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全地球航法衛星システム (GNSS) は、私たちが世界を移動し、通信し、理解する方法に革命をもたらしました。 GNSS という用語は、測位データとタイミング データを GNSS 受信機に送信する信号を宇宙から提供する衛星群を表します。これらの受信機はこのデータを使用して位置を特定します。本質的に、GNSS は、全世界をカバーする自律的な地理空間測位を提供する衛星ナビゲーション システムの標準用語です。この記事の主な目的は、GNSS の概念を深く掘り下げ、その歴史、コンポーネント、現代社会における多様な用途を探ることです。 GNSS のパフォーマンスは、 信号の受信と精度において重要な役割を果たす、使用される GNSS アンテナの品質に大きく依存することに注意してください。
衛星ナビゲーションの起源は、1957 年にソ連がスプートニクを打ち上げたときに遡ります。科学者たちは、スプートニクの無線送信に対するドップラー効果を観察し、衛星の信号の周波数シフトを測定することで、地球上の既知の場所からその位置を特定できることに気づきました。この発見により、衛星ベースの測位システムの基礎が築かれました。
スプートニクに続き、米国は 1960 年代に海軍航行のためにトランジット システムを開発しました。しかし、衛星ナビゲーションが世界中で利用できるようになったのは、全地球測位システム (GPS) が開発されてからです。 GPS は 1995 年に本格的に運用できるようになり、世界中のユーザーに正確な位置情報を提供します。
GNSS は、測位データとタイミング データを GNSS 受信機に送信する信号を宇宙から提供する衛星群を指します。 GNSS の 3 つの主なコンポーネントは、宇宙セグメント (衛星)、制御セグメント (地上局)、およびユーザー セグメント (受信機とアンテナ) です。これらのコンポーネント間の相乗効果により、正確で信頼性の高い位置情報が得られます。
GNSS の衛星は、地球規模のカバー範囲を確保するために星座に配置されています。各衛星は、その位置と正確な時刻を含む信号をブロードキャストします。 GNSS 受信機は、複数の衛星から信号を受信することで、三辺測量を通じて自身の位置を計算できます。
米国の GPS は、初めて完全に運用可能な GNSS でした。 GPS は、少なくとも 24 個の衛星からなる衛星群により、正確なタイミングと位置情報を世界中に提供します。 GPS は、ナビゲーション、測量、タイミング サービスなどの多くのアプリケーションに不可欠なものとなっています。
ロシアが開発した GLONASS は、1996 年に完全運用を開始した代替 GNSS です。劣化を経験した後、2000 年代に復元され、現在はすべての衛星群で運用されています。 GPS に匹敵する測位およびタイミング サービスを提供します。
欧州連合の Galileo システムは、文民統制の下で高精度の測位サービスを提供することを目的としています。 2016 年から完全に運用されている Galileo は、追加の衛星と周波数を提供することで GNSS のパフォーマンスを強化し、精度と信頼性を向上させます。
中国の北斗航法衛星システム (BDS) は、地域的な GNSS から世界規模の GNSS に進化しました。 2020 年に完成した北斗は、グローバルなカバレッジとサービスを提供し、世界中の GNSS の冗長性と回復力に貢献しています。
GNSS の最も顕著な用途の 1 つはナビゲーションです。スマートフォンや自動車での民間利用から軍事作戦に至るまで、GNSS はリアルタイムの位置と速度データを提供します。海事業界と航空業界は、安全で効率的なルーティングのために GNSS に大きく依存しています。
GNSS は、電気通信、電力網、金融ネットワークに不可欠な正確なタイミング情報を提供します。ネットワークの同期は、GNSS 衛星から送信される正確なタイミング信号に依存しています。
測地学と測量では、GNSS を使用して地球上の位置を正確に測定できます。高精度 GNSS 技術により、地殻変動を監視し、地表の正確な地図とモデルを作成できます。
GNSS は、緊急対応業務をサポートすることにより、災害管理において重要な役割を果たします。正確な測位により捜索と救助の任務が容易になり、GNSS データは地震や洪水などの自然災害のモデル化と予測に役立ちます。
GNSS 信号は地球に到達するまでに比較的弱くなるため、干渉や妨害を受けやすくなります。電子機器からの意図しない干渉と意図的な妨害の両方が、GNSS の信頼性に重大なリスクをもたらします。
地球の電離層と対流圏の変動により、GNSS 信号が遅延し、不正確さが生じる可能性があります。これらの大気の影響は、太陽活動が活発な時期に特に顕著であり、GNSS に依存するアプリケーションの精度に影響を与えます。
マルチパス エラーは、GNSS 信号が受信機に到達する前に建物や地面などの表面で反射すると発生します。これらの反射信号は、特に反射面が多い都市環境では位置計算に誤差を引き起こす可能性があります。
精度、整合性、可用性を向上させるために、広域拡張システム (WAAS) や欧州静止航法オーバーレイ サービス (EGNOS) などの拡張システムが実装されています。これらのシステムは GNSS 受信機に補正データを提供し、重要なアプリケーションの精度を高めます。
高度なの使用は、 GNSS アンテナ技術 エラーを軽減し、信号品質を向上させる上で非常に重要です。高精度アンテナはマルチパス効果を軽減するように設計されており、干渉を軽減するフィルターが装備されています。アンテナ設計の革新は、GNSS 受信機の全体的なパフォーマンスに大きく貢献します。
GNSS 近代化プログラムは、新しい信号を追加し、精度を向上させ、堅牢性を高めることにより、既存のシステムを強化することを目的としています。たとえば、L2C や L5 などの新しい民間信号の導入により、GPS は最新化されており、ユーザーのパフォーマンスが向上します。
GNSS の将来には、慣性航法システム、地上測位システム、さらには新興の量子技術などの他の技術との統合が含まれます。この統合により、特に GNSS 信号が侵害される環境において、信頼性が向上し、シームレスな位置情報が提供されます。
GNSS は、現代のナビゲーションおよびタイミング システムの基礎として機能し、日常生活や世界的なインフラストラクチャに不可欠な膨大な数のアプリケーションを支えています。 GNSS が何を表し、どのように動作するかを理解することは、テクノロジーと社会における GNSS の重要な役割についての貴重な洞察を提供します。特に GNSS アンテナ 技術とシステムの最新化において進歩が続くにつれて、GNSS は間違いなくさらに正確で回復力が高まり、私たちの接続された世界の構造にさらに組み込まれることになります。
