高度の測定方法

質問

センサーによる高度の計測について質問です。

GPS、温度、気圧センサーが積まれている風船を上空1000Mまであげるとします。
そして、パラシュートか何かで落下させるとします。
そのときのデーターを解析して、いろいろしたいのですが
その中の一つに、センサーがたどった軌道を測定したいなと思っているのです。

そこで質問なんですが、GPSによる緯度経度の測定は正確に測れるのですが
高度を測ろうとすると、出力された海抜高度（M）に結構な誤差が生じていることがわかりました。
そこで質問です、GPSのこの誤差はほぼ一定何でしょうか、
一定ならば変位を求めれば動いた距離を求められないかなと思いまして。

たとえば地上（10M）でGPSが海抜20Mを示していたとして
海抜300Mのところまでセンサーをあげて、GPSセンサーが海抜310Mを示している場合
誤差は＋10Mであり、変位は290Mだということが出来ないかということです。

もう一つ、高度を測るのに温度や気圧の減少率を使うということです。
気温や気圧は高度が上がるにつれて、法則的な減少の仕方をしますよね
それを使い高度を出そうと思ってもいるのですが、あるていど正確な値が出るでしょうか？

ほかに正確に高度を測る方法はないでしょうか？

回答No.2

funflier

No.１です。
忘れてましたが、仰る「風船」はラジオゾンデそのものですから、
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%97%E8%B1%A1%E8%A6%B3%E6%B8%AC%E7%94%A8%E6%B0%97%E7%90%83
http://ja.wikipedia.org/wiki/GPS%E3%82%BE%E3%83%B3%E3%83%87
これらが採用しているＧＰＳについてお調べになると精度の高い方法があるのでは
ないでしょうか。

回答No.1

funflier

＞GPSのこの誤差はほぼ一定何でしょうか、
GPSに詳しくはありませんが、ここを見ると、
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B0%E3%83%AD%E3%83%BC%E3%83%90%E3%83%AB%E3%83%BB%E3%83%9D%E3%82%B8%E3%82%B7%E3%83%A7%E3%83%8B%E3%83%B3%E3%82%B0%E3%83%BB%E3%82%B7%E3%82%B9%E3%83%86%E3%83%A0
「もともとGPSでは、高度方向は精度が低い場合が多い。（中略）計算アルゴリズムを
工夫して、地表に沿った方向の位置推定の精度を上げる代わりに高度方向の位置推定
を犠牲にしているためである。」
「一般にGPSによる測位では航空機にとって重要な高度方向の精度が緯度・経度方向の
精度より低いこと（ただしこれは計算方法にもよる）、」
という記述があります。「高度が問題になる状況で使われる機器なのか」どうか
で個々のＧＰＳ機器によって高度に関する精度は異なると思われます。

＞もう一つ、高度を測るのに温度や気圧の減少率を使うということです。
＞（略）あるていど正確な値が出るでしょうか？
航空機の気圧高度計、昇降計は気圧や気圧変化のみを使って作動しています。
大気情報によって海面上気圧を得れば自機の海抜高度が解り（ＱＮＨセット）、
滑走路標高を０とすれば対地高度が解ります。（ＱＦＥセット） 精度に関し、
米連邦航空局（ＦＡＡ）発行の規定のＡＣ43には気圧高度計の調整が載って
いるのですが、海面上気圧情報（ＱＮＨ情報、下記ＡＴＩＳ等から得る）、
http://ja.wikipedia.org/wiki/ATIS
をセットして得られる高度と実際の自機標高を比較し、40ｆｔ以上の修正が
必要ならその計器は交換か再試験ということになっています。逆に言えば
通常はその以内の精度（±40ｆｔ＝12ｍ）で運用されている筈です。

もっと簡単な例だと腕時計内蔵高度計があります。手持ちの高度計付きのもの
（カシオプロトレック2272）では説明書の製品仕様によると
・温度一定：0-6000ｍ　±（高度差ｘ5％+30ｍ）
・温度変化影響：0-6000ｍ　10℃につき±100ｍ　　　　　だそうです。

最近はラジコン模型でテレメトリー（双方向通信）が進んできており、
機体につける高度センサーから送信機側に機体の現在気圧／換算高度を表示
させることも可能になっています。こういったものです。
http://www.hitecrcd.co.jp/RC/telemetry/index.htm
↑この例では高度はＧＰＳによるようで、精度は解りません。必要なら
このメーカーにお問い合わせ下さい。↓こちらですと気圧式で、
http://www.jrpropo.co.jp/jpn/products/propo/details.php?hen=03432&db_flg=jp_db1
「計測精度　+/-20Pa（高度換算+/-2.0m）」というスペックになっています。
この方面でお調べになれば他にも製品は出てきます。

＞ほかに正確に高度を測る方法はないでしょうか？
航空機は前述の気圧高度計の他に、計器航法・自動着陸時に精度が高い高度
検知（対地、絶対高度）が必要なので、電波高度計を使います。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E6%B3%A2%E9%AB%98%E5%BA%A6%E8%A8%88
この場合、少々古い資料ですが、コリンズ製ＡＬ-101型での精度は
-20ft～500ft 間　±2ft(60cm) or ±2％　となっています。

他には実際使ったことはありませんが、レーザー距離計で計るという方法も
あるかと思います。ただこの製品のままでは自動で計測したりロガーに残す
ということは出来ないと思いますが。距離計測原理の例としてです。
http://www.nikonvision.co.jp/products/laser/1200.htm