GNSS受信機とは
GNSS受信機とは、人工衛星から信号を受信して、受信地点の緯度、経度の情報に変換するための装置です。
GNSSとは「Global Navigation Satelite System」の略したもので、全球測位衛星システムと訳されます。人工衛星を利用して、位置情報を測定するシステムです。
米国のGPS (Global Positioning System) は、最も広く利用されているGNSSです。日本ではQZSS (Quasi-Zenith Satellite System: みちびき) 、ヨーロッパのGalileo、ロシアのGLONASS、中国のBeiDouなど、それぞれの国が構築している衛星システムがあります。
GNSS受信機の使用用途
GNSS受信機は、位置情報を活用したサービスで用いられています。私たちの生活で身近なものでは、カーナビゲーションでGPSが知られるようになりました。
現在では、スマートフォンにも搭載されています。また、近年普及しつつあるドローンも、GNSS受信機を搭載し、位置の制御に活用しています。
GNSSの応用例は、バスやタクシーの運行情報の提供、子どもや高齢者の居場所の確認、建設機械の位置把握などです。災害への備えとして、自然斜面での地盤位置を測定することにより、突発的な土砂崩れの前兆を検出します。
GNSS受信機の原理
GNSS受信機の原理には、単独測位と相対測位があります。
1. 単独測位
単独測位は、4つ以上の衛星からの信号をGNSS受信機が受信し位置情報を取得する方法です。衛星から送信された信号には、送信した時刻の情報が入っており、送信した時刻と信号から、GNSS受信機に到着するまでの時刻の差を出して、それを信号速度で乗じて衛星までの距離を算出します。
同様に他3つ以上の衛星からの距離も算出し、GNSS受信機の位置を検出します。理論的には3個の衛星があれば三角測量によりGNSS受信機の位置を求めることができますが、誤差を補正するために4つ以上の衛星が必要です。
2. 相対測位
相対測位には、DGPS (Differential-GPS) と干渉計方式があります。
DGPS方式
DGPS方式は、複数のGNSS受信機で4つ以上の衛星からの信号を受信し、高精度な位置情報を取得します。複数のGNSS受信機が単独測位を行い、それぞれの受信機の位置情報から共通誤差を考慮して位置を取得する方法です。
干渉計方式
干渉計方式はDGPS方式と同様に、複数のGNSS受信機を利用し、それぞれの受信機が受信する信号の位相差も利用して位置の取得をします。
GNSS受信機のその他情報
1. 国産の測位衛星みちびき
GPSはアメリカの測位衛星を使ったシステムであり、当初は軍事目的で開発されたものです。日本のGNSSは2010年に「みちびき」の初号機が打ち上げられました。2018年に4機体制でサービスが開始され、7機体制が構築される予定です。
みちびきは準天頂衛星システムと呼ばれ、準天頂軌道を使っており、日本を中心にアジア・オセアニア地域上空を飛行しています。なるべく日本付近に長く留まるように、南北非対称の「8の字軌道」を飛行しており、北半球に約13時間、南半球に約11時間滞在します。
みちびきはGPSと一体で利用し、GPSを補うことでより高精度で安定した測位を実現させるためのシステムです。
2. みちびきの活用例
みちびきは高精度な位置情報を利用可能で、cm級測位も対応しているシステムです。そこで、さまざまな活用方法が検討されています。例えば、労働力不足が顕在化している農業では農機の自動走行システムです。
交通安全領域では自動車の自動運転、道路交通法違反の自動判定、冬季の除雪作業の支援などへの利用が検討されています。福祉分野では、視覚障害者の自立歩行の補助などに期待されています。
参考文献
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jsprs/52/4/52_165/_pdf/-char/ja
https://qzss.go.jp/usage/userreport/use-cases_181025.html
https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejjournal1994/116/10/116_10_672/_pdf
http://www.shamen-net.com/word/word02.html