GPSのしくみ空から届く時刻で、
受信機が位置を求める。

GPSは、地図ではなく測位のしくみ

GPSは現在地を求めるための衛星測位システムです。地図の道路や建物を描くデータとは別です。受信機が求めた位置を地図の上へ表示することで、スマートフォンの画面では一つの機能に見えます。

位置がずれて見える理由も、測位のずれだけとは限りません。地図データや住所の対応など、表示側の問題が関わる場合があります。

衛星は位置と時刻の情報を放送する

GPS衛星は、時刻や衛星の位置を求めるための情報などを含む信号を送ります。受信機はその情報を使います。一般的なGPS測位では、スマートフォンから衛星へ「自分はここ」と伝える必要はありません。

衛星が一台ずつスマートフォンを撮影したり、端末の位置を探して答えを送ったりしているわけではありません。計算する側は受信機です。図の矢印を受信機へ向けたのは、この関係を示すためです。

到着までの時間から距離を見積もる

電波は非常に速く進みます。信号が送られた時刻と受信された時刻の差が分かれば、距離に関わる値を求められます。ただし受信機の時計は衛星の高精度な時計と完全には一致しません。

**このずれを含んだ距離の値は擬似距離と呼ばれます。**単純にストップウォッチで測った距離を並べるだけではなく、時計のずれや信号の伝わり方の影響を考えて位置を計算します。

図2は、衛星の送信時刻と受信機の時計、計算する未知量を三つのカードに分けています。針の角度は役割の記号で、時刻差や測位距離の数値ではありません。

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1. 衛星の時刻・位置の情報
2. 受信機の時計のずれも考える
3. 通常の三次元測位：位置3成分と時計

なぜ一つの衛星では分からない？

一つの衛星から一定の距離にある場所は、空間では球面状に多数あります。別の衛星からの条件を組み合わせると、候補を絞れます。図で距離を示す場合、平面の円の交点は理解用のモデルで、実際の三次元測位と同じ形ではありません。

一般的な三次元測位では、位置の3成分と受信機の時計のずれという4つの未知量を求めます。**そのため通常は少なくとも4衛星の情報を使います。**特別な制約や別の情報を利用する場合を、一般的な方式と混同しないことが大切です。

↔ 表が収まらない場合は、横にスクロールして比較できます。

衛星の数だけで精度は決まらない

信号が建物で遮られたり反射したりすると、受信条件が変わります。空が見えにくい場所では信号を利用しにくくなります。衛星がどの方向へ分布しているかも、距離の誤差が位置へどれだけ影響するかに関わります。

受信機の設計や補正方法によっても結果は異なります。「4つ受信できたらどこでも同じ精度」という説明は避ける必要があります。

スマホの現在地には、他のしくみも関わる

端末はGPS以外の衛星測位システムや、Wi-Fi、携帯電話の基地局、センサーなどの情報を利用する場合があります。現在地の表示ができたから、必ずその瞬間にGPSだけで測ったとは限りません。

位置共有アプリが現在地を送信する場合は、測位とは別にネットワーク通信を使います。測位と共有を分けると、衛星への受信と、相手へ情報を渡す通信を混同せずに理解できます。

図3は測位・地図表示・位置共有を比較します。表示や共有には別の情報と機能が関わり、三つのカードが必ずこの順で通信する配線図ではありません。

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1. 測位：衛星から受信して計算
2. 地図表示：位置を地図へ重ねる
3. 位置共有：別の通信で相手へ渡す