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方違えも安心!位置情報を知るGPSの技術

   

旅行に行くときは車を利用することも多いですよね。

現地でレンタルすることもあると思います。

そして知らない場所だからこそ力を発揮するのがカーナビです。

最近はスマートフォンでナビゲーションするものもあります。

どちらにしても、どうやって車の位置を特定しているのか気になります。

地図は建物などの動かない物を書いているものでしょ?

だから、なんとなく理解できます。

でもカーナビは動いている車の位置をその瞬間、瞬間で表示するんですよね。

一体どういう仕組みなんでしょう。

GPSとは?

動くモノの現在位置を示す情報を位置情報と言います。

動くモノとは、人間とか車とか動物とかです。

GPSという言葉は、きっとどこかで聞いたことがあると思います。

GPSとは、Grobal Positioning Systemの略なんですね。

つまり、現在位置を測位する技術のことなんです。

また、測位なんて難しい言葉が出てきました。

測位とは、動くモノの位置情報を測定すること。

測位には時間をかけることができません。

時間をかけるとその間にも移動してしまうからです。

だから、スピードと正確性の高い技術が必要なんですね。

それを実現するのがGPSというわけです。

ナビスター衛星とは?

現在位置を測位する技術、GPS。

米国国防総省によって運行されている「ナビスター衛星」という人口衛星を使って測位します。

スケールの大きな話になってきました。

もともとは米軍の軍事技術が民間に開放されたのがGPSなんですね。

この衛星から発信される電波を使って現在位置を測定するそうです。

ナビスター衛星は全部で24機、衛星は12時間で地球を一周しているそうです。

電波の受発信の仕組み。

ナビスター衛星からは、現在位置と現在の時刻が発信されています。

場所と時刻だけ。

とってもシンプル。

一方、カーナビにはGPS受信装置というものが組み込まれています。

そのGPS受信装置が、ナビスター衛星からの電波を受信するんですね。

でも24機すべての発信データを受信できるわけではありません。

受信装置から見て、地球の反対側にあるナビスター衛星からの電波は受信できないんです。

だから、実際は4機の衛星が発信する電波を受信しています。

4機からの場所と時刻の情報の電波が受信できれば、端末の現在位置、つまり、緯度、経度、高度が計算できるのです。

位置情報の計算方法。

発信時刻と受信時刻の差は電波が届くまでにかかった時間ということになりますよね。

これに電波の速度を掛けて、衛星と受信装置との距離を計算するんですね。

発信から受信までの時間が長ければ距離が長いってこと。

思ったより簡単な計算ですよね。

この計算には4機以上の衛星から電波受け取る必要があります。

実際には、3次元なので、3つの衛星からの情報で足りるわけです。

でも時間の問題があるんです。

衛星の時間は正確でも、受信装置に時間のズレがあり、精度が低いんだそうです。

4つの衛星からの受信が必要なのはそのためなんです。

そして4機から受信できるように、衛星の位置は計算されているそうです。

地球上のどの位置でも4機以上の電波を受け取ることができるように計算されて衛星を運行しているということですね。

ですので、GPSは電波が届かない建物の中、ビルの多い場所などでは、4機以上の電波が届かないことがあり、測位の誤差が大きくなったり、測位できないということもあるんです。

GPSも誤差が出る?

精度の高い技術のイメージがあるGPSですが、いろんな要因で誤差が出ることはあります。

まず4つの衛星の位置関係による影響があります。

それぞれの衛星と衛星の距離は遠い方が精度が高くなるといいます。

つまり、散らばっていた方が正確な位置情報を計算できるということです。

4機が固まっていると、誤差が出るんですね。

それから衛星が水平線に近い場合もビルなどにあたって測位に使えないということもあります。

その場合も誤差が出ます。

建物の壁面に反射して、受信装置に届くこともあり、これも誤差の要因となります。

そのほかにも太陽と月の引力による大気中での速度の低下によるズレもあります。

完璧ではないにしても、カーナビはかなり正確ですよね。

進んでいる方位がリアルタイムでわかるので、凶神のいる方位に進んでいるかもすぐにわかりますよね。

方違えにも利用できそうです。

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