ディファレンシャルGPS

差動全地球測位システム（DGPS ）は、全地球航法衛星システム（GNSS）から得られる位置データを補完し、強化します。DGPSは、位置データの精度を約15メートル（49フィート）から1～3センチメートル（1 ⁄ 2～1+1 ⁄ 4 インチ）。 ^[1]

DGPS は、固定された地上基準局のネットワークで構成されています。各基準局は、高精度の既知の位置と、それほど精度が高くない衛星から取得した位置との差を計算します。基準局は、通常、より短い範囲の地上送信機を使用して、このデータをローカルにブロードキャストします。非固定 (モバイル) 受信機は、このデータを使用して同じ量だけ位置を修正し、精度を向上させます。

米国沿岸警備隊（USCG）は以前、主要な水路や港湾の近くで285 kHzから325 kHzの長波無線周波数でDGPSを米国内で運用していた。これは2022年3月に廃止された。 ^[2] USCGのDGPSはNDGPS（Nationwide DGPS）として知られ、沿岸警備隊と陸軍工兵隊が共同で管理していた。アラスカ、ハワイ、プエルトリコを含む米国の内陸部と沿岸部全体に位置する放送局で構成されていた。カナダ沿岸警備隊（CCG）^[3]も別のDGPSシステムを運用していたが、2022年12月15日に使用を中止した。他の国も独自のDGPSを持っている。^[要出典]

地上の送信機の代わりに軌道上の衛星から補正情報を送信する同様のシステムは、広域DGPS（WADGPS）^[4] 衛星ベースの補強システムと呼ばれます。

GPS が初めて実用化されたとき、米軍は、敵軍が世界的に利用可能な GPS 信号を利用して自国の兵器システムを誘導する可能性を懸念していた。当初、政府は「粗捕捉」(C/A) 信号の精度は 100メートル(330 フィート) 程度に過ぎないと考えていたが、受信機の設計が改良され、実際の精度は 20 ～ 30メートル(66 ～ 98 フィート) になった。^[5] 1990 年 3 月以降、^{[6] : 11}このような予想外の精度が出ないように、L1 周波数 ( 1575.42 MHz ) で送信される C/A 信号は、クロック信号をランダムな量だけオフセットすることで意図的に劣化させられるようになった。この量は距離にして約 100メートル(330 フィート) に相当する。この技術は選択的可用性(SA)と呼ばれ、非軍事ユーザーにとって GPS 信号の有用性が大幅に低下した。 L2周波数（ 1227.6 MHz ）も受信するデュアル周波数GPS受信機のユーザーにとっては、より正確な誘導が可能でしたが、軍事使用を目的としたL2送信は暗号化されており、復号化キーを持つ許可されたユーザーのみが利用できました。

これは、維持に毎年数百万ドルかかるLORAN、VOR、NDBシステムなどの地上ベースの無線ナビゲーションシステムに依存している民間ユーザーにとって問題を引き起こしました。全地球航法衛星システム(GNSS) の出現により、わずかなコストで精度とパフォーマンスが大幅に向上する可能性があります。ただし、SA 固有の精度は、これを現実的にするには低すぎました。軍は、連邦航空局 (FAA)、米国沿岸警備隊 (USCG)、米国運輸省 (DOT)から、GNSS の民間使用を可能にするために SA を除外するようにという要請を何度も受けましたが、セキュリティ上の理由で断固として反対し続けました。

1980 年代前半から中頃にかけて、多くの機関が SA「問題」の解決策の開発に取り組みました。^{[疑わしい–議論]} SA 信号はゆっくりと変化するため、そのオフセットが測位に与える影響は比較的一定でした。つまり、オフセットが「東に 100 メートル」であれば、そのオフセットは比較的広い範囲に当てはまります。これは、このオフセットをローカル GPS 受信機にブロードキャストすることで SA の影響を排除でき、測定値が GPS の理論上の性能である約 15 メートル (49 フィート) に近づくことを示唆しています。さらに、GPS 位置特定におけるもう 1 つの主な誤差源は電離層での伝送遅延によるもので、これもブロードキャストで測定して補正できます。これにより、精度が約 5 メートル (16 フィート) 向上し、ほとんどの民間のニーズには十分すぎるほどです。^[1]

米国沿岸警備隊は DGPS の最も積極的な推進者の 1 つであり、1980 年代後半から 1990 年代前半にかけて、より広範囲に渡ってこのシステムの実験を行っていました。これらの信号は海洋長波周波数で放送され、既存の無線電話^{[詳細な説明が必要]}で受信して、適切に装備された GPS 受信機に送ることができます。ほぼすべての主要な GPS ベンダーが、USCG 信号だけでなく、VHFまたは商用AM ラジオバンドの航空ユニットも含む DGPS 入力を備えたユニットを提供していました。

「実用品質」の DGPS 信号は 1996 年に限られた範囲で送信され始め、ネットワークは急速に拡大して米国のほとんどの寄港地と、カナダ沿岸警備隊との提携によるセントローレンス水路をカバーしました。米国全土にシステムを拡大する計画が実施されましたが、これは容易なことではありませんでした。DGPS 補正の品質は一般に距離とともに低下し、広い地域をカバーできる大型の送信機は都市の近くに集まる傾向がありました。つまり、特に中西部とアラスカの人口の少ない地域では、地上ベースの GPS によるカバー範囲がほとんどないということです。2013 年 11 月の時点で、USCG の全国 DGPS は 85 の放送サイトで構成され、アラスカ、ハワイ、プエルトリコを含む米国の海岸線と内陸の航行可能な水路のほぼ全域に二重のカバー範囲を提供しています。さらに、このシステムは米国の内陸部の大部分に単一または二重のカバー範囲を提供しました。^[7]その代わりに、FAA（および他の機関）は、静止軌道上の通信衛星から全半球に信号を放送する研究を始めました。これにより、広域補強システム（WAAS）や同様のシステムが生まれましたが、これらは一般にDGPSとは呼ばれず、「広域DGPS」とも呼ばれています。WAASはUSCGの地上ベースのDGPSネットワークと同様の精度を提供し、WAASが完全に運用可能になると後者は停止されるという議論もありました。

1990年代半ばまでに、SAシステムはもはや本来の役割を果たせないことが明らかになりました。DGPSは、SAが最も必要とされている米国上空でSAシステムを無効にします。さらに、1990年から1991年の湾岸戦争中、連合軍が市販のGPS受信機を使用していたため、SAは一時的に停止されました。^[8]これは、SAを停止したままにしておくことが米国にとって有益である可能性があることを示しました。^[9] 2000年、ビル・クリントン大統領の大統領令により、SAは永久に停止されました。^[10]

それでも、この時点で DGPS は、非 SA GPS 信号が単独で提供できるよりも高い精度を提供するシステムへと進化していました。SA と同じ特性を持つ他のエラー ソースはいくつかあり、それらは広いエリアで「妥当な」時間にわたって同じです。これには、前述の電離層の影響、衛星位置エフェメリス データのエラー、衛星のクロック ドリフトが含まれます。DGPS 補正信号で送信されるデータの量に応じて、これらの影響を補正することでエラーを大幅に削減できます。最高の実装では、10 センチメートル (3.9 インチ) 未満の精度が実現されます。

USCG および FAA が後援するシステムの継続的な展開に加えて、多数のベンダーが商用 DGPS サービスを作成し、GPS が提供する公称 15 メートルよりも高い精度を必要とするユーザーに信号 (またはその受信機) を販売しています。現在、ほとんどすべての商用 GPS ユニット (ハンドヘルド ユニットを含む) は DGPS データ入力を提供し、多くは WAAS を直接サポートしています。ある程度、DGPS の形式は、ほとんどの GPS 操作の自然な一部となっています。

基準局は、自身の位置と時刻の差分補正を計算します。ただし、ユーザーは基準局から最大 200 海里 (370 km) 離れている可能性があり、補正される誤差の一部は空間によって異なります。具体的には、衛星のエフェメリス誤差と、電離層および対流圏の歪みによって生じる誤差です。このため、DGPS の精度は基準局からの距離とともに低下します。ユーザーと基準局が「相互可視性」を欠く場合、つまり同じ衛星を見ることができない場合、この問題は悪化する可能性があります。

米国連邦無線航法計画およびIALAの 283.5～325kHz帯域におけるDGNSSサービスの性能と監視に関する勧告では、米国運輸省が1993年に推定した放送地点から 100キロメートルあたり0.67メートル（  100マイルあたり3.5フィート）の誤差増加を引用しているが^{[11] 、大西洋を越えたポルトガルでの精度測定では、わずか0.22}メートル/100キロメートル（  100マイルあたり1.2フィート）の劣化を示している 。^[12]

DGPSは、あらゆるタイプの地上ベース航法補強システム（GBAS）を指すことができます。世界中で多くの運用システムが使用されており、米国沿岸警備隊によると、47か国が米国のNDGPS（全国差分全地球測位システム）に類似したシステムを運用しています。リストは、Dxers向けの世界DGPSデータベースで確認できます。^[13]

欧州DGPSネットワークは、主にフィンランドとスウェーデンの海事当局によって、両国間の群島の安全性を向上させるために開発されました。^[要出典]

英国とアイルランドでは、2000年のデッカナビゲーターシステムの廃止によって生じた空白を埋めるための海上航行支援としてこのシステムが導入された。海岸線に沿って設置された12の送信機と3つの制御局のネットワークを備えたこのシステムは、1998年に各国の灯台管理局（GLA）によって設置された。GLAはイングランド、ウェールズ、チャンネル諸島をカバーするトリニティハウス、スコットランドとマン島をカバーするノーザンライトハウスボード、アイルランド全土をカバーするアイリッシュライトコミッショナーである。300kHz帯域で送信するこのシステムはテストを受け、2002年に運用開始が宣言される前にさらに2つの送信機が追加された。^{[14] [15] [16]}

Effective Solutionsは、欧州の差動ビーコン送信機の詳細と地図を提供しています。^[17]

米国運輸省は、連邦道路局、連邦鉄道局、および国立測地測量局と連携して、米国沿岸警備隊を米国全国DGPSネットワーク（NDGPS）の維持機関に任命した。このシステムは、沿岸警備隊が1980年代後半に着手し、1999年3月に完了した以前の海洋差分GPS（MDGPS）を拡張したものである。MDGPSは沿岸水域、五大湖、ミシシッピ川の内陸水路のみをカバーしていたが、NDGPSはこれを拡張して米国本土全体をカバーしている。^[18]集中化された指揮統制ユニットは、バージニア州アレクサンドリアに拠点を置くUSCGナビゲーションセンターである。^[19]現在、米国のネットワークには85のNDGPSサイトがあり、米国国土安全保障省ナビゲーションセンターによって管理されている。

2015年、USCGと米国陸軍工兵隊（USACE）は、米国DGPSの段階的廃止計画について意見を求めた。^[20]寄せられた意見に応えて、その後の2016年の連邦官報通知では、46の局が引き続き運用され、「海上および沿岸地域のユーザーが利用できる」と発表された。^[21]この決定にもかかわらず、USACEは残りの7つのサイトを廃止し、2018年3月、USCGは残りの局を2020年までに廃止すると発表した。^{[22] 2020年6月現在、すべてのNDGPSサービスは、2000年に選択的可用性が削除されたこと[23]と、より}新しい世代のGPS衛星の導入により、もはや必要性がないと見なされているため、廃止されている。^[24]

カナダのシステムは米国のシステムに似ており、主に大西洋と太平洋沿岸、五大湖とセントローレンス水路をカバーする海上使用を目的としていました。2022年12月15日にサービスが廃止されました。^[25]

オーストラリアは3つのDGPSを運用している。1つは主に海洋航行用で、長波帯で信号を放送している。 ^[26]もう1つは陸上調査と陸上航行に使用され、修正情報が商用FMラジオ帯域で放送されている。シドニー空港の3つ目のDGPSは現在、航空機の精密着陸のテスト中（2011年）で、少なくとも2015年までは計器着陸装置のバックアップとして使用される。これは地上ベース補助システムと呼ばれている。航空機の位置の修正情報は航空VHF帯域で放送される。

オーストラリア沿岸をカバーする16の地上局による海洋DGPSサービスは、2020年7月1日をもって廃止されました。^[27]マルチチャンネルGPS機能の向上と、複数のプロバイダー（GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou）からの信号源は、GPS + DGPSから得られるよりも優れたナビゲーション精度を提供すると言われています。オーストラリアの衛星ベースの補強システム（SBAS）であるSouthern Positioning Augmentation Network（SouthPAN）は、GNSSユーザーに高精度の測位を提供します。^[28]

ディファレンシャル GPS では、後処理を使用して、未知のポイントを測量マーカーなどの既知のポイントに関連付けることで、そのポイントの正確な位置を取得します。

GPS測定は通常、GPS 受信機のコンピュータ メモリに保存され、その後 GPS 後処理ソフトウェアを実行するコンピュータに転送されます。ソフトウェアは、2 つ以上の GPS 受信機からの同時測定データを使用してベースラインを計算します。

ベースラインは、各 GPS アンテナ ペアが占める 2 つのポイント間に引かれた 3 次元の線を表します。ほとんどの GPS エラーは各受信機にほぼ均等に影響するため、計算で相殺できるため、後処理された測定値によってより正確な位置特定が可能になります。

一部の GPS 受信機では、リアルタイム キネマティック(RTK)測量やナビゲーションなど、別の無線受信機を使用して補正信号を受信すると、差分 GPS 測定をリアルタイムで計算することもできます。

GPS 測位の改善には、2 台以上の受信機の同時測定は必要なく、1 台のデバイスを特別に使用することでも行うことができます。ハンドヘルド受信機でさえかなり高価だった 1990 年代には、受信機の位置を素早く変えたり、3 ～ 10 の測量ポイントをループしたりする準差動 GPS の方法が開発されました。^[要出典]

• RTCM SC-104 - dGPSデータをGPS受信機に転送するための標準
• アシストGPS（A-GPS） - 起動性能を向上させるために主にGPS搭載携帯電話機で使用されるシステム
• GNSSの拡張
• GNSS強化

ウィキメディア・コモンズには、 DGPSに関連するメディアがあります。

• SiReNT 情報ページ 2018-05-05 にWayback Machineでアーカイブされました
• 米国 NDGPS ファクトシート
• USCGナビゲーションセンター国立DGPSシステム
• USCG の管轄範囲マップ
• カナダ沿岸警備隊 DGPS 情報 (英語)
• カナダ沿岸警備隊 DGPS 情報 (フランス語)
• （主に）水路測量用RTK DGPS受信機に関する製品調査
• DGPS デコード ソフトウェア
• 役に立つ DGPS リンク、データベース、リソース
• インタラクティブ マップ上の IALA DGPS 参照ステーションの世界規模のデータベース。2015 年 7 月 17 日にWayback Machineにアーカイブされました。