◆ はじめに ◆ 2009年2月
今回は、私が使っておりますTrimble社 の業務機用 GPS受信機について紹介いたします。(2009年2月～使用開始)
パソコンで ThunderBoit Monitor を使う（説明へ）・・ジャンプ ←クリック一発
５～６年前から、このGPS受信機（中古）は出回っておりますね。
これは中国の携帯電話基地局機器交換（リプレース）品が大量に放出されたためと、うわさされておりますが！？
この受信機は、GPS衛星に搭載された、セシウム原子時計に同期した10MHz が出力されており、これに依存して
アマチュア無線局の周波数高精度安定化を実現してる方がたくさんおりますね。
ネット上でも、HPやBlogにたくさんの紹介記事があります。
私も、友人にお願いして一台わけていただきました。（2009年2月）
これにより、HAMライフは一変しWSJTの運用が高精度で安定的に出来るようになるなど、技術的な用途が広がりました。
現在は、WSJTの２４時間連続運用で、電波伝播の解析には無くてはならないものとなっています。
栃木はカミナリが多く、壊れやしないかとビクビクしながらAC電源にアレスターを入れるなどして、大切に使っております。
【GPS受信機の入手は、ネットで即決約３万円です】
（GPS受信機＝ＧＰＳ受信部モジュールのみですが）
ネットオークション eBay-USA ←クリック一発
eBay の日本向け公認サービス ←クリック一発
（代理輸入ですから手数料が加算されます）
それでは、写真を中心に紹介いたします。（２００９／２使用開始）
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◆ 外 観 ◆
【１】ケースは、DVDドライブのケースを転活用！
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Front View フロントパネルに電源SWとFAN－SWを追加しました。 カミナリ（誘導雷サージ）対策です。 パネル周辺に、隙間（すきま）がありますが・・・、 ここから外気が導入され、後ろのFANに流れます。 冷却効果がいいです。 ★グッドデザインマークはパロディーです。 |
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Rear View |
【２】Front Panel
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GPSユニットのコネクタ類をそのままパネルに出すことで コネクタ類がケース内部で無駄になならずに・・・・・・・ この点でも・・・コンパクトでスマートな仕上がりです。 電源SWは、リアパネルにありますが、発雷時の取り扱いを 簡便にするため、フロントにも追加しました。 |
【３】Rear Panel
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リアパネルのFANが使えます。大きな加工はありません。 なお、FANは静音化のため、１２V用を半分の６Vで駆動 してます。（このFANは、5Vでは回りません！） 電源に余裕がありましたので、外部ディスプレー用１２Vを 引き出しました。（赤黒線・・・電源SW連動） |
◆ 内 部 配 置 ◆
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左側（フロント）がThunderBolt-Module です。 右側（リア）がDC電源です。 中央部の基板は、FAN用DC６V定電圧制御部です。 パイロットランプ（LED）の点灯も兼ねてます。 余裕のある電源が搭載でき、内部蓄熱も小さくFBです。 この状態で、２４時間３５６日連続使用しております。 アッ、発雷時は電源OFFにします。 |
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◆ Module Top View 写真の右側上部にある黒いコネクタに電源供給します。 コネクタのピン配列は後部側が ＃1pin で 手前が＃6pin です。 Pin MAX電流値 ＃1 ＋12V 750mA ＃2 ・・・・・・・・▼ GND ＃3 ・・・・・・・・・・・・NC ＃4 ＋ 5V 400mA ＃5 ・・・・・・・・▼GND ＃6 －12V 10mA |
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◆ Module Bottom View これを、程良いスペースを残して正面部に収納します。 本体の外寸は、約 105(W)×130(D)×30(H) [ mm ] です。 左右の取り付け用「 ツバ 」の部分まで入れると 126(W) [ mm ]。 |
◆ 代用ケースについて
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Hint ! 類似のDVDドライブ(中古品)・・・ハードオフ店で求む |
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ケース（アルミ引抜）、FAN、電源コード、電源SW、 PL（LED）は使います。 中身は、廃棄OKです。 |
◆ 雷害対策 ・・・ AC１００V電源よりの誘導雷サージ電流の阻止
↓ 主な仕様
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● 製品名 雷防護アダプタ 「サンダーカットA-2」 |
◆ 設 備 構 成 ◆
【１】 ICOM 社の IC-910D ２台に使用しております。
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・ １２００MHｚ帯ＳＳＢ源発信のＴＣＸＯを外し、ＰＬＬ化を 行いました。 ・ ＧＰＳからの10MHzは、このPLL回路に注入しております。 |
【２】ThunderBolt-Module の状態監視（モニタ）
◆ モニタの方法・・・・・・２つの方法があります。
①・・・専用の液晶表示器（LCD）よる表示
PCを接続しなくとも、GPS受信機の状態監視や移動先など新たな場所でも使えます。
P I C（16F648A）を使ったLCD表示器です。これが、ケースに収まれば良いのですが・・・我慢です。
②・・・パソコンソフトによる表示( 画面説明はここ )
Trimble 社より専用のGUIを持ったプログラムが提供されてます「 Tboltmon.exe です。
Tboltmon.exe（ダウンロード） ←クリック
このソフトは、モニター以外にGPS受信機設定ユーティリティ・ソフトとして使えます。
.exeファイルを、適当なフォルダーにコピーしてからアイコンをデスクトップに出しておくと便利です。
コピーすれば良く、インストールは不要です。
Windows パソコン のシリアル (RS-232C) 端子または USB－RS-232C 変換器を使ってUSB端子と接続します。
Pint ! ①、②、ともGPS－Unit とは、D-Sub 9pinストレートケーブルで接続 します。
【３】GPS－Unit のシリアル (RS-232C)をSWで切り替え使用
Pint ! 上述のどちらも使いたい欲求が出てきます！
こんな時は、市販の RS-232C Switch が便利です。 ハードオフ店で200円程度です。 (新品は３K円以上)
この切り替えは、D-Sub 9pin の ・・・・・ ＃２pin、（TxD）共通ラインとして接続します。
※＃３pin、（RxD）Switchで切り替え
＃５pin、（Ground）アース
他のPin、（not Used）無接続
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上の＃３だけ切り替えれば済みます・・・・・が 小物SWの入手など、田舎では、ままならず結局・・・・・ 左の写真のような RS-232C Switch を使いました。 |
◆ 液晶表示器（LCD Display） ◆
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Hint ! このLCDはバックライト無しです。 そこで鏡を敷き、室内灯の反射光を液晶面に当てて見易 くしています。 ◆ 10MHz 出力分配 ◆ ・10MHz 出力分配は、TV用分配器を入れようかと思いまし たが出力が、12.5 [ dBm ]と、十分あるので・・・・ T型BNCで２分配しました。（左の写真参照） ・IC-910Dの相互干渉も無く、★Good ! です。 |
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追記：5.6GHzトランスバーター（Transverter）への供給の ためにTV用スプリッター（Splitter）を採用しました。 (2012／11) （注意）これは、DCパス仕様です。 分配先の機器によっては、DCカットが必要ですね。 |
◆ GPS受信アンテナの設置（固定） ◆
Point！
GPS-ANTの設置は、出来るだけ地上高が高く、電波的障害物の無いクリアな空間位置に設置します。
GPS受信機の動作がおかしいと・・・・・困っている方のほとんどが、障害物に囲まれたベランダ、窓際などに
設置しています。（これではダメです）
車載用アンテナだからこれで良いと誤解しています。
固定アンテナですから、移動する車の屋根とは条件が異なります。電波が遮られていれば、受信できないのは
当然ですね。
★GPS衛星は最低４機は見える必要がありますが・・・
実際は７～８機は見えたほうが、より精度が上がります。
GPS衛星は常時6機以上が同時に見えるように計算された軌道を飛翔しています。
また事例のGPS受信機は、通常の無線機とは異なり電源ON直後から正常動作まで１５分～数時間掛かる
のが普通です。
「衛星捕捉→高度な演算→位置決定→OCXO制御」 など一連の処理に時間を必要とします。
ですからクイックスタートは出来ません。
★後段で説明の【Thunderbolt Monitor】を使って・・
[Setup]－[Position]からおおよその値を入れて・・・・
[Set Approximate Position]をクリックすれば・・・・・・
自分のGPS-ANT位置の[survey] が速くできます。
それに、この事例のThunderBolt-Moduleは、常時電源ONで２４時間３６５日使用出来る「スッペック」です。
温度上昇は、体温程度ですから、電源を入れっぱなしでも安心して連続使用ができます。
（私は既にANTを含めて、３年間以上入れっぱなしです）
詳細は、この記事後段でクリックすれば英文マニュアルPDF取説が読めますので、ご参考にしてくだい。
読んでから、必要ならダウンロードも出来ます。
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車載用＋5V 系アクティブ GPS 受信アンテナ （同軸長５ｍ）市販品です。 |
◆ GPS アンテナ設置事例です ◆
設置場所は、下の「GSP衛星の軌道グラフ」を参考に南側の軒先にステンレス落とし蓋（百均店）を
水平より約２０度前傾して取付け、これに、GPSアンテナを接着剤で貼付けました。
屋外 GPS アンテナ は、カーナビ用品（市販品）です。 すでに３年以上、ノーメンテナンスで動いています。
＋5V 系アクティブ GPS アンテナで、底にマグネットが付いています（GPS-UnitのANT端子から＋5V 45 mA供給出来ます）
ANT付属の同軸ケーブル1.5D-2Vは長さが 5m で、シャックまで足りませんでした。
不足分は、BSパラボラ用同軸ケーブルを、コネクター無しで直接半田付けでつないであります。（無茶ですが！良好です）
インピーダンスのアンマッチングは度外視です。
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私のGPS受信用アンテナの地上高は、5.4 m です。 アンテナの標高は、160 m + 5.4 m = 165.4 m です。 これで、ほぼ全部のGPS衛星が捕捉できます。★Good ! （ ジオイド高については、この記事の後段参照 ） |
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「車用外部アンテナ」ですので、防水はしてません。 白色塗装をしました（太陽直射熱対策？・・・気休めです） ◆ GPS-ANT(Antenna)が故障し、取り替えました。 ←クリック Thunderbolt社GPS受信機に繋いで．．．．． ５年以上も使っていましたが・・（24時間電源ＯＮのまま） |
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GSP衛星の軌道 User Guide Version 5.0より引用 グラフはドイツのハンブルク Lat 53.5N Lng 10.0E [deg] |
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Hint ! GPS-ANTを「ベランダに取り付け」・・・では 多くの方が受信に失敗しております。 屋根の、雨樋の上にアルミ板をおいて設置すると良い 結果が得られる・・・そうです。是非お試し下さい。 【GPS用ナブスター衛星（NAVSTAR）】とは・・・ GPS用の各衛星は高度20,200km軌道傾斜角55度 周期12時間の準同期軌道上にあります。 各衛星は昇交点経度が60度おきとなる、6種類の 軌道面ごとに4機が配置され、合計24機で基本となる GPS衛星システムが構成されています。 ◆GPS衛星からの送信電波 （民間利用） ① L１ 帯 （1575.420 MHz） 480 [W] EIRP ② L2 帯 （1227.600 MHz） 81 [W] EIRP |
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【 GPS にまつわる誤解 】
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◆よく言われる以下の言説は、すべて誤解です。
① GPS衛星はGPS受信機（カーナビ等）に直接その座標値(x, y, z）を送っている。
② GPS衛星がカーナビのルートを作成している。
③ GPS衛星はGPS受信機の位置を逆探知できる。
④ GPS衛星とGPS受信機が相互に通信をしている。
⑤ GPS情報によって方位も決定している。
正しくは、GPS衛星は宇宙空間に向けて基本的に時報と自衛星の天体暦（軌道）情報を発しているだけです。
一方、GPS受信機はそれらを受信することで、そのGPS受信機の現在位置を計算するだけです。
また、ジャイロ機構や方位コンパス等を使用していない場合、静止している受信機器の向いている方位を知る
ことはできません。
GPS受信機は、外部に電波を発する送信機を有していないため、位置情報をGPS衛星に通知するのは原理上
そもそも不可能です。
つまり、GPS受信機は受信するだけ、GPS衛星は送信するだけなのですね。
※ 詳しくは下の資料が分かり易いです ※
◆ GPSの基礎・・・（参考文献 PDF） ←クリック一発
（GPSの基礎 - 東京工業大学 松永研究室）
◆パソコンで ThunderBolt Monitor を使う◆
【Thunderbolt Monitor】によるのGPS衛星の状態確認
下記の６段階に分けて、ホットスタートによる画像を掲載します。
なお、下記は、私の ThunderBolt による事例です。
あくまでも、「参考事例」として、ご覧ください。
（注）
◆ ホットスタート（ウォームスタート）
以前に取得したGPS衛星情報を保存して持っている状態。
なお、GPS ANTのPositionも記憶されている状態です。
◆ コールドスタート
上記の情報を持ってない状態。
手入力で、 GPS ANTのPosition の概略値を入力すれば計算が速く進行します。
※緯度（Latitude）、経度（Longitude）、標高（Altitude）
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【１】 画面＃１【Thunderbolt Monitor】立ち上げ直後です。
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パソコン画面に表示されたモニター画面 |
【２】 画面＃２（GPS受信機電源ON直後、ホットスタート）
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パソコンとGPS受信機がRS232Cで交信開始 の直後です。 画面の左下、Tx、Rx が交互に点滅します。 |
【３】 画面＃３ （衛星を捕捉し計算途中）
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GPS受信機が衛星を捕捉しはじめ、それに基づき 自身の位置計算を開始した状況です。 （正確な三次元位置X,Y,Z,） （自身の位置：正確にはGPS受信アンテナの位置） |
【４】 画面＃４ （計算も進捗し一応ロック状態になった）
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計算も進み、OCXOのフィードバック（feedback）に 入った状態。 |
【５】 画面＃５ （進捗率９９％、使用可能状態）
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各設定が完了し、アルマナック（Almanac）未完 状態（黄色）です。 ３１基だったか？全GPS衛星の軌道情報（概略暦） 収集が出来ていない状態です。 衛星を捕らえてから10分～15分ほどでグリーンに なります。 ★GPS衛星は最低４機は見える必要がありますが 実際は７～８機は見えたほうが、より精度が上がり ます。 |
GPS衛星は、搭載したセシウムまたはルビジウムの高精度原子時計による時間情報と、約6日毎に更新される全衛星の
概略精度の天体暦（軌道情報のこと）（概略暦、almanacとも言う）と約90分毎に更新される衛星自身の天体暦を含むデータを
18秒の信号に乗せて30秒周期で1.2GHz/1.5GHz帯によって送信しているそうです。
利用者は、この信号を受信することにより、複数の衛星からの情報を元に、高度な演算によって受信地点の正確な三次元
位置が得られるそうです。
Altitude （GPS標高）＝ アンテナ標高 ＋ ジオイド(Geoid)高
上の画像左側中ほどに Altitude の項目がありますが・・・・・
私のＱＴＨは、地面の高さが・・・標高160.0m です。
よってGPS受信アンテナの標高は、160m+5.4m=165.4mです。
この標高に「ジオイド高42.3m」を加えたのが207.7 m となります。
（ 160.0m ＋ 5.4m ＋ 42.3m ＝ 207.7m ）
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【 標高 と ジオイド（Geoid）高 】
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◆地球は、完全な「球体」ではない◆
地球上の、ある地点の位置を正確に表すためには・・・・ 地面の高さを表す「標高」も必要なパラメータです。
標高を測定する作業を水準測量といい・・・・・・・・・・・・・・ 基準面からの鉛直距離を標高といいます。
ＧＰＳの場合の基準面は、ＷＧＳ‐８４を採用しています。
地球楕円体（準拠楕円体：reference ellipsoid）の表面からの高度が使われています。
これを楕円体高（ellipsoidal height）といいますが・・・
東京近辺では、【地面よりも約40ｍ高い値】となります。
楕円体高は理想的な形状の回転楕円体からの高さのことです。
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国土地理院 → ジオイド高を求めるには ＨＰの表示が不具合の時は、ホーム・トップに一度戻って から計算サイトに入り直してみてください。 事例のアンテナ位置では、下記値を入力してください。 36度41分9．28秒 ＝入力値→ 364109.2800 139度58分0．98秒 ＝入力値→ 1395800.9800 計算結果・・・・ジオイド高＝４２．２８３≒４２．３ ｍ |
国土地理院・・・ジオイドとは？ ←クリック一発
現在、測量やナビゲーションに利活用されているGPSでは幾何学的な位置（緯度、経度、楕円体高）を求めることができますが
標高を直接求めることはできません。
GPSを用いて標高を求めるには、「ジオイド高」が必要になります。
日本で採用している回転楕円体「GRS80楕円体」は、地球の形状重力の定数、角速度といった地球の物理学的な定数が定義
されており、地球に最もよく似た形を計算式で表現することができます。
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測地学テキスト ジオイド，高さ，楕円体高とは？ |
【６】 画面＃６（これで完了です）
アルマナック（Almanac）が完了し、すべて正常動作。
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（注）[Stored Position] が黄色で残った場合の対処 完全に GPS との同期が完了しても[Stored Position] と いうマイナーアラームが黄色で、残ることがあります。 ●この解消には [Setup]をクリックして[Self-survey] 画面を開き・・・次の設定をします。 [Self-Survey] = Enable、[Save Position Flag] = Save これで、[Self-Survey] の後に [Stored Position] され、 マイナーアラームが緑色になります。。 ●GPS-ANTを固定して使う場合は、上記設定をすると [Position] 項の緯度・経度・標高を記憶できます。 ●GPS受信用ANTを移設した時は・・・・・ [Control]-[Restart Self-Survey] を実行すれば、 ANTの新しい位置情報が自動設定されます。 |
＊＊＊＊＊＊＊＊ 困ったときは ＊＊＊＊＊＊＊＊
★不具合が直らないときは・・・
最終手段は「ファクトリー・リセット」で工場出荷時状態に初期化 した方が早いかも知れません。
【メニューの 「 Control 」→「 Factory Reset 」 です】
個別設定したパラメータは消えますが、問題ないと思います。唯一、UTCに設定するくらいで、Default でOKのはずです。
★GPS ANTのPositionについては、１２分以内に設定された情報をメモしておき、後でINPUTすればイイと思います。
10MHｚの精度は ± 0.0X PPB の中に入っていれば問題ありません。
★温度表示は、【基板の温度】であり、OCXOの温度ではないようです。
しかし、OCXOの温まり具合の熱伝導はあるかと思います。
（参考）
「うるう秒」（leap second）平成２４年７月１日に挿入
日本の標準時を管理する独立行政法人、情報通信研究機構は・・・・・地球の自転速度に標準時刻を合わせるため・・・・・
平成２４年７月１日に１秒の「うるう秒」を挿入すると発表した。平成２１年１月１日以来、３年半ぶり。
国際機関の決定に基づき、世界で一斉に実施。
日本では・・・・平成２４年７月１日 午前８時５９分５９秒と午前９時の間に「午前８時５９分６０秒」を入れ、１日を１秒長くする。
電波時計などに時刻情報を提供する標準電波などを通じて修正する。
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◆ そして何もなかったかのように7月1日9時0分0秒を迎えた。
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平成 27 年 ７月 １日に 「うるう秒」 挿入を実施！
……………………………………………………………………………………………
情報通信研究機構（NICT）電磁波計測研究所時空標準研究室日本標準時グループは
平成27年７月１日に「うるう秒」調整を実施すると発表しています。
今回の「うるう秒」調整に当たり、平成27年（2015年）７月１日（水）
午前8時59分59秒と午前9時00分00秒の間に 「8時59分60秒」 が挿入されます。
「うるう秒」調整は国際機関のIERS
（International Earth Rotation and Reference Systems Service＝
国際地球回転事業）によって決定、各国の関連機関等に通知され、
今回の決定はIERSにより2015年１月５日付けで公表されています。
日本での「うるう秒」調整は、このIERSの通知に基づき官報告示され
正式に実施の運びとなるもので今回で26回目。
先の平成24年（2012年）７月１日以来３年ぶりとなります。
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今回の「うるう秒」実施に当たり、平成27年（2015年）７月１日（水）
午前8時59分59秒と午前9時00分00秒の間に「8時59分60秒」が挿入されます。
当日は電波時計に利用されている標準電波局JJYが発射する電波にも、
「うるう秒」の予告コードが付加され、同日午前８時59分59秒のタイムコード送出の後
午前8時59分60秒のタイムコードが送出されることになりますが・・・
市販されている一般の電波時計やパソコン内部時計などは、常に電波を受信しながら表示
しているのではなく、 主に深夜の時間帯にJJYのタイムコードによる時刻校正をおこない、
通常は自立型のクオーツ時計として自走しているタイプがほとんどで、「8時59分60秒」の表示
には即時対応してません。
また同日9時00分00秒以後、電波時計がタイムコードを受信するまでの間、表示時刻は
１秒違いで表示となります。
もし「うるう秒」の後の、電波時計の１秒の違いが気になる場合は、強制受信をして時刻校正を
おこなうとよいでしょう。
なお、国際電気通信連合（ITU）では、これまでも世界無線通信会議(WRC）において、「うるう秒」
の存廃に関する議題の協議が継続されており、本年（2015年）11月に開催のWRC-15においても
引き続きその存廃に関する議題（2015年世界無線通信会議(WRC-15) 議題1.14「世界協定時
（うるう秒挿入）の見直しに関する議題」）が上程されています。
◆ 関係サイト・・・↓ クリック一発
【NICT電磁波計測研究所時空標準研究室日本標準時グループの発表】
http://jjy.nict.go.jp/QandA/data/leapsec.html
【国際地球回転事業（IERS）のWebサイト】
http://www.iers.org/IERS/EN/Home/home_node.html
【IERS Bulletin C (leap second announcements) 、05 January 2015】
http://datacenter.iers.org/web/guest/eop/-/somos/5Rgv/latest/16
【総務省の発表（１月16日付け）】
http://www.soumu.go.jp/menu_news/s-news/02tsushin03_03000140.html
－－－－－－－－－－－－－－－－＜＜参考＞＞－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
◆ 閏年のお話です・・・・・
【注意】 閏秒と閏年（閏日）、さらに閏月は・・・全く関係のない現象です。
↓お馴染みの 「電波時計」 ・・・・・・閏年の補正は非対応ですが・・・
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手動修正方法は次の通りです。 この時計は、電波時計です。（先刻承知ね） 周波数は40KHz（JJY福島局）の電波でも、時刻は 正確に表示されます。 ただ、２月２９日の翌日が３月２日と1日進んで表示 されてしまいます・・・・１日進んだままです。 手 動 補 正 １．裏蓋を開ける ２．ＲＥＳＥＴボタンを押す ３．裏蓋しめる ４．表面液晶表示が1995年で点滅中 （年は、手持ちの時計で違うかも） ５．左の「＋」ボタンで２０１２年に修正 ６．つぎに、右の「mode」ボタンを押す ７．電波受信状態になるので（ANTマークが点滅開始） ８．電波受信状態の良い場所に置く ９．２~３分後・・・正常な状態になります。★Good ! POINT ! 上記５．では「年」のみ修正します。 ※ 今の電波時計は・・・・このような事はありません。 |
◆ ダウンロード ◆
ユーザーガイドブック（PDF）
User Guide Version 5.0 ← クリック
取り扱いマニュアル（PDF）
Manual Version 3.0 ← クリック
概要カタログ（PDF）
ThunderBolt Catalog ← クリック
◆ リンク ◆
Trimble 社HPへリンク ←クリック
「各種GPS受信機の確度比較サイト ←クリック
GPS Locked and Unlocked Performance Comparison, v4
◆ 参考 ◆
GPS衛星とは・・・
★ 正式名称はナブスター (NAVSTAR) 衛星 ★
各衛星は高度20,200km、軌道傾斜角55度、周期12時間の準同期軌道上にあり、各衛星は昇交点経度が60度おきとなる
6種類の軌道面（PL-ANE A-F）毎に4機が配置されている合計24機で基本となる衛星コンステレーションを形成する。
2009年12月現在の運用数は31機であり、衛星が増えることで測定精度が向上する。
7機は基本となる衛星コンステレーション以外の軌道上にあり、これにより仮に複数の衛星が故障しても運用に支障がない
信頼性と有用性を確保している。
これらの軌道配置によって地上のどこからでも、さえぎるものがなければ同時に6機以上の衛星が視界に入る。
GPS衛星の設計寿命は7.5年であり、新旧交代を目的とした打ち上げが毎年のように行われている。
NAVSTARは、Navigation Satellites with Time and Ranging の頭文字から名付けられたもの。（Wikipediaから引用）
では・・・・この辺で・・・・〆
－eof－
【完】
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