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GPSってなに?

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スマホの地図アプリに表示される現在地。待ち合わせの場所に行ったり、迷ったときに助けてくれたりして本当に便利な機能ですよね?

この位置情報システムには、「GPS」が使われていることは、ほとんどの人が知っていると思います。それでは、GPSはいったいどうやって自分の位置を調べているのでしょうか? これに答えられる人はそう多くはないでしょう。

そこで今回は、今さら聞けないシリーズとして「GPSってなに」をテーマに詳しく解説していきます!

もともとは米軍の軍事技術

GPSとは「Global Positioning System」の頭文字をとった略称です。日本語では「全地球測位システム」といい、複数の人工衛星を利用して、自分が地球上のどこにいるのかを正確に割り出すことができます。

このすごいシステムは、旧ソ連との冷戦時代に、航空機や船舶の正確な位置情報をリアルタイムで把握する必要があった、米国空軍と海軍が協力して開発しました。1973年に開発が始まり、1989年から人工衛星の打ち上げを始め、正式な運用が始まったのは1993年のことです。

GPSは正確な現在位置を瞬時に計測できるため、民間からも使わせて欲しいという要望が出てきます。

しかし、誰でも使えるようにすると敵国やテロリストにも使われてしまいます。これでは、敵に塩を送ることになってしまうので、米国防省はわざと測位精度を落とすことで、民間でも利用できるようにしました。そのため、開放当初の民間のGPSの誤差は最大100m近くありましたが、2000年5月に制限が解除されたことで、現在では数mの誤差となっています。

こうして、カーナビなどで使われ始めたGPSは、携帯電話やスマホなどにも搭載されるようになり、今ではGPSがない生活は考えられないほど普及が進んだのです。ちなみに米軍の使っているGPSの誤差は、最大でも数十cmと言われていますから、驚くしかありません!

GPSの仕組み

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それでは、なぜ人工衛星を使うと地球上の位置が特定できるのでしょうか? この仕組はちょっと複雑なのですが、できるだけ簡単に説明してみます。

まず、GPSで使われている人口衛星は、時刻情報を含んだ電波を発信します。その電波を受信した側は、人工衛星と自分との距離を「距離=速度×時間」で計算します。電波の速度は秒速30万キロなので、時刻差が0.1秒なら人工衛星からの距離は、3万キロであることがわかるわけです。

ひとつの人工衛星の電波だけでは、その人工衛星から3万キロ離れた「どこか」にいることしかわかりません。しかし、3つの人工衛星からの距離がわかれば、3つの距離がひとつに交わる場所は1カ所しかないので、どこにいるかが特定できるのです。

実際には受信する側の時刻に誤差があるため、4つ以上の人工衛星からの電波が必要になりますが、理論的には3機の人口衛星があれば位置は特定できます。これがGPSで現在位置がわかる仕組みです。

地球上すべての場所で、4機以上の衛星が補足できるように、常に30機のGPS衛星が地球の周りをぐるぐる回っています。

どうですか? わかりましたか? ちょっと難しいですよね…。

GPSの仕組みは、いろいろなWEBサイトで解説されているので、興味があったら調べてみてください。

参考に「JAXA」(宇宙航空研究開発機構)のサイトを紹介しておきます。
「今いる場所・時間がわかる測位とは?」

進化するGPS


もともとGPSに誤差があることはお伝えしましたが、さらに日本では困った問題がありました。大都市部の高層ビルや山間部の山が衛星からの電波を遮断してしまい、大きな誤差がでてしまっていたのです。

そこでJAXAは、2010年にGPSを補完することを目的に準天頂衛星「みちびき」を打ち上げました。みちびきは、常に日本の真上に位置し、米国のGPS衛星に準じる電波を送信しています。

真上から電波が届くので、高層ビルや山に邪魔されることがなくなり、測位精度が大きく向上しました。ですが、今はまだ実証試験用の「初号機」しか打ち上げられていないため、東京付近で真上にあるのは、1日8時間程度となっています。2017年以降、順次打ち上げて数を増やし、2020年には4機の運用になって24時間使えるようになる予定です。

さて、GPSには精度以外にもうひとつ問題があります。それは、米国の思惑次第で測位精度が悪くなったり、突然使えなくなったりする可能性があることです。

そこで、EU(欧州連合)が中心となって、「ガリレオ」という測位システムの構築を進めています。また、中国も「北斗」という独自の衛星測位システムを構築中です。そして、ロシアもソビエト連邦時代に開発された「GLONASS(グロナス)」という独自の衛星測位システムを修復し運用しています。

「GLONASSなんて聞いたことない」という人も多いと思いますが、実は「iPhone(4S以降)」や「Xperia」シリーズなどでGPSをサポートするために利用されています。昨年あたりからカーナビやレーダー探知機でも、「GLONASS」にも対応した機種が発売されるようになっているので、これからきっと目にする機会が増えるはずです。

いかがでしたか?

便利なGPSですが、冷戦の副産物というのは、ちょっと複雑な気持ちになってしまいますね。

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