全地球測位システム（GNSS）とは — 衛星測位の仕組みと主要システム

全地球測位システム（GNSS）の仕組みと主要システムをわかりやすく解説。衛星測位の原理、各国の比較、応用例と精度向上技術まで網羅。

人工衛星を使ったナビゲーションシステムは、位置を正確に把握するための手段です。

人工衛星を使ったシステム。このシステムは、正確な位置情報を提供します。小型の電子受信機で自分の位置（経度、緯度、高度）を知ることができます。位置は、人工衛星から無線で直線（見通し）に沿って送信される時間信号を使って、数メートル以内で示されます。また、この信号により、受信機は現在の現地時間を高精度に計算することができる。全世界をカバーする衛星航法システムは、GNSS（Global Navigation Satellite System）と呼ばれることもある。全地球測位システムは、最大かつ最も利用されているGNSSである。2番目に大きいのはロシアのGLONASSである。中国、インド、欧州連合（EU）なども同様のシステムを開発している。

GNSSの基本的な仕組み

GNSSは、複数の衛星が発する「時刻付き信号」を受信し、その信号の伝搬時間から衛星と受信機間の距離（擬似距離：pseudorange）を求めます。受信機は少なくとも4つの衛星からの距離情報を使って、自分の位置（経度・緯度・高度）と受信機時計の誤差を同時に解くことで正確な座標を算出します。4つ目の衛星は受信機内の時計偏差（クロックバイアス）を補正するために必要です。

主要なGNSSの一覧

• GPS（アメリカ） — 最も普及しているシステム。民生用のL1（C/A）・L2・L5などの周波数を提供。
• GLONASS（ロシア） — 頻度や信号方式がGPSと異なるが、近年の衛星で互換性が向上。
• Galileo（欧州連合） — 民生向け高精度サービスと公的な認証機能を重視。
• BeiDou（中国） — グローバル展開を完了し、多数の民生用および短メッセージ機能を提供。
• NavIC（インド） — 限定的な地域（インド周辺）をカバーする地域衛星航法システム。
• QZSS（日本） — 日本・周辺地域でのサービスを強化する補完システム（衛星数は少数で地域特化）。

信号と周波数

各GNSSは複数の周波数帯（例：L1、L2、L5など）で信号を送ります。複数周波数を受信することで、電離層遅延などの大きな誤差を補正でき、測位精度が向上します。民生向けのコード（C/A、E1など）と、より高精度・軍事用途の暗号化された信号が存在します。

測位誤差の主な要因

• 衛星時計と軌道誤差 — 衛星時計のずれや軌道データ（エフェメリス）の誤差。
• 電離層・対流圏遅延 — 電波の速度変化による遅延。周波数依存性あり（電離層）。
• マルチパス — 建物や地面で反射した信号が受信機に到達することで生じる誤差。
• 受信機雑音・アンテナ位相中心 — ハードウェア由来の不確かさ。
• 遮蔽（遮断） — 都市のビル群や樹木などで衛星が見えにくくなると精度低下。

精度向上技術

• SBAS（衛星拡張システム） — WAAS、EGNOS、MSASなど。広域での補正信号を用いて数メートル単位の精度改善を行う。
• DGPS（差動GNSS） — 地上局が観測した誤差を補正データとして送る方法で、メートル以下の精度が可能。
• RTK（リアルタイムキネマティック） — 基準局と移動局の相対測位により、センチメートル級の高精度をリアルタイムで実現。
• PPP（単独測位精密化） — 高精度な衛星軌道・時計補正を使用して単独受信機で高精度測位を行う方法（数十センチ〜数十センチ程度）。

利用分野

• カーナビ、スマートフォン、携帯デバイス
• 海上・航空の航法と安全管理
• 測量、建設、農業（精密農業）
• 自動運転、ドローンの位置制御
• 時刻同期（電力網、通信網、金融取引など）
• 災害対応・捜索救助（位置情報による迅速な対応）

最近のトレンドと課題

近年はマルチGNSS受信（複数の衛星システムを同時に使う受信機）や高精度リアルタイムサービスの普及が進んでいます。一方で、都市部の遮蔽やマルチパス、妨害（ジャミング）・なりすまし（スプーフィング）といったセキュリティ問題も重要になっています。これらに対して信号認証技術や補完システム、地上補強の組み合わせで対策が進められています。

用語メモ

• 擬似距離（Pseudorange） — 受信機が測定する、衛星と受信機間の伝搬遅延に基づく距離見積もり。
• エフェメリス（Ephemeris） — 個々の衛星の精密軌道情報。
• アルマナック（Almanac） — 衛星群全体の概略情報（粗い軌道データ）。

まとめ

GNSSは、衛星が送る時間付き信号を基に距離を求め、複数衛星からの情報で三次元位置と受信機時計のずれを同時に解くことで位置を算出します。GPSやGLONASS、Galileo、BeiDouなど複数のシステムがあり、用途や要求精度に応じてさまざまな補正技術（SBAS、DGPS、RTK、PPP）が利用されます。日常的なナビゲーションから測量・産業用途まで幅広く利用される一方で、電磁環境や意図的妨害への対策、より高精度・高信頼なサービスの提供が今後の課題です。

質問と回答

Q: 衛星航法システムとは何ですか?

Q: サトナビシステムはどのように機能するのですか?

Q: サトナビの使用にはどのような受信機が必要ですか?

Q:どのような情報を得ることができますか?

Q: GNSS（グローバル・ナビゲーション・サテライト・システム）とは何ですか?

Q: GNSSの中で最も大きく、最も使われているのはどれですか?

Q: 似たようなシステムを独自に開発している国や地域はどこですか?

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