データテックM51 レポート

2000.05.02からSAが解除され、DGPSがなくとも環境が整えば10m精度が得られるようになりました。したがって、以下の内容は今となっては時代遅れの部分もあります。
しかし、更なる精度を求める場合はDGPSも必要かもしれませんし、興味としてEPE 0を目指すのもいいかもしれません。


M51周波数設定プログラム情報追加---2000.03.05更新
99.09.29更新(GPS機器情報追加)---niftyserve Lib4に登録したものに追加訂正を加えました


この文書は、FM−DGPS情報受信機であるM51について私の利用記をまとめたものです。写真はビデオキャプチャしたものであまり美しくありませんのでご了承ください。
NiftyServe FGPSフォーラム mes2には様々な方からのM51レポートがありますので、そちらも参照してください。私のレポートも当然アップしています。
さらには98年10月17日からDGPSに関する特設会議室(mes15)も開設されているようです。

日本では、沿岸地域を中心に中波ビーコンによるDGPS情報が提供されていますが、アンテナなどを含めると設備投資が500ドル以上必要です(98年9月現在。98年10月以降、アメリカの通信販売のホームページをみると中波ビーコン受信機もかなり値下がりしてきているようです)。また、数年前に比べるとかなり円安ですから、私は中波は手が出ませんでした。
今回、FM多重DGPS情報(カーナビではこちらが主流のようです。)受信機が国内でまあまあ手頃な価格で発売になったので使ってみました。


<参考情報>

M51開発会社 データテック
2000.02からM51の周波数設定用のwindowsプログラムがデータテックより提供されています(FGPS mes2-#5691参照)。
入手先 SPA DGPS用接続ケーブルも別途販売されています
DGPS基準局の情報 (株)衛星測位情報センター 基準局の座標は掲載されていないようですが、関東は埼玉県南部にあるのではないかと推測される地図表示あり

FGPS mes3-#1864 RTCMデータモニタープログラムの入手方法
FGPS mes11-#3230 Garmin12XLにRTCMデータを入力するための配線
FGPS mes2-#2884からのリンク M51設定方法など
FGPS mes6-#0559 GPex FM多重DGPS放送実施局一覧
FGPS Lib4 シェア・ハードによるデータケーブル作成方法
Mobile press1998.09月号(技術評論社)、CQ Hamradio1998.09月号

Nori-chanのweb:http://www.ne.jp/asahi/gps/nori/
DGPSやる前に必ず拝見しましょう。CSIのユーティリティの情報などもあります。

<利用した感想など>
 

自宅ベランダで短時間ですが実験したところ、Garmin12XLのEPE表示がなんと8まで下がりました。それから、速度も0.0kmで安定していました(まだ、諸事情により車載走行実験していないです・・・)。その後、98年10月18日にはEPEが6までさがりました。
GPS受信機がDGPS状態になると「3D Nav」という表示が「3D Diff」となります。

M51はレベルコンバータを介さずともGarminに接続できるので便利です。かつ、DipSWを切り替えるだけで、ジュピターにもTTLレベルで直接接続できるという素晴らしさ!

FM局チューナーの動作状況
アンテナを接続しない状態でM51からの出力を約5分間記録したファイル(dgps-m51-tune.txt
FM局からきている電波の強度などの情報は出力されていないようです。FM局はコマンド入力でダイレクト選局もできますが、東京ではオートで十分でしょう。ただし、東京から東京以外に移動した場合は、現地では3分以上チューニングにかかるので、その際などにはダイレクトチューニングは役にたつと思います。また、複数の周波数が受信できてしまうような地域(どの程度発生するものなのか知りませんが・・・)では、ダイレクト選局機能は有用だと思います。
Garmin12XLを用いて自宅で定点観測した際のGpsPlayer32保存ログ(dgps-981018.zip
アパマン1F東向きでの観測です。約20分間のログです。EPEは20前後でした(そもそもGPS電波の受信状態がよくない中での結果です。そうはいっても一瞬EPEが9まで下がっていました)。また、途中DGPS状態でなくなっているところがあります。これは下記で紹介しているSK-100A2というアンテナを用いた際、自宅でのFM多重放送の受信状況があまりよくなかったことが原因でしょう・・・。非DGPS状態では位置のふらつきがかなり大きくなっています。GpsPlayer32で再生してみていただければ雰囲気は分かってもらえると思います(あまり学術的な実験はできませんので、あしからず)。DGPS状態の場合GpsPlayer32がどのような表示をするかもわかります。


RTCMON.EXEによるログの分析

NIFTYSERVE FGPS mes15で行われた全国一斉補正情報比較
とりあえず、98/11/07 23:10〜23:11までのデータをとってみました。時刻合わせは117番で行いました。最初のデータがくるまで、rtcmon起動から2、3秒かかりました。
さらに98/11/07 23:12〜23:22までの10分間のデータもとってみました。
(注)
データはテキストですが、unixマシン上のデータですので、ダウンロードすると改行コードの違いに起因して、dos/win上では行末がうまく表示できない可能性があります。ただし、秀丸エディター(win95上)ではうまく表示できることを確認しています。


Garmin12XL 3.53では、RTCMデータ(DGPS補正情報)が入力されなくなると、警告メッセージで出ますが、データが来なくなって1分くらいの間は「3D diff」の表示がされるようです。


車載実走行結果(走行ログも掲載しています。いろいろ環境変えて実験しています)---適宜更新しています(98.11.04更新)

データテックのホームページにも車載走行実験の結果が掲載されています。
(注)
アンテナは、きちんとしたFM-VICS(FM多重)用ものを利用した方がよいようです。アンテナをいろいろいじれる方はこの限りではありません。


金属製のスケールはちょうど10cmですので、大きさが分かっていただけると思います。
信号をやりとりするケーブルは、先バラケーブルでしたので、モレックス(2.54mmピッチ )の10pinコネクターをつけてみました。コネクターは、秋葉原であれば、西川電子部品ねじ部、ラジオデパート2F鈴喜デンキ、ガード下の種々の店で購入可能かと思います。





分解してみた写真。

レギュレーターとして5Vが2つ、8Vが1つありました。
電源入力部(pin1)には、3端子コンデンサーがあり、各信号ラインにはノイズ対策と思わるフィルターが表面実装されていました。これらは、「わかる電子回路部品完全図鑑」(CQ出版)をみて私が勝手に判断しているだけで、メーカー発表とは違いますので、ご自分の目で確かめてください。

右側にあるシールド表面には「MITSUMI」の表示が見てとれます。





信号ラインのコネクター部分の写真。

分かりにくいですが、中央にLEDが2つ、右端にDipSWがあります。
これをそのままむき出しで持ち歩くというのはどうかと思います・・・。

<信号ライン一覧> たくさんありますので混乱しないようにするのが結構大変かも。
GPS機器にRTCM信号を入力するためのライン(RS232Cレベル及びTTLレベル切替え可)
powerライン(98年6月付けの第3版マニュアルによれば10.5〜18Vまで入力可)
グランドライン(4本あり)
FM局選局コマンド入力ライン
FM局選局(チューニング)状況モニターライン
 (電波強度や受信状況などの情報も付加してもらいたいところです)
時刻入力ライン(通常は必要ない−利用した方が精度が向上するのかどうか・・・?)

LEDは、FM局の選局・受信状況やRTCMデータの出力状況を表示するようになっています。



<FM多重電波受信用アンテナいろいろ>

アンテナでは、「ここまでやるか?」という程、いろいろ試行錯誤しています。車載ではカーナビ用のアンテナを利用すればいいのですが、ハンディGPSと一緒に持ち歩いたり、自宅で定点観測することも考え、いろいろ実験しています。
アンテナ関係の情報収集としては、niftyserve FCARNAVI forum mes3,18あたりがよいと思います。VICS(FM多重)関係の話題でよくアンテナの話があるようです。



VICS用FMアンテナ(パイオニアAN-F10)---無指向性
新宿ヨドバシカメラではパイオニアのアンテナは税込み9000円弱で取り寄せ可能でした(98年11月現在、入荷まで1か月近くかかりましたが・・・)。

3.5径ミニプラグもついています。台座は磁石で車に固定できます。台座のアンテナ付け根部分は前後左右に若干調整可能で、アンテナを垂直に保持できるように工夫されています。ケーブルはちょっと太めです。

車載実験では、下記で紹介しているテレビアンテナなどは足元にも及びませんでした。

パイオニアのカタログをみると、RD-FD20という型番でFM多重用アンテナ分配器もあるようなので、パソコンDGPSをしながらpcmciaカード型見えるラジオを同時にみることもできるかもしれません(保証の限りではありませんが)。



テレビ電波受信用アンテナ
カーショップで購入したTV用アンテナの写真。バックミラー装着タイプ。3.5径ミニプラグタイプで、そのままM51に接続可能でした。駐車場での実験ではうまくFM-DGPS信号を受信できていました。車載でも東京タワーに近い地域ではそれなり。

FM−DGPSをやるには、きちんとしたFM−DGPS用アンテナを購入した方がいいと思います。
なお、ジャンクのFM用やTV用のアンテナでも電界強度が高いところではいちおう大丈夫なようです。私は500円のジャンクTVアンテナでも試してみました。
自宅で実験する場合は、テレビのアンテナ端子から信号をとる方法もあります(あくまで自己責任でお願いします。私は責任をもちません)。Fコネクターと3.5径の変換ケーブルがカー用品として売られていましたので、それを利用したら、いちおう動いているようです。ただしLEDの光ぐあいで判断しただけです。

ダイバーシティのTV兼用FM-VICS(FM多重)用アンテナなどもあるようですが、上記のFM-VICS専用とどちらがいいのかな・・・?



秋月電子で購入した144/430MHz用アンテナ。VHF/UHFも受信可能との広告あり

その程度有効利用できるかわかりませんが、BNCコネクタもついていますので、徒歩利用の場合、アンテナの固定などが楽にできそうです。
未だ実験していません・・・。

秋葉原ロケットアマチュア無線本館では、ハンディトランシーバー用ディスコ−ンアンテナ(ただし受信専用で、100MHz以上)を売っていたので、徒歩利用ではそのアンテナを利用することも考えられます。



可搬性を考慮して、無線用ロッドアンテナにしようかとも考えたのですが、ノートパソコンのpcmciaスロットに差す見えるラジオ(FM多重)用に売っていたSK-100A2というアンテナを入手しました。自宅アパマン1Fの窓に吸盤で張り付けて実験したところ、2本あるアンテナを横向きになるように広げれば、M51は正常に動作可能でした(左記写真ではアンテナを伸ばしていない状態です)。ただし、信号の受信がとぎれることもあります。

野外でも実験したところ、窓に張り付けた際よりは安定して動作可能です。ただ、結構アンテナの向きが受信感度に影響しているように感じました(定量的な分析はないですが・・・)。どういう向きがいいのか更に検証の必要があります(単に私が知らないだけだったりして・・・)

このアンテナはそれなりに使えるとは思うのですが、他に良い方法をご存じでしたら、アドバイスいただければ幸いです。

ちなみに、秋葉原T-zoneミナミノートパソコン周辺機器売り場でゲットしました。同様の製品(メーカーも同じもの)が新宿東急ハンズで倍ぐらいの値段で売られているのを見た事があります。さらに言えば、私の入手したものは、輸出仕様のようで、マニュアル等全て英語でアラビア語表示までありました。
テレビ用の用途に開発されたものでDXアンテナ製で、FMにも対応と明記されています。電池駆動でアクティブアンテナにもなります。固定用に吸盤やねじを引っ掛ける穴まであり、電池をいれなければかなり軽いです。
M51ではアクティブとノンアクティブの差は、M51のLED表示で判断する限りあまりよくわかりませんでした。出力インピーダンスは75オームです



左記では付属の吸盤でM51にくっつけてみています。


(下の写真をクリックすると説明があります)

固定設置用FMアンテナ photo coming soon!
固定設置用のFMアンテナ(2列、近距離用---M社製)を秋葉原トミヒサムセン(駅前公園のすぐそば)で購入し、アパマン1Fベランダに設置してみました。
本当は中距離用にしたかったのですが、6mバンドに近いところの電波をうけるアンテナは結構でかいので、2列で妥協してしまいました。
上記のアンテナでもベランダ等で実験すればなんとかD-GPS情報を受信可能なのですが、いまひとつ安定していなかったので、固定用アンテナの導入に踏み切ったのですが、使うのかな???そのうちFM文字放送のpcmciaカードを買おうと思っていますので、その際には役にたつことでしょう。
配線は普通のテレビ用3Cケーブル(75オーム)10mを利用し、M51との接続部分は、DXアンテナからDM-737A-Bという3Cケーブルからミニプラグへの変換ケーブルが売っていましたので、それを利用しました。

ハムショップで、マルチバンドのアンテナもみてみたのですが、価格はFM用アンテナが断然安いです・・・。左記写真のものは3100円でした。船なんかでFM多重DGPSやる場合にも超長距離用FMアンテナをポールに固定すればなんとかなるかも・・・(想像)。
ちなみに、CQ HamRadio9月号の記事では、プリアンプ付きでマルチバンド用無線アンテナでの実験がレポートされていました。



DGPS用自作ケーブル+ライトスタッフ製データケーブル(改造あり)

左側のDsubコネクターはデータケーブルに接続します。右側の2又の部分は、一つをM51、一つをパソコンに接続するようになっています。
真ん中の箱は、秋葉原千石電商あたりで90円くらいで売っています。その中にユニバーサル基板を切って入れてあります。箱の中には下記に記述がある電源供給機能をON/OffできるDipSWも入れてあります。

なお、ライトスタッフのデータケーブルには1本接続されていないラインがあり、それはpowerラインです。そこで、データケーブルのDsubコネクタを分解してDsub 6pinに半田づけし、データケーブルDsub 6pin経由でM51からGarminに電源が供給できるようにしました。これにより、車載時はM51にのみ電源を供給するケーブルを接続すればいいようになっています。

M51からの信号はデータケーブルのDsubコネクタ pin3に配線し、Garminからの信号はデータケーブルのDsubコネクタ pin2からくるので、それをパソコン接続用ケーブルのDsubコネクタ pin2に配線してやります。Garmin12XLにDGPS情報を入力するには12XLのmenu/InterfaceをRTCM/NMEAに設定し、M51側のbaud rate設定DipSWを4800bpsに設定すればよいだけです。GNDを配線することも忘れずに!
パソコンでRTCM信号をモニターする場合は、それ専用のDsubコネクタを接続した方がいいと思います。




RTCMWINによるモニター(左記画像をクリックすると画面をキャプチャしたオリジナル画像が表示されます)

4.8秒の間隔で情報がモニターできています。ただ、衛星情報は6つしかありません。私の経験ではだいたい7つが多く、衛星8つの情報が表示されることはなかなかありません。

画面の右側に表示する枠がある電波強度などは全く表示されません・・・。(そういう情報はもともと含まれていないのか?、それともM51には出力する機能がないのか?)

RTCMWINによるモニター結果のログ
FM多重電波の受信状況が悪いことが原因と思いますが、DGPS情報の到着が、5.0秒間隔になったり(ちょっと理解に苦しむ間隔)、9.6秒かまたはそれ以上の間隔になったりする場合もありました。


ログの保存を行う場合はrtcmon.exeという英語Dos版のソフトを利用する必要があります。



持ち歩き用にケースに仮入れしてみた写真

Takachi YM180というケースに入れ、取っ手をつけ、10本用電池ケース(千石電商で200円)を入れて持ち歩こうかなと計画しています。電池ケースは、電池をつなぐ線がむき出しですので、絶縁をきちんとしないとショートしますので注意してください。なお、車載時にはシガーライターソケットから電源をとるつもりです。
ケースや取っ手は、秋葉原であればラジオデパート2FのSS無線等で購入可能です。
アンテナをどうやって固定するかが問題です・・・。

電源は、ニッケル水素の大容量の2次電池(充電可能なもの)がいいかもしれません。12Vシールドバッテリーでもいいと思います。

Dsubコネクタはいっぱい見えますが、これはいろいろな信号ラインをモニターするためにつけたので、とっても多くなってしまいました。



<FM多重放送の信号強度確認---以下のことは、自己責任でお願いします>---99.01.31更新

参考情報 FGPS mes15-#113からのツリー
FM多重放送の信号強度確認のための実験記

<GPSユニットに関する考察>

DGPSをやるに当たって、GPSユニットとして最適なものは何か考えさせらる機会がありましたので、以下にまとめてみました(あくまで私の感想です・・・)。
GPS機器のNMEA出力としては、
 RMC(基本センテンス)
 GGA(DGPS状態の情報取得用)
 ZDA(DGPS機器への時刻入力用。M51では必ずしも必要ではない)
 VTG(ナビトラで必要)
が必要と思います。GPSplayerでの利用を考えれば、衛星状態のセンテンス(GSV)も必要になってきます。
しかし、GarminはNMEA FAQによればZDAサポートしていないようです。ジュピターにもないです(少なくともマニュアルには書いてない)。
以前FGPS mes3でも話題になっていたもので98年ハムフェアでも配布されていたGSU-14は仕様書では全部サポートされています。

また、NMEAセンテンスの出力を制御できるかも結構重要と思います。センテンス出力のON/OFF、出力間隔などの制御ができると用途に応じて使い分けることができます。ジュピターはその観点からすると結構きめが細かいです。例えば、TimeServer構築に当たってはRMCセンテンスだけを1秒間隔で出力させるとよいのですが、ジュピターではそれが可能です。GSU-14では出力の制御ができない(マニュアルによる判断)のが残念です。

と思っていたら、実験にはもってこいのGM38(マーキュリー)というGPS機器が発売になりました。
ZDAセンテンス及びVTGセンテンスもあり、各NMEAセンテンスの出力間隔も制御できます。また、感度もよいようです。
(1999.09.29)

ZDAセンテンス(時刻情報)外部入力

データテックM51は時刻情報をZDAセンテンスで入力しなくても動作可能(FM多重電波で伝達される時刻情報利用)ですが、ZDAセンテンスにより時刻情報を与えてやると、DGPS情報を出力するまでの立ち上がり時間が非常に短くなります。
GPS機器は、上記で紹介しているGM38(マーキュリー)を利用しました。

「時刻をFM多重放送から取得」にすると、DGPS情報が出力されるまで1分くらいはかかります(FM多重方法では時刻が1分間隔だからでしょうか?)LEDの点滅で判断しているので、正確な所要時間でないですが。。。

一方、gm38からの「ZDAセンテンスをM51に入力する」に設定とすると、M51からDGPS情報が出力されるまで、条件がよいと数秒です。M51のLEDの点滅をみていると電源ON後のLED1の2回目の点滅時にDGPS情報の出力を示すLED2の点滅が確認できるという感じです。
バラック状態で、配線もかなりいいかげんな状態で、機器をパソコンのすぐ側に裸で置いての実験でしたが、結構いい結果ですね。

DGPS情報がこなくなっても、gm38は、GGAセンテンスで判断すると経過時間30秒まではDGPS状態でした。
確かgarmin12XLは45秒ぐらいであったと思います(上記の走行実験のたNMEAログなどで判断)。

未確認情報ですが、ZDA及びVTGセンテンスの出力を持たないGPS機器用に、マイコンを使ってZDA及びVTGセンテンスを付加するものがそのうち出てくるかもしれません。
(1999.09.29)


既に、1998年に同様の実験をした方が、レポートをFGPS mes2及びmes15にアップされていますのでそちらも参照してください。

<DGPSチェックポイント>---2000.02.11更新

FM DGPSをやる場合、うまくGPS機器がDGPS状態にならなかった際のチェックポイントは以下のような事項があると思っています。一番のチェックポイントはアンテナ周りではないかと思います。

(1)配線ミスはないか?
GPS機器単体でうまく動作しているかどうか、まずチェック。
次にDGPS機器とGPS機器の接続状況を確認
(2)チューニング状況は?
M51からは、チューニング情報をモニターできる情報がシリアルで出てきますが、これはどうなっているか?
なかなかロックしない場合は、自動選局はやめて、ダイレクトチューニング(周波数は要調査)にするのも一つの手かと思います
(3)場所を変えてみる。
ビルの立ち並んだところでは結構厳しいこともあります。見えるラジオを併用して、FM多重放送電波が受信可能かどうか見るのが一番いいかもしれません。
(4)アンテナをチェック
それなりのアンテナがないとだめです。テレビアンテナで代用などすると、うまくいかないこともあります。
アンテナの接地条件なども仕様書をみて確認した方がよいでしょう。
(5)ZDAセンテンスを使う
GPS機器からの出力のうちZDAセンテンスM51に入れられるように配線すると効果が大と思われます。
この場合、M51のDipSWの変更も必要です。
時刻情報がゲットできないのでDGPS情報がうまく取り込めないことが多々あるので、時刻情報を外部から入力してやることで状況は改善する可能性があります。
(6)その他
電波の受信状況が悪いところでは、DGPS状態が継続しているかどうか、GGAセンテンスやM51のLEDをみて監視するとよいでしょう。

<RTK-GPS> <---関連情報です(1998秋)

D-GPSより精度のいい(数cm程度)GPS測位の方法にRTK-GPS(リアルタイムキネマティックGPS)というものがあるそうです。個人というかアマチュアには実現不可能なことだとは思いつつ、国土地理院のGPSのページ(「GPSを使用した測量のいろいろ」)をみていたら、RTK-GPSをやっているらしき写真や設備の写真が掲載されているのを最近発見しました(知らなかったのは私だけ?)。まだ工事中とはありますが、10月下旬更新の情報が掲載されています。参考になりました。
写真をみていると、長野オリンピックのクロスカントリースキーのコース整備の報道に出てきた格好と同じだなと感じました。(GPSを使ってコースのポールを正確な位置に立てたという趣旨の報道があったと記憶しております)


<今後のレポート予定内容>

特段なし(時間があったら、当面は車載で使うことを中心にいろいろやってみる予定)

複数固定点の座標測定とプロアトラス98による面積計算
九州山地のとある山の山頂などで行う予定(99年1月予定)ですが、「Garmin12XLにはAverage機能もあるし、結果を表示する地図が20万分の1程度では意味がない」との趣旨のコメントをFGPS mes15でいただいたので、やめました・・・。