GNSSとは、Global Navigation Satellite Systemの略称であり、地球上の現在位置を特定するための衛星測位システム全般を指します。GNSSは、アメリカのGPSだけでなく、ロシアのGLONASS、ヨーロッパのGalileo、中国のBeiDouなど、複数の国や地域が運用する衛星システムを包括する概念として理解されています。これらのシステムは、それぞれ独自の衛星群を持ち、互いに補完し合うことで、より高精度で信頼性の高い測位情報を提供することが可能です。
GNSSの技術は、カーナビゲーションやスマートフォンの地図アプリといった身近なものから、航空機や船舶の航行、精密農業、災害時の救助活動など、幅広い分野で活用されています。GNSS受信機は、複数のGNSS衛星からの信号を受信し、それぞれの衛星との距離を測定することで、自身の位置を特定します。この測位原理は、三角測量の原理に基づいており、少なくとも4つの衛星からの信号を受信することで、3次元的な位置情報（緯度、経度、高度）と時刻情報を算出できます。
GNSSの精度は、利用する衛星システムの数や配置、受信機の性能、電離層や対流圏の状態、建物や地形による電波の反射や遮蔽など、様々な要因によって影響を受けます。近年では、これらの誤差要因を軽減するために、補強システムや高度な信号処理技術が開発されており、センチメートル単位での高精度な測位も可能になっています。GNSS技術は、社会インフラを支える基盤技術として、ますます重要性を増していくと考えられます。
GNSS測位の仕組み
「GNSS測位の仕組み」に関して、以下を解説していきます。
- GNSS測位の原理
- GNSSの誤差要因と対策
GNSS測位の原理
GNSS測位の原理は、複数のGNSS衛星から送信される電波を受信し、それぞれの衛星から受信機までの距離を測定することで、受信機の位置を特定するというものです。各衛星は、正確な位置情報と時刻情報を含む信号を常に送信しており、受信機はこれらの情報をもとに、衛星までの距離を計算します。この距離情報は、電波の伝播時間と光速を掛け合わせることで算出され、複数の衛星からの距離情報を用いることで、受信機の3次元的な位置を特定できます。
GNSS受信機が自身の位置を特定するためには、少なくとも4つの衛星からの信号を受信する必要があります。3つの衛星からの距離情報だけでは、位置の候補が複数存在するため、正確な位置を特定できません。4つ目の衛星からの情報を用いることで、これらの候補を絞り込み、一意の位置を決定できます。また、4つ目の衛星は、受信機内部の時計の誤差を補正する役割も担っており、より正確な測位を実現するために不可欠です。
| 要素 | 内容 | 役割 |
|---|---|---|
| 衛星信号 | 位置と時刻情報 | 距離測定の基準 |
| 電波伝播時間 | 衛星から受信機 | 距離算出に使用 |
| 光速 | 一定の速度 | 距離算出に使用 |
| 受信機 | 信号受信と処理 | 位置特定を実行 |
GNSSの誤差要因と対策
GNSS測位には、電離層や対流圏における電波の遅延、マルチパス（建物などによる電波の反射）、衛星の軌道誤差、受信機の時計誤差など、様々な誤差要因が存在します。これらの誤差要因は、測位精度を低下させる原因となるため、様々な対策が講じられています。例えば、電離層遅延は、異なる周波数の信号を用いることで補正できますし、マルチパスは、アンテナの設計や信号処理技術によって軽減できます。
GNSSの誤差を低減するための対策として、DGNSS（Differential GNSS）と呼ばれる補正システムも利用されています。DGNSSは、既知の位置にある基準局でGNSS信号を受信し、その誤差情報を補正データとして、他の受信機に送信するシステムです。この補正データを用いることで、リアルタイムに高精度な測位が可能になります。また、近年では、複数のGNSSシステムを併用することで、利用可能な衛星数を増やし、より安定した測位を実現する技術も普及しています。
| 誤差要因 | 内容 | 対策 |
|---|---|---|
| 電離層遅延 | 電波の遅延 | 二周波受信機を使用 |
| 対流圏遅延 | 電波の遅延 | モデルで推定補正 |
| マルチパス | 電波の反射 | アンテナ設計工夫 |
| 衛星軌道誤差 | 衛星位置誤差 | 精密暦を使用 |