Claw GPS シミュレーター

シミュレーション例 4 ： 当日の衛星配置を正確に再現してシミュレーション

実際の衛星の配置を再現するためには、NASA のCCDISサイトから RINEX 形式の Ephemeris データをダウンロードして、Claw GPS シミュレーターにアップロードします

まずシミュレーション当日のブロードキャスト Ephemeris データをダウンロードします

正確に衛星の位置を再現するには、シミュレーション当日の Ephemeris データ(GPS衛星の軌道情報)を使います。 GPS 衛星は自ら軌道を変更することはまれですが、いくつかの外因による摂動が軌道を微妙に変化させるため、GPSでは地上から観測を行いGPS衛星に正確な軌道情報を送り、GPS衛星はそれをブロードキャストしています。 当日に GPS がブロードキャストした Ephemeris データは NASA のこちらのサイトからダウンロード出来ます。 また NASA 以外にも Ephemeris を配布しているサイトがあります。

https://cddis.nasa.gov/archive/gnss/data/daily/

NASA CCDIS にアカウントを持っていない場合は作ります。 ログインしたら；

まず、該当年のフォルダ(例： 2021)をクリックします。
該当日(通年日数)のフォルダをクリックします(例： 097 = 4月7日)。
該当年＋n のフォルダをクリックします(例： 2021 年は 21n )。 末尾の n は compressed RINEX broadcast ephemeris files であることを示します。

ディレクトリ名とファイル名は次のように構成されています：
YYYY/DDD/YYn/brdcDDD0.YYn.gz
(例： brdc0970.21n.gz )

末尾の gz は圧縮ファイルを意味します。

brdcファイルはその日のブロードキャストEphemeris (放送暦)を1つにまとめてあり、 merged GPS broadcast ephemeris file と呼ばれます。

ファイル名(例： brdc0970.21n.gz )をクリックすると圧縮ファイルがダウンロードされますので、それをLHAplusなどの圧縮解凍アプリで解凍するとRINEX形式のテキストファイル(例： brdc0970.21n)が得られます。 RINEX形式テキストファイルが得られたら「RINEX形式のEphemerisデータをCLAWにアップロード 」の手順に進んでください。

cURL や wget を使ってダウンロードすることもできます。 cURL を使う場合は、ログイン情報を与える必要がありますので、.netrc ファイルを作ります。 cURL の .netrc ファイルの内容は次の通りです：

  machine urs.earthdata.nasa.gov login <username> password <password>

Widows 10 の cURL を使いダウンロードしてみます：

C:\Users\michie\Documents>curl --netrc-file "C:\Users\michie\Documents\.netrc" -c .urs_cookies -b .urs_cookies -n 
-L "https://cddis.nasa.gov/archive/gnss/data/daily/2020/249/20n/brdc2490.20n.Z" -O

  % Total    % Received % Xferd  Average Speed   Time    Time     Time  Current

  Dload  Upload   Total   Spent    Left  Speed

  100   453  100   453    0     0    453      0  0:00:01  0:00:01 --:--:--   397

  100   277    0   277    0     0    138      0 --:--:--  0:00:02 --:--:--   454

  100   257  100   257    0     0    128      0  0:00:02  0:00:02 --:--:--   128

  0     0    0     0    0     0      0      0 --:--:--  0:00:02 --:--:--     0

  100 13599  100 13599    0     0   3399      0  0:00:04  0:00:04 --:--:-- 32225

ダウンロード出来ました。 ブラウザか cURL でダウンロードした圧縮ファイルを解凍するとRINEX形式のテキストファイルが得られます。 Windows では LHAplus などで解凍できます。 解凍されたファイルをテキストエディターで内容を確認すると次のようになっています：

     2              NAVIGATION DATA                         RINEX VERSION / TYPE
CCRINEXN V1.6.0 UX  CDDIS               27-AUG-20 08:26     PGM / RUN BY / DATE 
IGS BROADCAST EPHEMERIS FILE                                COMMENT             
    0.5588D-08  0.1490D-07 -0.5960D-07 -0.1192D-06          ION ALPHA           
    0.7782D+05  0.3277D+05 -0.6554D+05 -0.2621D+06          ION BETA            
   -0.931322574615D-09-0.621724893790D-14   589824     2120 DELTA-UTC: A0,A1,T,W
    18                                                      LEAP SECONDS        
                                                            END OF HEADER       
 1 20  8 27  0  0  0.0 0.354209914803D-04 0.113686837722D-11 0.000000000000D+00
    0.220000000000D+02-0.809687500000D+02 0.400088093847D-08 0.742520970762D+00
   -0.433437526226D-05 0.100816517370D-01 0.622496008873D-05 0.515370233345D+04
    0.345600000000D+06-0.147148966789D-06 0.144550500779D+01 0.745058059692D-07

RINEX形式のEphemerisデータをCLAWにアップロード

もし、SimConを実行中でしたら停止します。 SimConが接続していたCOMポートをSimNavで使うためです。SimCom を停止する前に、左上に表示されているCOMポート番号を記録しておきます (例： COM6)。

RINEX形式のファイルをClawにロードするには simnav コマンドを使います。 simnav コマンドは SimCon プログラムと一緒に C:\Program Files\Jackson Labs\SimCon ディレクトリにインストールされています。 Windows のコマンドプロンプトを開いて、simnav (32ビット Windowsでは simnav32) と打ち込み、Enter を押します。 simnav のコマンドオプションが表示されます。

Program Files のディレクトリではなく、任意のディレクトリで simnav を実行したい場合は、Windows の PATH に C:\Program Files\Jackson Labs\SimCon を追加します。 Windowsの環境変数 PATH に追加するには、コントロールパネル＞システム＞システムの詳細設定＞環境変数とたどり、システム環境変数をクリック、表示された環境変数名の編集にて、新規ボタンをクリックし、C:\Program Files\Jackson Labs\SimCon を入力して、OKボタン、 OKボタン とクリックします。 再度、コマンドプロンプトを起動すると PATH が有効になり、どのディレクトリからも simnav を起動できるようになります。

Windows Pathの設定方法について

simnav を単独で実行すると説明が表示されます。

RINEX形式のファイルをアップロードするために simnav に次のコマンドオプションを与えます。

simnav /port:COMX /eph:brdcddd0.yyn /epoch:eph

ここで COMX はCLAWが接続されているCOMポート番号(例： COM6)、 brdcddd0.yynはRINEXデータのファイル名 (例：brdc0970.21n.gz )です。

例：コマンドプロンプトにて C:\Program Files\Jackson Labs\SimCon ディレクトリに移動して simnav を起動
この例では、シリアルポートはCOM4(USBシリアル)、ファイル名は brdc2470.20n

実行例： Windows 10 32ビットの場合 COM4で接続、アップロードするファイル名 brdc2490.20n.Z(解凍済)
PATHを設定してあるのでどこからでもsimnavを起動できる。ここでは32ビット版 simnav32.exe を起動。

途中省略

simnav はデータ転送の最後に SIM:LNAV:WRITE コマンドを発行して、CLAWの不揮発性メモリーに転送したデータを記録します。

SimConから確認

再び SimCon を起動して RINEX形式のデータがアップロードされたことを確認します。

SimCon において、Controls ボタンと Terminal ボタンを選択(表示が暗くなる)しておき、Controls パネルのSIMulatoin タブの SIMulation:LNAV から EEPROM? ボタンをクリックすると Terminal パネルに結果が表示されます。

あるいは、Terminal パネルの SCPI コマンド入力プロンプト > に次のコマンドを入力して、Send SCPIボタンをクリックします：

SIM:LNAV:EEPROM?

このコマンドは保存された ephemeris や ionospheric/UTC 情報をリストします。
参照：6.3.71 SIMulation:LNAV:EEPROM?

USER モードに切り換えて、アップロードしたephemerisを使う

初期設定では、CLAW は AUTO (SYNTH) モードになっており、自己合成した Ephemeris を使います。 RINEXファイルの Ephemeris を使うには、SimCon の Controls パネルの SIMulatoin タブの SIMulation:LNAV から SELect USER ボタンをクリックして USER モードを選択します。

また、SimCon の Terminal モードを使い、次のコマンドを入力し、Send SCPI ボタンをクリックして USER モードを選択することもできます。

SIM:LNAV:SEL USER
参照：6.3.73 SIMulation:LNAV:SELect

このコマンドをCLAWに送ることで、USER モードが選択され、アップロードしたephemerisデータをシミュレーションに使うようになります。
一方、AUTO モードでは CLAW が合成した衛星軌道要素を使用します。 AUTO モードに戻すには SIM:LNAV:SEL AUTO コマンドをCLAWに送ります。

RINEXデータを使ったシミュレーションの実行

USERモードのGPSシミュレーション設定と実行は、AUTOモードと同じです。

正確なシミュレーションを行うには、シミュレーション実行日のRINEXデータを使います。 ダウンロード出来る Ephemeris は実際に GPS 衛星からブロードキャストされたものです。 Ephemeris は地上からの観測に基づき補正更新されるものですから、将来の Ephemeris はダウンロードすることはできません。 しかし、衛星の軌道は大きく変わることはないので、本日以降の将来のシミュレーションも 数日間であれば直近の RINEX データを元に、良い精度で衛星を配置できます。

以上

こちらも参照下さい