ポータブルカーナビのススメ
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 ■ GPS衛星について

     画像をクリックすると衛星が動きます

GPS衛星は放送衛星のような静止衛星ではなく、地球を1周するのに約12時間かけて回っています。つまり同一地点から見ると絶えず動いています。

実際に右図のようなカーナビの受信状況を確認する画面で衛星の位置を見ると、時間と共に少しずつ動いているのがわかります。

なおGPS衛星に関する運用情報は海上保安庁(株)ニコン・トリンブル(株)ソキアが日本語で提供しています。

GPS衛星の主な諸元
利用可能衛星数 30個 (2004年12月時点
軌道高度 約20,200km
軌道の形 ほぼ円
周期 約11時間58分
軌道面 6面(各面に4〜5衛星を配置)
軌道傾斜角 55度(赤道面に対する軌道面の傾き)
GPS = global positioning system
全地球無線測位システム。衛星から発射した時刻信号の到達時間などから地球上の受信者の位置を測位する。

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 ■ 実際に受信できる衛星数はいくつ?
下のグラフは2004年12月時点で24時間の間に受信できる衛星数を計算した結果です。
このグラフから電波を遮る障害物がなければ常に6個以上の衛星が受信できることが分かるので、安定した測位結果が得られることになります。なお衛星のメンテナンスが行われているときは衛星数が少なくなることがあります。




 ■ 正常に測位できないことがあるGPS
カーナビを使いながら市街地を走行していると、GPS衛星から到達する電波が建物などの影響で断続的に、またトンネルに入った場合は連続して受信できなくなることがあります。さらにGPSアンテナを車室内に取り付けた場合には、車のルーフやピラーが電波の遮断や減衰を生じさせます。このようにGPS衛星の信号が受信できない状態では、GPS受信機から計算結果が出力されない(どこにいるのかわからなくなってしまう)ことがあります。

また、GPSの電波が地球に届く前に通過する電離層や対流圏が原因となって電波伝播誤差が生じたり、さらには電波を受信する周囲にビルなどの構造物がある場合には、電波が壁面に反射してマルチパスを発生させ、これが原因でやはり位置誤差が生じてしまいます。この状態は地平線に近い、つまり低い仰角に存在するGPS衛星から到達する信号ほど顕著に現われます。そして、この位置誤差は自車位置を間違った場所へ表示させる原因となります。ちなみにマルチパスはD-GPS(ディファレンシャルGPS)機能が働いていても除去することはできません。

いつでも、どこでも、正確な位置を特定してくれる頼もしい存在と誤解されやすいGPSですが、実は場合によっては位置がズレてしまったり、最悪のケースではどこにいるのか分からなくなってしまう、という不安定な側面も持ちあわせています。

 ■ 場所によって衛星の配置が違うの?
右の図は、日本の中でも受信する場所の違いが衛星配置に対してどのように影響するのかシミュレートしたものです。(日時はすべて同じ)

結果はご覧のとおりで、日本国内では若干の違いはあるものの、極端な違いを見ることはできません。つまり、日本国内ならば場所がどこであれ、衛星の配置による位置精度の違いはほとんど無いということが言えます。


では、海外と比較した場合の衛星配置はどうかというと、ご想像のとおり日本から遠ざかるにつれ、どんどん違いが大きくなっていきます。

顕著なのは緯度が異なると、下図のように衛星の通り方が変わってきます。東京と南半球にあるオーストラリアのシドニーは対称的です。
札幌                   東京
 
 大阪                  北九州
 
【東京】 北緯35°40′ 東経139°40′


【シドニー】 南緯33°54′ 東経151°16′
【ロンドン】 北緯51°30′ 西経0°7′


【シンガポール】 北緯1°22′ 東経103°45′
GPS Planning Software

 ■ ポータブルナビ、ハイブリッドカーナビと何が違うの? 肝心な位置性能は?
ポータブルカーナビとハイブリッドカーナビとの違い、特に位置性能について記述しています。

 ■ GPSの補強システムMSAS(WAAS)について
神戸航空衛星センター
 MTSATの衛星運用やMTSATを利用したGPS補強情報の提供等を行う

MSAS試験信号の送信に関するページ(神戸航空衛星センター)
 MSAS試験信号の現在の送信状況や今後の送信予定等について

ポータブルナビにおけるMSASによる位置精度向上の可能性

2006年初めにはMSASの運用でカーナビの位置性能が向上する!?

GPSとMTSAT-1R(ひまわり6号)の衛星軌道

MTSATの仕様概要
衛星の形式 3軸姿勢制御の静止衛星
衛星の寿命 10年以上(航空ミッション10年、気象ミッション5年)
静止軌道と位置 赤道上約36,000Km 東経140度
MTSAT = Multi-functional Transport Satellite

MTSATは静止軌道衛星。円軌道を東向きに回る人工衛星は周期が地球の自転と一致するので、地上からは宇宙の一点に静止しているように見える。

また、MTSATは航空管制等のための航空ミッション機能と気象観測のための気象ミッションを併せ持つ複合衛星。
北極上空から見たGPSとMTSAT-1R(ひまわり6号)の衛星軌道
画像をクリックすると鮮明になります(Internet Explore専用)

 ■ 衛星軌道計算プログラム
Nova for Windows
 あらゆる人口衛星について、一度にたくさんの衛星の軌道を計算することができる衛星の軌道追跡プログラムです。机上でリアルタイムに刻々と変化する衛星の位置を確認することが可能です。体験版(DEMO)をダウンロードすることができます。

Orbitron - Satellite Tracking System
 これも人工衛星の位置や軌道をPCの時計と連動してリアルタイムで世界地図上に表示できるソフトウェアですが、日本語の表記が選択可能で、スクリーンセーバーとしても動作するのが特長です。“世界地図”モード以外に“レーダー”モードも搭載し、いわゆるGPSの天空図表示ができます。Orbitron の使い方は、こちらで解説をされています。

世界地図 レーダー

Planning Software
 トリンブルのGPS衛星専用飛来予測プログラムです。
Novaはリアルタイムで刻々と変わる衛星の移動を確認することができますが、こちらは前もって測量のプランを立てることをサポートするプログラムなので、時間と共に自動的に位置を変化させることはできません。
こちらで簡単な使い方の解説をしています。

NASA Satellite Tracking
 JAVAを使った衛星軌道表示サイトです。

 ■ GPS関連リンク
USCG Navigation Center (NAVCEN)

Global Positioning System Overview

国土地理院

独立行政法人 電子航法研究所

準天頂衛星を利用した高精度測位実験システム (JAXA)

GPSの森 (京都大学)

米大統領がGPS信号のスクランブル中止を命令 (WIRED NEWS)

GPSに関する用語解説 (shamen-net.com)

フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』- GPS
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