GNSS と GPS テクノロジー: 主な違いを理解する

GNSS と GPS は連携して機能し、精度と効率を向上させます。

今日のナビゲーション システムは、すべての人の生活に欠かせないものになっています。これらのテクノロジーは、より正確な測定値を達成するためにさまざまな業界で広く使用されています。

最新のナビゲーション技術は、距離と角度を理想的に測定するのに役立つだけでなく、さまざまな業界でこれらの測定を独占的に利用します。

地図作成および測量業界は、より正確で高速で、必要な人的リソースが少ない GPS テクノロジーをいち早く使用しています。

地上管制装置とドローンは、土工会社によって現場の効率と生産性の向上を目指すために頻繁に使用されています。

衛星ナビゲーションはもともと軍事用途に使用されていましたが、現在ではこれらの技術の使用事例が大きくなっています。これには、建設、科学など、複数の市場セグメントにわたる民間部門と公共部門が含まれます。

GPS についてはご存知の方も多いと思います。見知らぬ場所を探索しながら有意義な時間を過ごすことができます。ただし、GNSS はあまり使用されていない用語です。

この記事では、GNSS について理解し、GPS と GNSS の違いについて説明します。最後に、ユースケースにとってどちらがより柔軟で、信頼性が高く、正確であるかについて説明します。

さぁ行こう！

GNSSとは何ですか?

GNSS は Global Navigation Satellite System の略で、さまざまな国が多数の衛星を運用しています。これは、宇宙から信号を提供し、タイミングと測位データを地球上にある GNSS 受信機に送信するために行われます。受信機はさらにこれらのデータを使用して、ユーザーの正確な位置を特定します。

地球の周りを周回する複数の衛星は星座として知られています。したがって、GNSS は衛星の星座も指します。輸送機関、宇宙ステーション、鉄道、大量輸送機関、道路、海事、航空などで使用できます。

ナビゲーション、測位、タイミングは、土地測量、緊急対応、鉱業、精密農業、金融、法執行機関、科学研究、電気通信などにおいて不可欠です。 GNSS のパフォーマンスは、欧州静止航法オーバーレイ サービス ( EGNOS ) などの地域衛星ベースの補強システムを使用して向上できます。

GNSS の例:米国の NAVSTAR GPS、欧州の Galileo、中国の北斗航法衛星システム、ロシアの Global’naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema ( GLONASS )。

EGNOS は、信号の完全性に関するデータを提供し、信号測定誤差を修正することにより、GPS 情報の信頼性と精度の向上に役立ちます。実際のパフォーマンスは、次の 4 つの主な基準によって評価されます。

• 精度:測定された速度、時間、または位置と、実際の速度、時間、または位置との差です。
• 継続性:システムが中断することなく機能するかどうかを意味します。
• 完全性:測位データおよびアラームの信頼性のしきい値を提供するシステムの機能が、この文脈では完全性です。
• 可用性:信号が精度、連続性、完全性の基準を満たすために必要な時間の割合が、この文脈では「可用性」です。

GNSS テクノロジーでは、複雑な三辺測量計算を通じて位置を計算するために、少なくとも 4 つの衛星が必要です。現在、宇宙の衛星は 3 つのセグメントで定義されています。

これらは GNSS テクノロジーの重要な部分と考えられています。

• 宇宙セグメント: 宇宙セグメントは、地球の表面から 20,000 ～ 37,000 km の上空を周回する星座を定義します。
• 制御セグメント:制御セグメントは、世界中にあるデータ アップロード ステーション、監視ステーション、およびマスター コントロール ステーションのネットワークです。
• ユーザー セグメント:ユーザー セグメントは、衛星から信号を受信し、衛星の軌道位置と時刻に基づいて位置を出力する機器を記述します。

GPSとは何ですか?

全地球測位システム (GPS) は、気象条件に関係なく、正確な位置、速度、時間などを決定するために空、陸、海で使用される無線ナビゲーション システムです。

GPS は 1978 年に米国国防総省によってプロトタイプとして初めて開発されました。 1993 年に 24 個の衛星からなるコンステレーション全体で完全に運用されるようになりました。

GPS は米国政府が所有し、米国宇宙軍によって運用されています。 GPS のおかげで、軍関係者だけでなく、世界中の商業ユーザーや民間ユーザーも恩恵を受けています。 GPS は米国が作成および管理していますが、GPS 受信機があれば誰でもアクセスできます。

GPS は、GPS 受信機に時刻と地理位置情報データを提供する GNSS テクノロジーの一種です。ユーザーがデータを送信する必要はありませんが、インターネット接続が良好であればどのデバイスでも柔軟に動作します。

テクノロジーにおいては、新しいコンセプトを推進することが誰にとっても最優先事項です。したがって、既存のシステムに対する技術的要求が GPS の最新化につながります。次世代の運行管理システムとGPSブロックIIIA衛星を実装しています。

GPS は、衛星、受信機、地上局の 3 つの部分で構成されます。それぞれの機能を見てみましょう。

• 衛星: 星座の星のように機能し、信号を送信します。
• 地上局: レーダーを使用して、衛星が私たちが想定している位置にあることを確認します。
• 受信機: 携帯電話や車などに搭載されているデバイスで、常に衛星からの信号を探します。さらに、知りたい場所からどれくらい離れているかも決まります。

GNSS と GPS: 機能

GNSS はどのように機能しますか?

GNSS は設計や時代によって異なりますが、操作は同じです。衛星は L バンドで L1 と L2 の 2 波を送信します。これらの搬送波は衛星から地球にデータを送信します。

GNSS 受信機は 2 つの部分で構成されています。1 つはアンテナ、もう 1 つは処理ユニットです。どちらのユニットの動作原理も簡単です。アンテナは衛星から信号を受信し、処理ユニットは信号を感知します。位置を特定するための正確な情報を収集するには、少なくとも 4 つの衛星が必要です。

GNSS 衛星は 11 時間 58 分 2 秒ごとに地球の周りを周回します。すべての衛星は、安定したタイムスタンプと軌道の詳細を含むコード化された信号を送信できます。信号には、受信機が衛星の位置を計算し、それに応じて正確な位置を調整するために必要な情報が含まれています。

受信機は信号の受信時刻と放送との時間差を計算し、正確な距離を計算します。結果は高さ、経度、緯度の形式で表示されます。

GPS はどのように機能しますか?

GPS は、衛星から信号を収集して出力位置情報をユーザーに提供する三辺測量技術を通じて機能します。地球を周回する衛星は、地表付近または地表上にある GPS 読み取り可能デバイスによって読み取られ、解釈される信号を送信します。

GPS デバイスは、正確な位置を取得するために、少なくとも 4 つの衛星からの信号を読み取る必要があります。各衛星は 1 日に 2 回地球の周りを周回し、固有の信号、時間、軌道パラメータを送信します。

GPS デバイスは衛星からの距離に関する情報を提供するため、単一の衛星では正確な位置を提供できません。

GNSS 星座と同様に、GPS にも空間、制御、ユーザーの 3 つのセグメントが含まれています。

• 宇宙セグメント: 宇宙セグメントは、米国宇宙軍が運用する軌道上にある 30 個以上の衛星で構成されています。これらの衛星は、地球上のステーションを監視および制御するために無線信号をブロードキャストできます。
• 制御セグメント: GPS 制御セグメントには、バックアップ、いくつかの監視ステーション、専用地上アンテナ、および世界中のマスター制御が含まれます。これにより、GPS 衛星が適切に動作し、正しい位置で軌道を周回することが保証されます。
• ユーザー セグメント: ユーザー セグメントは、GPS 衛星を利用して位置、ナビゲーション、および時間を測定するすべての人を指します。

GNSS と GPS: 利点と制限

GNSSの利点

現在では、GNSS という用語が知られています。これは、さまざまな国の 3 つ以上の衛星をカバーし、正しく正確な情報を提供します。 GNSS の利点の一部を次に示します。

• すべてのグローバル ナビゲーション システムをいつでも利用できます。大気の状態により 1 つが機能しなくても、別の 1 つが同じように機能します。したがって、GNSS は受信機への信号への可用性とアクセスを向上させます。
• 正確なタイミング データを取得し、高精度 IoT ネットワークの開発にさらに使用されます。
• これは衛星の集合であるため、ナビゲーション ソリューションが改善され、最初の修正までの時間を意味する TTFF が強化されます。
• 正確な位置情報をデバイスに提供することで、お金と時間を節約します。
• 広大な森林、洞窟、人口密集地など、あらゆる場所で途切れることのない接続が可能になります。
• GNSS 受信機は、障害が発生した衛星をナビゲーション リストから自動的に削除し、最適な解決策を提供します。

GNSS の制限

以下に GNSS の制限事項をいくつか示します。

• 精密なアプローチをサポートするために GNSS システムを使用するたびに、拡張システムが必要になります。
• 垂直精度は10メートル以上です。
• 拡張システムは、可用性、精度、継続性、整合性の要件を満たすために導入されます。
• 航空機の操縦者、パイロット、航空交通サービス、規制担当者などに影響を及ぼします。
• ナビゲーションの安全性はデータベースの精度に依存します。

GPSの利点

• 使い方は簡単です
• 低コスト
• 地球を100%カバー
• 精度が高いので燃料を節約できます
• GPS テクノロジーを使用して、近くのホテル、ガソリン スタンド、ショップなどを見つけることができます。
• デバイスに簡単に統合できます
• 確実な追跡システムを提供します

GPSの限界

• GPS チップはデバイスのバッテリーをすべて消耗します。
• 堅い壁を貫通しません。これは、ユーザーが屋内や水中でこのテクノロジーを使用できないことを意味します。
• 精度は衛星の信号品質によって異なります。
• 衛星の数が限られている場合、位置が変動します。
• 磁気嵐やその他の大気条件が発生している場合は、その場所にアクセスできなくなります。
• 土地測量機器が信号を受信するには、空がきれいに見える必要があります。
• 場合によっては、不正確さにより、別の無効な方法や場所が表示される場合があります。

GNSS と GPS: アプリケーション

GNSSの応用

GNSS テクノロジーは、軍関係者を支援するために 20 世紀に初めて開発されました。時間が経つにつれて、このテクノロジーはさまざまな用途に活用されます。

• 自動車には、製造中に、移動地図、位置、方向、速度、近くのレストランなどを表示する GNSS が搭載されています。
• 航空ナビゲーション システムは、移動する地図表示を使用します。ルートナビゲーション用のオートパイロットにも接続されています。
• 船やボートは GNSS を使用して海洋、海、湖の位置を特定します。ボートの自動操舵装置にも使用されています。
• 建設、精密農業、鉱山などで使用される重機は、機械を誘導するために GNSS テクノロジーを使用しています。
• サイクリストはツーリングやレースで GNSS を使用します。
• 登山者、一般の歩行者、ハイカーはこのテクノロジーを使用して自分の位置を把握しています。
• GNSS テクノロジーは視覚障害者にも利用可能です。
• 宇宙船はこの技術をナビゲーション ツールとして使用します。

GPSの応用

GPS は世界中で多くの用途に使用されています。それらのいくつかを見てみましょう。

• 航空業界は GPS を使用して、乗客とパイロットに航空機のリアルタイムの位置を提供します。
• 海洋産業は、ボートの船長に正確なナビゲーション アプリケーションを提供しています。
• 農家は農業機械に GPS 受信機を使用しています。
• 測量
• 軍隊
• 金融業務
• 電気通信
• 大型車両誘導
• 社会活動
• 位置決め
• 近くの場所
• 宝物を求めて
• 一人旅

等々。

GNSS と GPS: 違い

GPS は、場所、レストラン、住所などを見つけるのに役立つツールであることは誰もが知っています。現在の場所や住んでいる場所を他の人と共有することもできます。 GPS を通じて位置情報にアクセスできますが、信号に干渉があると位置情報や情報にアクセスできなくなります。

GNSS は、GPS と同様の動作をする用語ですが、干渉が発生している場合でも、より柔軟で信頼性の高い位置へのアクセスが可能です。これには、GPS、Baidu、Galileo、GLONASS、およびその他のコンステレーション システムが含まれます。それが、国際マルチコンステレーション衛星システムと呼ばれる理由です。 GNSS は、さまざまな国の複数の GPS 衛星を使用して、正確な位置をナビゲートしていると言えます。

いくつかの側面に基づいて、テクノロジー間の主な違いを詳しく掘り下げてみましょう。

GNSS は、さまざまな国のさまざまな衛星からの情報を組み合わせることで、より正確なデータを提供します。一方、GPS は、米国政府によって管理および維持される特定のデータ プロバイダーです。

結論

GPS は、最初の全地球測位衛星システムである GNSS の一種です。一般に、GPS は衛星ナビゲーション システムを表すためによく使用されます。どちらも業務内容は同じですが、働き方が異なります。

GNSS と GPS は、交通、海洋航法、モバイル通信、農業、陸上競技など、正確かつ継続的に利用可能な時間と位置情報が必要な複数の分野で使用されています。

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