2021.01.27 位置情報

GPSとみちびきの違いとは?衛星測位の種類やGNSSの原理も紹介

GPSをはじめとする衛星測位は、スマートフォンに搭載されたことから、私たちの生活に身近なものになっています。
近年ではニュースなどでも、日本が打ち上げた「みちびき」の名前を聞くことが多くなってきました。

しかしながら、「GPS」と「みちびき」の位置づけの違いについてよくわからない。という方のために、ここではGPSをはじめとした衛星測位の概要について説明し、よくある誤解について正しい理解をしていただければ、と思います。

GPSとは

GPSとは、アメリカによって運用されているグローバルの衛星測位システムです。
アメリカのGPSも含め、世界中で以下のような測位衛星が運営されています。

GPS アメリカ
GLONASS ロシア
ガリレオ 欧州
みちびき 日本
北斗 中国
IRNSS インド

これらの衛星測位システム全体を総称して、GNSS(Global Navigation Satellite System)と呼んでいます。

最初に運営されたGNSSであることから、衛星位置測位の代名詞として「GPS」が使われることが多いようです。
例えば、安価な衛星測位受信機として「GPS SLIM」、シンプルで使いやすい業務用位置情報サービスとして「Linkit GPS Tracking」があります。

Linkit Gear|業務用小型GPS「GPS SLIM」
業務用小型GPS「GPS SLIM」

衛星測位で位置情報を測定するしくみ・GNSSの原理

衛星測位で位置情報を測定するしくみを簡単に説明します。

地上の受信機(スマートフォンやGPSトラッカー)が、自分の位置情報を測定するには、
最低3つの衛星から信号を受信する必要があります。

衛星から受信する信号の中に、信号を発信した正確な時刻が含まれています。

まず、衛星が信号を発信した時刻と、受信機が信号を受信した時刻の差を求めます。
その時刻の差分と、光の速さ (30万km / 秒) をかけることで、衛星と受信機の距離を測定することが出来ます。

ある衛星と一定の距離にある地上の場所は無数にありますが、3つの衛星との距離を測定することにより、その交点にあたる地上の1点を決めることが出来ます。
これが位置情報を求めることが出来る大まかな仕組みです。

GPSのしくみ|3つの衛星との距離を測定することにより、その交点にあたる地上の1点を決めることが出来ます

この時刻は、かなり正確に求める必要があります。例えば 1マイクロ秒ずれていると、数百mの誤差が発生してしまうほどのものです。
測位衛星ではこれを 原子時計 を使い正確に求めています。

このしくみを用いることで、空が広く見える場所では 数mの誤差で位置情報を推定することが出来ます。
GNSSを利用して業務改善や災害時の対応を支援するシステムとして、スマートフォンを使った「Linkit Maps」や、GPSトラッカーを使った「Linkit GPS Tracking」があります。

GNSSには4つ以上の衛星が必要

衛星の時刻は原子時計で正確に求めていますが、受信機の時刻は簡単に数msの誤差が発生してしまいます。
GNSSにはこの誤差が致命的になります。
この誤差を補正するため、GNSSでは通常 4つ以上の衛星を必要とします。
建物の中や市街地など、受信機から見て空が見えづらい場所では4つの衛星からの信号が受けられず、数10m~数100mの大きな誤差が発生しやすいということになります

「みちびき」

衛星

みちびきは、日本の国産の測位衛星です。2010年9月に初号機が打ち上げられ、現在4機運用されています。
みちびきはGPS互換の信号を送信しているため、従来のGPS受信機を大きく変更することなく、GPSの衛星と合わせて利用することが可能となりました。
また、準天頂軌道(日本のほぼ真上)に衛星があるため、市街地や山岳地帯でも衛星が見えやすく、測位に必要な4つの衛星信号を受けやすくなるという特徴があります。
この用途では「みちびき」はあくまでGPSの補助的な役割を果たすものであり、精度自体が向上するわけではありません。
通常のGPS受信機で「みちびき対応」と記載がある場合、GPS互換の信号を受信できるという意味であることが多いようです。

みちびきには、これに加えて「測位補強サービス」信号も含まれており、「誤差 1m以下」「誤差 1cm 以下」の測定をサポートすることが出来ます。
ただしこれらの信号を受信するには専用の機器が必要であり、現在ではIT農業や測量など、特別な用途に使われています。

まとめ

「GPS」や「みちびき」、衛星測位で位置情報を測定するしくみについて正しく理解できましたでしょうか。

GPSとは、アメリカによって運用されているグローバルの衛星測位システム。
みちびきは、日本の国産の測位衛星です。

次回は、GNSSと測定誤差について取り扱う予定です。お楽しみに!

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