全球測位衛星システム（GNSS）
測位衛星は高精度の原子時計を搭載し、時刻と軌道情報を送信することで、携帯電話、車、船舶などが位置を計算できるようにします。主なシステムは米国のGPS、中国の北斗、ロシアのGLONASS、EUのGalileoで、信号の受信自体に携帯電話回線は必要ありません。
基本情報
- 運用主体
- 米国（GPS）、中国（北斗）、ロシア（GLONASS）、欧州連合（Galileo）
- 運用開始
- 1978年（最初のGPS衛星）
- 用途
- 世界規模の測位、航法、時刻同期
地図上の青い点は、なぜ自分の居場所を知っているのでしょうか。答えの一部は、頭上約2万kmを飛ぶ衛星にあります。
全球測位衛星システム（GNSS）は、正確な時刻と軌道情報を送信し、スマートフォン、自動車、船舶などが自分の位置を計算できるようにします。全球を対象とする主なシステムは、米国のGPS、中国のBeiDou、ロシアのGLONASS、EUのGalileoです。主要衛星の多くは高度約2万kmの中軌道を飛び、ISSの約50倍の高さにあります。
どのようなシステムがあるのか
GPSは1995年、世界で初めて全球運用能力を整えました。GLONASSは高緯度地域でも良好な観測条件を得やすい軌道を採用しています。EUのGalileoは民生利用を中心に設計されました。中国のBeiDou-3全球システムは2020年7月31日に正式運用を開始しました。
それぞれ数十機の衛星を使い、世界各地の利用者から同時に十分な数が見えるよう構成されています。現在のスマートフォンは、複数のシステムをまとめて利用するのが一般的です。
位置はどう計算するのか
各衛星は原子時計を搭載し、自分の位置と信号を送った時刻を放送します。受信機は信号が届くまでの時間から、それぞれの衛星までの距離を推定します。
複数の衛星までの距離が分かれば、球面が交わる位置を求める三辺測量によって現在地を絞り込めます。ただしスマートフォンの時計は原子時計ほど正確ではありません。3次元の位置と受信機自身の時計のずれを同時に解くには、通常少なくとも4機の衛星から信号を受ける必要があります。
精度を高める仕組み
一般公開されている民生信号の精度は通常数mで、スマートフォンでは3〜5mほどになることがあります。地上基準局や衛星による補強、二周波受信などを使えば、測量や自動運転向けに数十cmから数cmまで高められます。BeiDouには、海上や砂漠など地上通信網がない場所で使える短文通信機能もあります。
地図はオフラインでも現在地を示せるのか
衛星から信号を受けて位置を計算するだけなら、携帯回線やインターネット接続は不要です。ただし地図データを端末へ保存していなければ、現在地の点は分かっても道路や地名を表示できないことがあります。測位と地図の取得は別の仕事です。
複数のGNSSを利用できるほど、建物の間や木の近くでも必要な数の衛星を見つけやすくなり、測位が安定します。
