INS vs GNSSの方位角測定精度

GNSSコンパスで真北を捉える

GNSSコンパスとINSによる方位角推定の比較


図1　GNSSコンパスは，INSと比較して同等の方位角精度をもちながら，真北基準の出力が可能．これは，GNSS由来の基線ベクトルに絶対的な意味があることを意味し，航法精度や地図基準の整合性を大きく向上させる．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．［提供・著］樋田啓詳細:自動運転＆SLAMロボット開発要点100【セッション5】cm測位「キネマティックGNSS」の始め方

図1　GNSSコンパスは，INSと比較して同等の方位角精度をもちながら，真北基準の出力が可能．これは，GNSS由来の基線ベクトルに絶対的な意味があることを意味し，航法精度や地図基準の整合性を大きく向上させる．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．［提供・著］樋田啓
詳細:自動運転＆SLAMロボット開発要点100【セッション5】cm測位「キネマティックGNSS」の始め方

GNSSコンパスは，2つのGNSSアンテナ間の基線ベクトルから，機体の方位角を高精度で推定するシステムです．対してINS（慣性航法装置）は，加速度センサやジャイロスコープから得たデータを基に姿勢を計算する方式です．実際の飛行において，これら2つの方式の方位角出力を比較する実験が行われました．

飛行中，両者の測定結果はおおむね一致しており，平均的な差は約0.4°です．標準偏差は0.08°と非常に小さく，GNSSコンパスの方位角出力の安定性と高精度が示されました．着陸滑走時にINSの出力にやや大きなずれが見られましたが，これは機体の振動による影響と考えられます．

INSによる方位角推定では，初期方向を真北に合わせるためのオフセット調整が必要です．これは，INS単体では地球の自転を直接観測できず，絶対的な方位の基準が得られないためです．特にMEMSジャイロでは精度の制約があり，真北の把握は困難です．

一方で，GNSSコンパスは衛星信号に基づいて方位角を算出するため，絶対的な北方向を直接捉えることができます．このため，オフセットの補正なしに真北基準の方位角を取得できます．これは，航法や制御アルゴリズムの設計上，大きな利点になります．

GNSSコンパスは，INSと比較して同等の方位角精度をもちながら，真北基準の出力が可能です．これは，GNSS由来の基線ベクトルに絶対的な意味があることを意味し，航法精度や地図基準の整合性を大きく向上させます．

GNSSコンパスとINSの比較は，方位角推定精度だけならず，地球基準での整合性や運用上の単純化にも影響を与えます．

GNSSコンパスにおける最大の特徴は，絶対的な真北を基準とした方位角を直接得られる点です．従来のINS方式では，機体初期状態の向きを基準とするため，絶対的な北方向を捉えるには補正が必要です．GNSSコンパスは，地球上の複数衛星との位相差を利用し，2つのアンテナ間の基線ベクトルから方位を算出します．

この手法では，地球の回転や局所磁場の影響を受けることなく，安定した北方向を得ることが可能です．これにより，地理的な方向性に整合したデータが得られ，マッピングや地図座標系との統合が容易になります．

一般的なINSでは，MEMSジャイロを用いて回転角速度を測定します．しかしMEMSジャイロは，地球の自転速度である15°/hを高精度に観測することが難しく，時間とともに誤差が蓄積します．結果として，INS単体では真北の方向を判断することが困難になります．

GNSSコンパスは，測定値の初期補正を必要とせず，観測した衛星位置に基づく基線ベクトルを基準として，即座に真北方向を算出できます．この特性により，長時間の連続観測でもドリフトが発生しにくく，高精度な方位情報が維持されます．

GNSSコンパスは，INSと異なり絶対的な北方向を測定可能であるという点で，航法機器として非常に有効です．方位精度の高さに加え，地理的基準との直接的な整合性を保つ機能が，飛行体やロボティクスへの応用において特に重要です．

GNSSコンパスの真北基準出力は，INSと比較して地理座標との統合やデータ解釈において優位性をもちます．

〈著:ZEPマガジン〉