補助手段による精度の向上

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補助手段による精度の向上

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/05/07 07:23 UTC 版)

「グローバル・ポジショニング・システム」の記事における「補助手段による精度の向上」の解説

GPSは原理的には最低4つの人工衛星が見えていることが必要であるが、空が開けていない場合などは、補助手段で精度を向上させることも可能である。 まず、GPS受信機内部の時計が正確な時刻に校正された後の一定時間は、時刻情報は内部の時計を用いて3つの衛星で3次元の位置を知ることができる（#原理参照）。しかし、もともとその時計が持っている誤差のため、これも数分で信頼できない時刻になってしまう。 また、地球の形が分かっており、地表（あるいは一定の高度）を移動していると考えられる場合、さらに1つの衛星からの距離を省略しても位置は求められる。地球の形（平均海面）は球体ではなく赤道付近が膨らんだ回転楕円体（扁球）であることは知られているが、これをよく近似した3次元曲面（WGS84など）を多くのGPS受信機がデータとして持っている。 さらに受信機のドップラーシフトを観測すると、C/A信号の1ビット送信時間未満の距離の観測もできる。衛星と受信機の距離が接近または乖離している場合、ドップラー効果により受信周波数の上昇または低下（これは信号の位相変化として観測される）がおきる。これを用いれば、受信機が等速直線運動しかしていないか、それ以外の方向に動いたかも推定できる（1つないし2つの衛星からの信号でもある程度の位置は推定できる）。なお長時間の位相観測によりC/A信号の精度限界以上に精度を上げる方法は、測地用のGPS受信機などでも用いられている。 またカーナビやスマートフォンなどでは、GPSで定期的に位置を決定し、ジャイロ・加速度センサから得られる情報で、自律位置推定している物もある。この場合GPS信号を受信できない状態（トンネル内に入ったとき）も、ある程度の位置は分かる。航空機の慣性航法装置と同様であるが、精度は低いため、複雑な移動や時間経過によって位置の信頼性は落ちる。 現在高度の情報が要求される登山用のGPS受信機では、気圧高度計で高度方向の位置推定の補助手段としたり、磁気コンパスを併用するものもある。空間の (x, y, z) 方向の誤差は均等であるが、前述のようにGPS受信機の多くは地表に沿って動くことを想定しており、地表に沿った方向の位置推定の精度を上げる代わりに高度方向の位置推定を犠牲にしているためである。詳細な地形図情報とGPS信号を組み合わせて現在高度を求めるものもあるが、階層には対応できない。 モバイル機器に搭載のGPSでは、携帯電話の基地局の位置情報（精度数百m〜数km程度）を補助情報として用いることができる。このため初期捕捉を速くしたり、高速移動時に衛星を見失わないための補助手段とすることができる。他にネットワーク通信を利用して、位置演算やGPS情報等を補正し高速化を図っている。（補助GPS） GIS情報を補助手段として用いる場合もある。カーナビでは地図を搭載しているため、道路情報と照らし合わせることで誤差を修正しているものもある（車は道路以外を走れない・水面を走れない、などという制約を利用している）。