【短時間でスッキリ!】GPSの仕組みを簡単にわかるように解説した。

ためになる知識

この記事では

  • GPSの仕組みを短時間で理解したい!
  • GPSってどうやって位置情報を特定してるの?
  • GPS衛星とどういう風に交信してるの?

という方に向けてお話していきます。

スマホで位置情報を見る時などによく使うGPSですが、最近では「ポケモンGO」等のゲームで使われるなど、どんどん用途が広がってきています。

どうせ複雑な仕組みをしてるんだろうと思うと思いますし、私もそう思ってました。

ですが、調べてみると実は全然そんなことありませんでした。

小学校で習う計算で理解できるような仕組みでしたので、是非読んでみてください。

なお、この記事とほぼ同じ内容を動画でもお話ししていますので、お好きなほうでご覧ください。

【GPSのしくみ】GoogleMapとかポケモンGOってどういうしくみかわかる?

GPSっていう言葉はそもそもどういう意味なのか

view of Earth and satellite

GPSという言葉はそもそもどういうことなのでしょうか。

GPSとはGlobal Positioning Systemという言葉の略です。

これは何かというと、アメリカがあげている衛生のことなんです。

※イメージ

実は、このような衛星は多くの国がたくさんあげています。

2014年12月時点で

・アメリカ:32
・ロシア:24
・EU:4
・中国:16

この内、アメリカ軍のものをGPSと呼びます。

そして、その中で日本で使ってるのはアメリカがあげてる衛生です。

ですので、私達はGPS機能っていう言い方が一般的なんですね。

自分の位置がGPSで特定される仕組みとは

Earth, Lights, Environment, Globe, Planet, Science

それではGPSの仕組みをお話していきます。

例えば、私達がスマホ等でマップを開いた時に自分の位置が表示されると思います。

あの瞬間に何が行われているのでしょうか。

スマホとGPS衛星との間で情報の通信・やり取りをしてるんだよね!

と思いますよね。

実は、意外とそうではないんです。

どういうことかと言うと、もちろん電波を使っているのですが、スマホとGPS衛星で通信のやり取りをしているのではないんです。

GPS衛星から一方的に地球に向かって送り続けているのです。

ですので、スマホはその電波を受信しているだけで、スマホからGPS衛星に電波を送るということは一度もやっていません。

では、GPSからスマホに届いてる電波の中にはどんな情報が載っているのでしょうか。

さぞかしここに複雑なデータが載ってるんでしょ

って思うと思いますが、全然そうでは無いんです。

GPSから来る情報とは何か

Orion Nebula, Emission Nebula, Constellation Orion

GPSから私達のスマホに送られてくる情報には、何が載っているのでしょうか。

それは、

・衛星自身の場所
・衛星が電波を発信した時刻

という基本的にはこの二つの情報だけなんです。

この二つの情報をもとに、スマホは自分の位置を計算によって特定しているのです。

そして、算出した位置情報を画面上に表示しているということです。

スマホで行っている計算とは

person holding smartphone

GPSから情報を受け取ったスマホはどのような計算をしているのでしょうか。

じは、これもシンプルなんです。

その計算とは、

時間×速さ=距離

という計算です。

小学校でやりましたよね。

ではこれをどう使っているかを説明します。

GPS衛星から電波を発信した時刻の情報が飛んでくると先程言いました。

さらに、スマホが衛星から電波を受信した時刻も記録します。

そして、その時刻の差を計算すると、GPSから情報が発信されてからスマホがそれを受信するまでの時間が計算できます。

GPSが発生した電波というのは光の速さで進んでくるということがわかっています。

ちなみに、光の速さは秒速約30万kmです。

その時間の差に光の速さを掛け算することによって、この衛星と自分のスマホとの距離が算出できます。

さっき言った「時間✕速さ=距離」ということです。

このGPS衛生とスマホの距離が算出するということを、三つの衛星を使って同じ事をします。

なぜ三つ同じことをするのかと言うと、

一つ目の衛星と自分のスマホとの距離がわかったとしても、地球上でその距離の場所は一つの円周上のどこかの地点ということしかわかりません。

つまり全然自分の位置が特定できてないということです。

ですので、もう一つの衛星と自分のスマホの距離を算出することによって、その二つの円の交点のどちらかというところまで特定できます。

さらに、もう一つ衛星と自分のスマホの距離を算出することによって三つの円が重なり合っている場所にスマホがあるということが特定できるということです。

このように、理論的には3つのGPS衛星を使うことで場所を特定できるのですが、実際は、これだと若干のズレが生じてしまいます。

ですので、今実用的に私達が使ってるGPSは大体6個の衛星を使ってさらに詳細な位置を特定したりしています。

さらに、スマホと近くの基地局との距離やWI-FIスポットまでの距離を使って、さらに詳細な場所を特定したりしています。

スマホでGPSを使う時に「Wi-fiの機能をオンにしたらさらに詳細になります」というメッセージが表示されたことはないでしょうか?

あれが実はそういうことなんです。

いかがだったでしょうか。

GPSから送られている電波をスマホが受信し、スマホでそれを計算することによって場所を特定しているというのは意外だったのではないでしょうか。

それでは、最後までご覧いただきありがとうございました!

次の仕組みでお会いしましょう。

参考URL
https://www.rex-rental.jp/faq/product/903/gps_launch

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