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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
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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
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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
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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
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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!
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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
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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
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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
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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 -
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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
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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
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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
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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
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IMES 開発計画
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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
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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.
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IMES開発の歴史
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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=スナップ 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
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IMESのアイデアのプロセス
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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→IMES IMESは究極のシームレス測位技術
2007年
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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)
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GPS シグナルジェネレータ
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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
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4チャンネルGPS信号発生器
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2007
Ver.3.0
2006
Ver.2.0
2005
Ver.1.0
2008
Ver.4.0
2012
LSI
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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
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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)
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IMES セットアップソフトウエア
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IMES セットアップソフト (拡大図)
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IMESセットアップソフト (拡大図)
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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
ベクターデータ
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
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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
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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
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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
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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
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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
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IMESの実証実験
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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
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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
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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
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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)
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E
E8
E 地上
8-1
T1
T2
T3 T4
T5
T6 T7
T8
T9
T10 T11
T12
T13
T14
T15 T16 T17 T18
T19
T20
ア1
ア2
ア4
ア6
ア8
2-5 2-4 T21
J1 J2
J3
J4 J5 J6
J7
J8 J9
J10
J11
J12
J13
J14
J15
J16
J17
J18
J19
J20
E1 E2
E3 E4 E5
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
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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
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神戸三ノ宮におけるIMESの設置例
IMES送信機
IMES送信機
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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
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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
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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。
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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
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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