GPSの仕組みとは

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GPSの仕組みとは

GPSとは?

GPS(Global Positioning System / 全地球測位システム)とは、地球周回軌道上にある人工衛星を利用して、GPS機能を備えた機器の位置を特定するためのシステム。
元々は、米軍の軍事技術であったが、現在は、軍事だけでなく、民生利用も可能であるため、スマートフォンやカーナビなどに幅広くGPS機能が搭載されており、現代において、我々の生活に無くてはならないものとなっている。

GPSはどこで使われている?

GPSは、最も身近なもので例を挙げると、スマートフォン、カーナビゲーションシステム、登山向けの多機能腕時計、ウェアラブル端末、デジタルカメラ、ノートパソコンなどに使用されている。
一番はやはり、スマートフォンのGoogleMapなどのマップ系のアプリでよく利用していることでしょう。

GPSの仕組み

GPSで座標(x,y,z)を知ることができるのだから、GPS衛星が座標を送信し、GPS機能を搭載している機器が受信しているという漠然としたイメージをお持ちではないでしょうか?
実は、GPS衛星は、座標を送っているのではなく、時刻情報衛星の起動情報を常時地上に向けて送信しています。
GPS受信機は、この情報を複数のGPS衛星から受信することで、それぞれのGPS衛星との距離を割り出すことにより、現在地を知ることができる。

GPS衛星は、高度約2万kmの6つの軌道上にそれぞれ4つ以上、計24個以上が配置することで、地球上の全域をカバーしてる。
これらの衛星は、約12時間周期で地球を周回している。GPS衛星は約7年半で寿命を迎えるため、毎年のように新しいGPS衛星を打ち上げている。概ね30個ほどの衛星が常に運用されている。

GPS衛星から時刻情報が送られてくるため、衛星には、時計が搭載されている。時計にはクオーツなどのあまり精度の高くないものが使用されている。
そのため、時刻の誤差が100万分の1秒であっても、そこから算出される距離には、約300mの誤差が生じてしまう。
そこで、4つのGPS衛星から電波を受信することで、正確に受信時刻と座標を算出する。

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