今日はカーナビでも用いらているGPSについて考えてみましょう
スマホのマップ機能にも使われているよね
知っているようで実はあまり知らないGPSについて学んでいきましょう。
GPSとは
GPSとはGlobal Positioning Systemの略で日本語では全地球測位システムといいます。
GPSは全部で24個の衛星で運用されています。
三角法という方法を用いて4個以上の衛星があれば、正確な位置を測定することができます。
衛星はただ受信できればいいというわけではなく、仰角と呼ばれる水平面から天井へ向かう角度が高ければ正確に位置を測定できます。
つまり、天井に衛星が多くあれば同じ個数でも正確になるわけです。
仰角って初めて聞いたけど、それが重要だったんだね
準天頂衛星みちびき
しかし、GPSはアメリカの軍事衛星ですから、日本の上空にはあまりいません。
そこでみちびきという準天頂衛星が作られたわけです。
なぜ準天頂衛星なのかというと、常に天井にいるわけではないからです。
出典：内閣府 みちびきの軌道
上記の絵のように、軌道は8の字を描いています。
これはなるべく日本上空にいるようにするためです。
現在は4機ですが、将来は7機体制にする予定です。
H3ロケットって覚えてますか？
打ち上げに失敗しちゃったやつだね。
実はあのH3ロケットに搭載されていました。
これで計画はかなりずれこむことになりそうです。
日本版GPSなどと言われることもありますが、あくまでGPSの補助です。
GPSの補助なので、今のナビゲーションシステムのソフトなどを変更することなく利用できます。
GNSSとは
GNSSって聞いたことありますか？
なにそれ？
Global Navigationn Satellite Systemの略で、衛星測位システムとか全世界測位システムと呼んでいます。
GPSもその1つになります。
実はGPSと同じようなシステムが他にもあるんです。
- GLONASS（ロシア）
- Gallileo（EU）
- BeiDou（北斗、中国）
これらを含めて4つのシステムは地球上どこでも受信できて、位置情報を得ることができます。
それに対してインドのIRNSSと日本のみちびき（QZSS）は補強衛星と言います。
SBAS（Satellite-Based Augmentation System）とも言われています。
携帯電話の通信網を使って補助するA-GPS（Assisted GPS）というのもあります。
これらをすべて使って測位しようというのがGNSSです。
GPSも当初は精度が悪かった！？
実は私がナビゲーションシステムの開発を行っていた頃は非常に精度が悪かったんです。
どれくらい精度が悪かったの？
GPSはアメリカの軍事用として開発されたシステムです。
そのため一般用に開放されていたものは非常に精度が悪く、そのまま利用するには使い物にならないくらいでした。
SA（Selective Availability）と呼ばれ、故意に誤差データを加えていて、その精度はなんと100mくらいでしたね。
精度を上げるための仕組み
精度を上げるためにDGPSという仕組みがありました。
出典：海上保安庁ホームページ
正確な位置情報が分かっている固定局で測位し、そのときの誤差を測定して、電波を用いて送信するという仕組みです。
当時はTokyo FMの系列局の電波を用いて行われていました。
2000年5月2日、当時のアメリカ大統領ビル・クリントンが「GPS技術を広く役立てて欲しい」という主旨で、これを解除しました。
これにより精度は10cmくらいまで向上しました。
実際のGPSデータ
実際のGPSデータって見たことありますか？
もちろんないよ。見せてくれるの？
それでは見てみましょう。
データは1秒間隔で送られてきます。
これだけで何のデータなのか分かりますか？
このデータだけ見ればとりあえず大丈夫です。
$GPGGAの横にある数値が時刻を表しています。
これに9を足せば、日本の時刻になります。
その隣が緯度で、この場合は、北緯35度42.0378分になります。（Nとなっていますよね）
その横が東経139度50.1777分を表しています。（Eになっていますね）
1が正常受信、04が受信している衛星数を表しています。
まとめ
いかがでしょう？
なんとなくGPSの仕組みが分かってもらえたでしょうか？
実はGPSはアメリカだけなく、ロシア、EU、中国版もあり、それらを用いて精度を上げる技術もあります。
