そもそもGPSってどういう仕組なのか調べてみた

誰のスマホにでも必ず入っているであろう地図アプリ。
船や飛行機の航行に始まり、カーナビアプリに、登山アプリ、ポケモンGOなどの位置情報を利用したゲーム、最近ではドローンの飛行まで、GPS機能を使用したサービスはたくさんあります。

ではそもそもGPSって、どういう仕組なんだろう？と。
普段気にせずGPSの便利さを享受していますが、実はどんな仕組みで「現在地」を知っているのだろう、と気になったので調べてみました。

私、お恥ずかしながら、割と最近まで「今の現在地は？」って聞いたら、人工衛星が自分のいる場所のデータを送信してくれているとおもってたんですよね。
ちょっと考えれば、端末ごとに通信しているわけないですよねｗ　恥ずかしいーー！

様々なアプリに利用されている「GPSとはどういったシステムなのか」を、小学生にもわかるように説明してみようと思います。

もともとはアメリカの軍事システム

GPSはグローバル・ポジショニング・システム（Global Positioning System）の略で、アメリカ合衆国によって運用される衛星測位システムのことです。
もともとは軍事用のシステムでしたが、現在では世界中で使用することができるようになりました。
アメリカによって打ち上げられた約30機の測位衛星が地球のまわりを周回していて、地球上のどこにいても上空に4機以上のGPS衛星が存在するように配置されています。それらの衛星が発信する信号を手元の端末が受信することで位置を特定することが出来ます。

GPSが使われているものの例

• ナビゲーション（カーナビや地図アプリなど）
• 船や飛行機の航行
• 科学技術や研究開発（野生動物のトラッキングなど）
• 周辺情報の取得（近くのATMをさがしたり）
• 防犯やみまもり（キッズ携帯や高齢者の見守り）
• ゲーム（位置情報を利用したゲーム、ポケモンGOなど）
• スポーツ（サイクリングや登山などの移動を記録）
• タクシーの配車（車両位置を把握、配車短縮）
• カメラ（撮影した位置情報を保存）

自分の生活の中だけでもかなりGPSの情報に頼っていることがわかります。
写真のExif情報、あれもGPS情報を使用しているんですね！

どうやって位置がわかるのか

GPS衛星にはものすごく正確な時計が搭載されています。
GPS衛星はそれぞれ、その正確な時間と軌道の情報（GPS衛星自体の位置）を光の速さの電波で発信し続けています。
手元のGPS端末にそのデータがとどいた時間と、その電波が発せられた時間には電波が届くのにかかったタイムラグがあります。
そのタイムラグをつかってGPS衛星と自分の位置をはかります。
昔学校でならいましたよね

時間×速さ＝距離！

今あなたの手の中にあるスマホは、そのGPS衛星からの電波を受信し、衛星との距離を計算し、その位置と距離から三角測量と同じ方法で現在地を割り出しているわけです。
決してGPS衛星が「次の角を右折」というデータを送っているわけじゃないんです。

3つの衛星から受信した情報で計算をすると、「位置」が特定できます。計算には誤差が生じるため、正確な位置を知るためには4つの衛星からの情報が必要とされています。

GPS衛星はアメリカ製、日本製はないの？

ロシア、中国、EU、インドなど様々な国が独自のGPS衛星を打ち上げています。
日本では2010年に準天頂衛星システム「みちびき」の1号機が打ち上げられました。日本の上空に常に測位衛星を配置することで、精度もぐんと上がります。４機体制が実現すれば誤差数10センチ程度になると言われています。
日本版GPSについては→みちびき（準天頂衛星システム：QZSS）公式サイト – 内閣府

スマホは基地局からの情報も利用

たてもの等に遮られると電波が受信できないこともあります。それを補う為にスマホやタブレットでは、衛星からのGPS情報の他に、各基地局やWi-fiを使用して、端末までの距離を測定し位置を推定する「A-GPS（“A”は「assist」の“補助”）」などの方法を併用しています。通常のGPSは衛星から電波をキャッチして位置測定を行いますが、「A-GPS」は現在地に近い携帯電話基地局にアクセスして位置情報を割り出し、GPS衛星から送られた信号を補足して現在地を計算します。位置情報の受信が地上で行われるため、短時間で現在地の測定ができます。

「A-GPS」を使用していても、やはり電波状況が悪い場所だと、GPSの精度は落ちてしまいます。
無線LANアクセス・ポイントには、位置情報のデータベースが構築されています。アクセスポイントから取得した位置情報と、携帯の基地局からの位置情報を組み合わせ、より精度の高い位置検出ができるようになります。Wi-Fiに接続していなくても、Wi-Fiをオンにするだけでアクセスポイントから送信される位置情報が取得できます。
よく、Wi-fiをオンにしたほうがGPSの精度がよくなる、と聞きますがこういう理由からだったんですね！！

スマホが手放せなくなった現代の生活、何気なく使っているサービスがどうやって機能しているのか、新ためて勉強になりました。