Positioning

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GNSS精密測位の説明－矛盾と誤解

● 何が基準なのか? ● 何を計っているのか? 出典：GPS.gov

27

衛星測位の説明（改良版）

既知点（位置の基準）

計測点

単独測位 : Point Positioning 相対測位： Relative Positioning

計測点

基準点（位置の基準）

基準点

測位衛星 測位衛星

● オーソライズされた座標系を用いること。（ITRS： ISO 19161-1:2020）● 座標系の「実現（realization）」が基準点である。● その基準点を用いた測位補強により座標系が上書きされる。

→ 主権をもった国が定める国家座標が運用できる。（地殻変動補正は必要）

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地殻変動補正

𝑋𝑁𝑌𝑁𝑍𝑁

=

𝑇𝑥𝑇𝑦𝑇𝑧

+ 1 + 𝑆𝑐

1 𝑅𝑧 −𝑅𝑦−𝑅𝑧 1 𝑅𝑥𝑅𝑦 −𝑅𝑥 1

𝑋𝐺𝑌𝐺𝑍𝐺

+

𝐷𝑥𝐷𝑦𝐷𝑧

回転 (+scaling)並進 歪み

米国 NATRF2022 etc新しい測位基準座標系

(Epoch: 2020.0)

© 2019 Aisan Technology Co. Ltd.© 2018 U.S. NOAA

日本の場合歪が支配的（Epoch：

2011.4 East Japan1997.0 West Japan

and Hokkaido）

例

© 2019

SPAC

● 国家座標を用いる場合、グローバル座標から地殻変動補正を行うこと。

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位置の品質管理(概要) ー TC211との調和化

● 精度（precision）と正確度（accuracy）の定義

● 測位結果に関する Accuracy の品質管理項目– 標準偏差 – 偏り – RMS誤差

● 位置基準の明確化基準点の管理

– 基準点の位置はどのように測られたかを公開– 基準点の位置を更新した計測日を公開

（基準点の位置を明示することはISO上は規定しない方向で調整）

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アジア太平洋地域の協力

● ASEANの要望タイ– 測位補強のメニューを明示してほしい– キャリブレーション方法を明示してほしい

● 大洋州からの参画豪州地球科学院（Geoscience Australia）の参画

● インドからの参画

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ISO NP 24245 「GNSSデバイスコード」

題目

Space systems —

Global Navigation Satellite System (GNSS) device codes

全地球航法衛星システム(GNSS) デバイスコード

NP投票締切 2019年6月21日

新規提案(NP)投票状況

賛成 米国，ロシア，ブラジル，日本 ４か国

反対 フランス, イタリア ２か国

棄権 その他の国（ドイツを含む） ７か国

投票結果賛成国数が規定を満たしたが、ブラジルのエキスパートが登録されていなかったため、未採択

今後の対応 再提案（2020年１月初めを予定）

（注） NP : New Proposal, PWI : Pre-Working Item

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デバイスコードの概要

T1

M1

P20C11

P16

C20 P26

C10

C20

Low-cost Devices

Messaging DevicesTiming Devices

M2

High-endDevices

GNSS device code

GPS

L5

GLONASS

GNSS

devices

User

問題点・課題：GNSSデバイスの仕様は、相当に多様で非常に複雑になっている。しかし、エンドユーザは、最も適切なデバイスを迅速に選択したい。そして、デバイス製作企業は、自社の製品の仕様を分厚いカタログや詳しいプレゼンテーションなしにアピールしたい。解決策 : 簡単にGNSSデバイスの種類を区別できる分かり易いGNSSデバイスコードを作る。

33

GNSSの信号構造に基づくデバイスの分類

5th band 2nd band 6th band 1st band

L-band

B3

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デバイスコードの体系

Device Classification Remark

M ： Messagingwith positionalinformation

M1 : One way messaging For Search and Rescue

M2 : Two way messaging

T ： Timing T1 : Single frequency timing

C ： Code-basedpositioning

C1 : Single frequencyranging

C10 : No augmentation Point positioning

C11 : 1st band augmentation Including DGNSS

C16 : 6th band augmentation ISO18197§5.4.1

C2 : Dual or multiple frequency ranging

C20 : No augmentation Dual-band point positioning

C25 : 5th band augmentation Correction for dual-band

C26 : 6th band augmentation ISO18197§5.4.1

P ：Phase-rangepositioning

P1 : Single frequencyranging

P10 : No L-band augmentation Including RTK or OSR

P16 : 6th band augmentation + Commercial service, SSR

P2 : Dual or multiple frequency ranging

P20 : No L-band augmentation Including RTK or OSR

P26 : 6th band augmentation + Commercial service, SSR

測位デバイスや端末の機能を簡潔に分かりやすく表現する分類コード体系

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「位置情報交換フォーマット」の国際規格化

GNSS

● 異なる機器やシステムが持っている位置情報をリアルタイムに交換。● 高精度衛星測位サービス利用推進協議会（QBIC）によって、平成28年度から調査・

研究が始まり、平成30年に規格作成に着手、令和元年に制定の見通しである。● 今後はISO国際標準化に移行。

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新提案「GNSS民生衛星測位サービス」国際規格

● GNSSに関する基礎的な定義が未成立。日本に不利にならない定義を確立したい。

● 例：GNSSそのものの定義。

定義１ 米国 『一つのGNSS』 定義２ 欧州・中国 『複数(4つ)のGNSS』

A Global Navigation Satellite System

of Systems

Global Navigation Satellite Systems

- Global Navigation Satellite Systems

（GNSS）GPS（米）, Galileo（欧）, BeiDou（中）,

GLONASS（露）

- Satellite Based Augmentation Systems

（SBAS）WAAS（米）, MSAS（日）, EGNOS（欧）,

GAGAN（印），SDCM（露）,

BDSBAS(中)，KASS（韓）,

Australian SBAS（豪）

- Regional Navigation Satellite Systems

（RNSS）QZSS（日），NavIC（印）, KPS（韓）

- Global constellations

GPS（米）, Galileo（欧）, BeiDou（中）,

GLONASS（露）

- Regional constellations

QZSS（日），NavIC（印）, KPS（韓）

- Satellite based augmentations

WAAS（米）, MSAS（日）, EGNOS（欧）,

GAGAN（印），SDCM（露）,

BDSBAS(中)，KASS（韓）,

Australian SBAS（豪）

日本に不利な定義

日本に不利な用語

本来は RNSS = Radio Navigation Satellite System (ITU)

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まとめ

● ISO/TC20/SC14では、「衛星利用」の観点からGNSS技術の標準化に取り組んでいます。

● 高精度測位に関して次のような案件の標準化を推進しています。- GNSS測位補強センター- 位置情報交換フォーマット 他

● 賛助会員及びQBICメンバーのご意見を反映したく募集しています。

● 今後とも関係機関と協力し、高精度衛星測位の利用を推進したくよろしくお願いいたします。

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略語集

3GPP 3rd Generation Partnership ProjectCCSDS Consultative Committee for Space Data SystemsCD Committee DraftDGNSS Differential GNSS ECSS European Cooperation for Space StandardizationEN European Norm ISO International Organization for StandardizationITRS International Terrestrial Reference SystemLTE Long Term EvolutionLPP LTE Positioning ProtocolNRTK Network RTK GNSS positioningOSR Observation Space RepresentationPPP Precise Point PositioningRTK Real-Time Kinematic GNSS positioningSC Sub-committeeSSR State Space RepresentationTC Technical CommitteeWD Working Draft