GNSSはなぜ都心で精度が悪くなりやすいのか

著者:杉浦

GNSSはなぜ都心で精度が悪くなりやすいのか

 GNSS(Global Navigation Satellite System)/全球測位衛星システムの略称であり、GPSを含む衛星を用いた位置情報を得るシステムのことです。
GNSSについて書かれた記事:GNSS(Global Navigation Satellite System)とは
この記事はGNSS全体に共通することについての話なので、この記事の中のGNSSはGPSと読み替えても何ら問題ありません。
 スマートフォン、テレビ、ラジオを始め世の中には電波を用いて通信を行う機器が多々あります。それらは都心の様な障害物の多い中であっても良好な通信を行うことができます。GNSSはなぜスマートフォン、テレビの様に障害物の多い中で良好な通信を行うことが簡単でないのでしょうか。この原因はGNSSが位置情報を算出するには直接電波を受け取ることが重要であるという点にあります。
 GNSSの行っている計算は下図の様な地上のGNSS受信機一台と地球の衛星軌道上の人工衛星三基を結んでできる三角錐をイメージするとなんとなくわかりやすいです。

この三角錐をなす四つの点のうち、GNSS受信機の位置は未知であり、人工衛星の位置は既知であります。また、三角錐を成す辺の長さのいずれも既知であります。GNSS受信機は自身の位置を計算する時、「衛星の三点の位置と各辺の長さのみがわかる。未知である受信機の一点の位置は?」という問題を解いています。(大体このようなことをしているというイメージ程度で実際は異なります)この計算を行う時、受信機と衛星間の辺の長さをGNSSは衛星から電波が発信された時刻と受信機が電波を受け取った時刻の差によって算出しています。電波の速度はほぼ一定のため、電波の発信受信間の時間と合わせることで距離=速度×時間の式で衛星と受信機の距離を求めることができます。ここで電波が建物に遮られ、反射した電波をGNSS受信機が受け取ったと仮定します。この時、反射した電波を受け取った時刻は、反射した分、直接電波を受け取るはずだった時刻より遅れます。この時刻の遅れが前の話とつながって位置の誤差となります。そのため、直接電波が受け取れず反射した電波を受け取りやすい状況が生まれやすいビル街ではGNSSの精度が悪くなりやすいのです。

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