GNSSメタ信号とHO-BOC信号の測位性能の限界

Positioning Performance Limits of GNSS Meta-Signals and HO-BOC Signals.

• Lorenzo Ortega
• Daniel Medina
• Jordi Vilà-Valls
• François Vincent
• Eric Chaumette

抄録

全地球航法衛星システム（GNSS）は、位置、航法、タイミング（PNT）情報の主要な供給源であり、次世代のインテリジェント交通システムや安全性が要求されるアプリケーションにおいて重要な役割を果たすことになるが、厳しい性能要件を満たすためには、いくつかの制限を克服する必要がある。未解決の課題の1つは、過酷な伝搬環境において正確なPNTソリューションをどのように提供するかということである。公称条件の下では、前者は典型的には、精密な測位技術を介してキャリアの位相情報を利用することによって達成されるが、これらの方法は、位相観測値の品質に非常に敏感である。科学界で関心を集めているもう一つの選択肢は、より良いベースバンド分解能を得ることができる大帯域幅の信号を使用することであり、その結果、より正確なコードベースの観測値を得ることができます。2つのオプションが考えられます。(i)高次バイナリオフセットキャリア(HO-BOC)変調、または(ii)GNSSメタ信号の概念である。本論文では、このような信号の時間遅延と位相最尤（ML）推定性能の限界を、位置領域への性能変換とともに評価し、文献では重要な欠落点である単点測位（SPP）とRTKソリューションを考慮する。推定器の動作、対応するML閾値領域、衛星コンステレーションの形状の良し悪しの影響、そして過酷な条件の下で正確な解を導く可能性のある最良の候補についての最終的な結論について、包括的な議論が提供される。受信機が受信帯域幅によって制約を受ける場合、最良の選択はL1-MまたはE6-Public Regulated Service (PRS)信号であることが判明した。受信機が60MHzで動作できる場合は、全帯域幅のガリレオE5信号を利用することをお勧めします。ロバスト性と性能の面では、135MHzで動作する場合は、使用する測位方法、衛星コンステレーションの形状、伝搬条件に関係なく、総合的に最高の性能を発揮するGNSSメタ信号E5 + E6またはB2 + B3を使用するのが最良の選択です。

Global Navigation Satellite Systems (GNSS) are the main source of position, navigation, and timing (PNT) information and will be a key player in the next-generation intelligent transportation systems and safety-critical applications, but several limitations need to be overcome to meet the stringent performance requirements. One of the open issues is how to provide precise PNT solutions in harsh propagation environments. Under nominal conditions, the former is typically achieved by exploiting carrier phase information through precise positioning techniques, but these methods are very sensitive to the quality of phase observables. Another option that is gaining interest in the scientific community is the use of large bandwidth signals, which allow obtaining a better baseband resolution, and therefore more precise code-based observables. Two options may be considered: (i) high-order binary offset carrier (HO-BOC) modulations or (ii) the concept of GNSS meta-signals. In this contribution, we assess the time-delay and phase maximum likelihood (ML) estimation performance limits of such signals, together with the performance translation into the position domain, considering single point positioning (SPP) and RTK solutions, being an important missing point in the literature. A comprehensive discussion is provided on the estimators' behavior, the corresponding ML threshold regions, the impact of good and bad satellite constellation geometries, and final conclusions on the best candidates, which may lead to precise solutions under harsh conditions. It is found that if the receiver is constrained by the receiver bandwidth, the best choices are the L1-M or E6-Public Regulated Service (PRS) signals. If the receiver is able to operate at 60 MHz, it is recommended to exploit the full-bandwidth Galileo E5 signal. In terms of robustness and performance, if the receiver can operate at 135 MHz, the best choice is to use the GNSS meta-signals E5 + E6 or B2 + B3, which provide the best overall performances regardless of the positioning method used, the satellite constellation geometry, or the propagation conditions.