Global Positioning System（GPS）は、地球上のどこにいても位置と時刻の情報を提供する衛星ベースの航法システムです。もともと米国国防総省が軍事航法のために開発しましたが、GPSは航法、マッピング、時刻同期など、幅広い民間アプリケーションにとって重要な技術となっています。GPSの定義、その動作原理、およびその多様なアプリケーションについて見ていきましょう。
Global Positioning System（GPS）は、衛星群、地上管制局、およびGPS受信機で構成される宇宙ベースの航法システムです。世界中のユーザーに正確な位置とタイミングの情報を提供します。エンジニアは当初、軍事用にこのシステムを設計しましたが、後に民間人向けに公開し、産業と日常生活に革命をもたらしました。
GPSコンステレーションは、地球を周回する少なくとも24個の衛星で構成されています。これらの衛星は、自身の位置と信号を送信する正確な時刻を含む無線信号を送信します。地上管制局は衛星を監視・管理し、適切な機能と軌道の精度を確保します。また、衛星位置やタイミングの誤差を修正します。スマートフォンやナビゲーションデバイスなどのGPS受信機は、複数の衛星からの信号を受信します。これらの信号の時間遅延を計算することで、受信機は地球上の自身の位置を特定します。
GPSの仕組み
GPSシステムは、三角測量の原理に基づいて動作し、衛星から受信機への信号の伝達にかかる時間を利用して距離を計算し、位置を特定します。
- 信号伝送: 各GPS衛星は、衛星の位置と信号が送信された正確な時刻を含む無線信号を継続的にブロードキャストします。これらの信号は光速で伝わり、地球上のGPS受信機で受信されます。
- 距離の計算： GPS受信機は、信号が送信されてから受信されるまでの時間遅延を測定することにより、各衛星からの距離を計算します。システムは、遅延に光速を掛けて距離を決定します。
- 位置決定： 少なくとも4つの衛星からの距離を使用して、GPS受信機は三辺測量によって正確な位置を特定します。各衛星からの距離によって作成された球の交点が、3次元空間（緯度、経度、高度）における受信機の位置を提供します。
- 誤差修正： 精度を向上させるために、GPSシステムはさまざまな誤差修正技術を組み込んでいます。これには、地上基準局を使用して修正を提供するディファレンシャルGPS（DGPS）や、大気遅延や信号伝搬に影響を与えるその他の要因を考慮するための高度なアルゴリズムが含まれます。
アプリケーション
GPS技術は幅広いアプリケーションを持ち、現代生活の多くの側面を変革しています。その多様性は、ナビゲーション、サーベイ、タイミングなど、さまざまな分野に及んでいます。
- GPSは、自動車、航空機、および船舶におけるナビゲーションに広く使用されています。ターンバイターンの指示を提供し、交通渋滞を回避し、リアルタイムの位置情報を提供することで安全な移動を保証します。車両に搭載されたGPS対応ナビゲーションシステムは、ルート計画、交通情報、およびリアルタイムの指示を提供し、運転体験を向上させ、移動時間を短縮します。GPSは、航空および海上ナビゲーションにとって非常に重要であり、飛行計画、航路、および衝突回避のための正確な位置情報を提供します。
- 土地のサーベイ担当者およびマッピングの専門家は、正確な測定を行い、詳細な地理データを作成するためにGPSを広範囲に利用しています。これは、不動産の境界線の明確化、建設計画、環境モニタリングなどのタスクをサポートします。サーベイ担当者はGPSを使用して土地を正確に測定し、高精度で境界と地形的特徴を決定します。GPSデータは、地理情報システム（GIS）と統合して、空間情報を作成および分析し、都市計画、資源管理、インフラストラクチャ開発をサポートします。
- 全地球測位システムは、電気通信、金融取引、および科学研究を含む様々なアプリケーションに正確な時刻同期を提供します。GPSによって提供される正確なタイミングは、異なるセクターにわたるシステムおよびプロセスの調整に不可欠です。通信ネットワークは、タイミングを使用して動作を同期し、セルラーおよびデータシステムの効率的なパフォーマンスを保証します。研究者は、地震活動の監視や大気現象の研究など、実験およびデータ収集のためにGPSタイミングに依存しています。
全地球測位システム（GPS）は、現代生活に不可欠なツールとなり、衛星、地上管制局、および受信機のコンステレーションを通じて、正確な位置およびタイミング情報を提供しています。そのアプリケーションは、ナビゲーション、サーベイ、マッピング、およびタイミングに及び、様々な産業および日常活動に影響を与えています。技術の進歩に伴い、GPSは進化を続け、世界中のユーザーの増大する要求を満たすために、強化された精度と機能を提供しています。
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GNSSの周波数と信号とは？
▶︎ GPS
信号と周波数
L1 C/A → 1575.42 MHz
L1C → 1575.42 MHz
L2 C → 1227.6 MHz
L2 P → 1227.6 MHz
L5 → 1176.45 MHz
▶︎ GLONASS
信号と周波数
L1 C/A → 1598.0625-1609.3125 MHz
L2 C → 1242.9375-1251.6875 MHz
L2 P → 1242.9375-1251.6875 MHz
L3 → OC 1202.025
▶︎ GALILEO
信号と周波数
E1 → 1575.42 MHz
E5a → 1176.45 MHz
E5b → 1207.14 MHz
E5 AltBOC → 1191.795 MHz
E6 → 1278.75 MHz
▶︎ BeiDou
信号と周波数
B1I → 1561.098 MHz
B2I → 1207.14 MHz
B3I → 1268.52 MHz
B1C → 1575.42 MHz
B2a → 1176.45 MHz
B2b → 1207.14 MHz
▶︎ NAVIC
信号と周波数
L5 → 1176.45 MHz
▶︎ SBAS
信号と周波数
L1 → 1575.42 MHz
L5 → 1176.45 MHz
▶︎ QZSS
L1 C/A → 1575.42 MHz
L1 C → 1575.42 MHz
L1S → 1575.42 MHz
L2C → 1227.6 MHz
L5 → 1176.45 MHz
L6 → 1278.75 MHz
GNSS後処理とは何ですか？
GNSSポスト処理（PPK）は、GNSS受信機で記録された生のGNSSデータ計測値をデータ取得後に処理する手法です。これらのデータは、他のGNSS計測ソースと組み合わせることで、最も困難な環境下でも、そのGNSS受信機に対して最も完全で正確な運動学的軌跡を提供できます。
これらの他のソースとしては、データ取得プロジェクトの場所またはその近傍にあるローカルGNSS基地局や、通常は政府機関や商用CORSネットワークプロバイダーが提供する既存の常時稼働リファレンスステーション（CORS）などが挙げられます。
Post-Processing Kinematic（PPK）ソフトウェアは、無料で利用できるGNSS衛星の軌道およびクロック情報を使用して、精度をさらに向上させることができます。PPKを使用すると、使用される絶対的なグローバル座標参照フレームデータムにおけるローカルGNSS基地局の正確な位置を特定できます。
PPKソフトウェアは、エンジニアリングプロジェクトを支援するために、異なる座標参照系間の複雑な変換もサポートできます。
言い換えれば、補正を利用できるようにし、プロジェクトの精度を高め、ミッション後のサーベイまたは設置中のデータ損失やエラーを修復することもできます。
RTK、PPP、およびPPKに最適なGNSSアンテナはどれですか？
RTK（リアルタイムキネマティック）、PPP（精密単独測位）、およびPPK（後処理キネマティック）に最適なGNSSアンテナのタイプは、精度要件、環境、およびアプリケーションによって異なります。ただし、特定のアンテナ特性とタイプは、高精度のGNSSワークフローで一貫して優れたパフォーマンスを発揮します。
| アプリケーション | 最適なアンテナタイプ | 注記 |
|---|---|---|
| RTK（ローバー／ベース） | サーベイ グレードまたはチョークリング | ベース用チョークリング、ローバー用サーベイ グレード |
| PPK（UAV、モバイルマッピング）
PPP（静的または動的） |
サーベイ グレードまたはヘリカル
サーベイ グレードまたはチョークリング |
コンパクトで良好なPCV処理
安定した位相中心が重要 |
SBG SystemsのGNSS/INSソリューションを使用している場合は、RTK、PPP、およびPPKワークフローで最適な結果を確保するために、システムのGNSS受信機の機能（例：マルチバンド/マルチコンステレーション）との互換性が公式に推奨またはテストされているアンテナを使用してください。