GNSSアプリケーション

GPS、GLONASS、Galileo、BeiDouシステムを使用する全地球航法衛星システム（GNSS）受信機は、多くの用途で使用されています。最初のシステムは20世紀に開発され、主に軍人が道を見つけるのを助けるために使用されましたが、位置認識はすぐに多くの民間用途で使用されました。^[1]

• 自動車には、工場出荷時またはアフターマーケット機器として GNSS 受信機を装備できます。ユニットには、多くの場合、動く地図や、位置、速度、方向、近くの道路や興味のある場所に関する情報が表示されます。

• 航空航法システムは通常、動く地図表示を備えており、多くの場合、航路航法のために自動操縦装置に接続されています。コックピットに取り付けられたGNSS受信機とグラスコックピットは、 SBASやDGPSなどの技術を使用して精度を高め、あらゆるサイズの一般航空機に搭載されるようになっています。多くは計器飛行方式航法の認定を受けており、一部は統合精密進入着陸システムのように最終進入および着陸操作にも使用できます。 グライダーのパイロットは、グライダー競技でターンポイントへの到着を確認するGNSSデータを記録したり、クロスカントリーソアリングの航路決定を支援する情報として使用したりするために、GNSSフライトレコーダーを使用します。
• ボートや船舶は、 GNSS を使用して世界中の湖、海、海洋を航行できます。海上 GNSS ユニットには、人が船外に落ちた場所を即座にマークして救助活動を簡素化できる「人身事故」(MOB) 機能など、水上で役立つ機能が含まれています。GNSS は、NMEA 0183インターフェイスを使用して、船舶の自動操縦装置やチャートプロッターに接続できます。GNSS は、 AIS を有効にすることで船舶交通のセキュリティを向上させることもできます。

• 重機は、建設、採鉱、精密農業で GNSS を使用できます。建設機械のブレードとバケットは、GNSS ベースの機械誘導システムで自動的に制御されます。 農業機械は、 GNSS を使用して自動操縦したり、運転手の画面に表示される視覚補助として使用したりできます。これは、制御された交通や列作物の作業、および散布時に便利です。収穫量モニターを備えた収穫機は、GNSS を使用して、収穫中のパドックの収穫量マップを作成することもできます。

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  サイクリストはレースやツーリングでGNSSをよく利用します。GNSSナビゲーションにより、サイクリストは事前にコースを計画し、静かで狭い道路を含むこのコースをたどることができます。頻繁に立ち止まって別の地図を参照する必要はありません。サイクリング専用に設計されたGNSS受信機には、「道路認識型」マッピング機能が含まれている場合や、ルートに沿ったサイクリストの進行状況を記録することに特化した場合があります。このデータは、走行後に確認してライダーのトレーニングや競技計画に役立てたり、オンラインサービスにアップロードしてライダー同士がお互いの走行を表示して比較したりすることができます。^[2]
• ハイカー、登山者、さらには都市部や田舎の環境にいる一般の歩行者でさえ、別の地図を参照するかどうかにかかわらず、GNSS を使用して自分の位置を特定できます。孤立した地域では、正確な位置を提供する GNSS の能力により、登山者やハイカーが障害を負ったり、道に迷ったりした場合に救助される可能性が大幅に高まります (救助隊員との通信手段がある場合)。
• 視覚障害者向けのGNSS機器もご用意しております。
• 宇宙船は、 GNSSをナビゲーションツールとして使用します。宇宙船にGNSS受信機を追加すると、地上追跡局なしで正確な軌道決定が可能になります。これにより、自律的な宇宙船ナビゲーション、編隊飛行、自律ランデブーが可能になります。MEO、GEO、HEO、および高度楕円軌道でのGNSSの使用は、受信機がはるかに弱い（15〜20 dB）GNSSサイドローブ信号を取得して追跡できる場合にのみ実現可能です。この設計上の制約と宇宙の放射線環境により、COTS受信機の使用が妨げられています。低軌道衛星ではGNSSを使用する方が簡単です。Orbcommが運用するそのようなコンステレーションの1つでは、すべての衛星でGPS受信機を使用しています。^{[3]中国は、} Yaogan -30（YG30; LEO）シリーズとFengyun -3C（FY3C; SSO ）衛星に搭載された低コストのCOTS単一周波数GPS受信機を使用していくつかの実験を行い、良好な結果を得ています。複数のシステムを同時に使用することで、より多くのGNSS衛星を観測できるようになり、FY3Cの極軌道に役立ちます。^[4]

• マッピングおよび地理情報システム(GIS) — ほとんどのマッピンググレードの GNSS 受信機は、L1 周波数からの搬送波データのみを使用しますが、受信機のクロックジッターに関連するエラーを削減する高精度の水晶発振器を備えています。これにより、別の無線受信機を使用して受信した差動 GNSS 信号を使用して、リアルタイムで 1 メートル以下の測位エラーが可能になります。搬送波位相測定値を保存し、データを差動的に後処理することで、これらの受信機では 10 センチメートルのオーダーの測位エラーが可能になります。
  • OpenStreetMapや TierraWikiなどのいくつかのプロジェクトでは、消費者向け GPS 受信機を使用して、ユーザーがwikiのように共同で地図を作成できるようにしています。
• 地球物理学と地質学 —差動 GNSS では、GNSS センサー間の相対変位を検出することで、地殻の歪みを高精度に測定できます。活発に変形している地域 (火山や断層帯など) の周囲に設置された複数のステーションを使用して、歪みと地盤の動きを見つけることができます。これらの測定値は、活火山の表面下の岩脈や岩床など、変形の原因を解釈するために使用できます。リアルタイムの GNSS 測位は、地震早期警報システムの一部としても使用できます。
• 考古学— 考古学者が遺跡を発掘する際、通常は遺跡の3次元地図を作成し、各遺物が発見された場所を詳細に記します。^[5]
• 測量— 測量グレードのGNSS受信機は、測量マーカー、建物、道路工事の位置を測るために使用できます。^[6]これらのユニットは、L1とL2の両方のGPS周波数からの信号を使用します。L2コードデータは暗号化されていますが、信号の搬送波により、一部の電離層誤差を補正できます。これらのデュアル周波数GPS受信機は通常10,000ドル以上しますが、搬送波位相差動GPSモードで使用すると、1センチメートル以下の位置誤差が発生する可能性があります。
• 測量グレードのGNSS 受信機 業界には、利用可能な信号のすべてまたはほとんどの搬送波位相を正確に追跡し、相対測位の精度をこれらのアプリケーションで必要な cm レベルの値まで下げることができる複雑なデュアル周波数GNSS 受信機の設計を専門とする、比較的少数の大手企業が含まれます。最もよく知られている企業は、Javad、Leica、NovAtel、Septentrio、Topcon、およびTrimbleです。

• 軍用精密誘導兵器- JDAM 爆弾、エクスカリバー 155 mm 砲弾など、多くの種類の兵器は GNSS を使用して目標まで誘導します。
• 正確な時間基準 – 正確に同期する必要がある多くのシステムでは、正確な時間のソースとして GNSS を使用します。GNSS は、タイム コードジェネレーターまたはネットワーク タイム プロトコル(NTP)タイム サーバーの基準クロックとして使用できます。センサー(地震学またはその他の監視アプリケーション用) は、GNSS を正確な時間ソースとして使用できます。時分割多重アクセス(TDMA) 通信ネットワークでは、多くの場合、この正確なタイミングを利用して、RF 生成装置、ネットワーク装置、およびマルチプレクサを同期します。
• モバイル衛星通信 –衛星通信システムでは、衛星に向けられた指向性アンテナ (通常は「皿」) を使用します。たとえば、移動中の船や電車のアンテナは、現在の位置に基づいて向ける必要があります。最新のアンテナ コントローラには通常、この情報を提供する GNSS 受信機が組み込まれています。
• 緊急サービスおよび位置情報サービス– GNSS 機能は、緊急サービスで携帯電話の位置を特定するために使用できます。米国では、携帯電話の位置を特定する機能は、E911緊急サービス法によって義務付けられています。ただし、このようなシステムはどこにでも導入されているわけではありません。GNSS は、互換性のある携帯電話の無線位置特定よりも、通信ネットワークトポロジーへの依存度が低くなります。 補助 GPS により、携帯電話の電力要件が軽減され、位置の精度が向上します。携帯電話の地理的位置は、広告やその他の場所固有の情報を含む位置情報ベースのサービスを提供するために使用される場合もあります。
• 位置情報ゲーム– ハンドヘルド GNSS 受信機が利用できるようになったことで、ジオキャッシングなどのゲームが生まれました。ジオキャッシングでは、ハンドヘルド GNSS ユニットを使用して特定の経度と緯度に移動し、他のジオキャッチャーが隠したオブジェクトを探します。この人気のアクティビティには、自然の場所へのウォーキングやハイキングが含まれることがよくあります。 ジオダッシングは、ウェイポイントを使用する屋外スポーツです。
• マーケティング– 一部の市場調査会社は、GIS システムと調査に基づく調査を組み合わせて、企業が新しい支店を開設する場所を決定し、道路の使用パターンや居住地域の社会人口学的属性に応じて広告をターゲット化できるように支援しています。
• 航空機の乗客 – ほとんどの航空会社は、着陸と離陸中を除き、飛行中の乗客によるGNSSユニットの使用を許可しています。離着陸中は他の電子機器も制限されています。一般向けGNSS受信機は干渉のリスクが最小限であるにもかかわらず、一部の航空会社は飛行中の手持ち受信機の使用を禁止しています。他の航空会社は、航空機追跡機能を座席背面のテレビエンターテイメントシステムに統合し、離着陸中もすべての乗客が利用できるようにしています。^[7]
• 方位情報 – GNSS は方位情報を決定するために使用できますが、この目的のために設計されたものではありません。「GNSS コンパス」は、約 50 cm 離れた 1 組のアンテナを使用して、特定の GNSS 衛星からの搬送信号の位相差を検出します。^[8]衛星の位置、アンテナの位置、位相差がわかれば、2 つのアンテナの方向を計算できます。より高価な GNSS コンパス システムでは、3 つのアンテナを三角形に配置して、各衛星について 3 つの個別の読み取り値を取得します。GNSS コンパスは、磁気コンパスのように磁気偏角の影響を受けず、ジャイロコンパスのように定期的にリセットする必要もありません。ただし、マルチパスの影響を受けます。
• GPS 追跡システムは、GNSS を使用して車両、人、ペット、または貨物の位置を特定し、一定の間隔で位置を記録して移動のログを作成します。データはユニット内に保存するか、無線またはセルラー モデムによってリモート コンピューターに送信できます。一部のシステムでは、Web ブラウザーを使用してインターネット上で位置をリアルタイムで表示できます。
• 有罪判決を受けた性犯罪者の居場所を監視するために、仮釈放の条件としてGPSアンクレットを使用する。法執行官は、1日あたりわずか5ドルまたは10ドルの費用で、犯罪者の日々の動きを確認することができます。リアルタイムまたは即時の追跡は、犯罪者のGPS追跡にはコストがかかりすぎると考えられています。^[9]
• ジオフェンスは、デバイスの位置に基づいてデバイスを有効または無効にすることができます。
• GNSS 道路課金システムは、車両に搭載された GNSS センサーからのデータを使用して、道路利用者に課金します。支持者は、GNSS を使用した道路課金により、都市部の道路での距離による通行料徴収などのさまざまな政策が可能になり、駐車、保険、車両排出ガスなど、他の多くの用途にも使用できると主張しています。批評家は、GNSS は人々のプライバシーの侵害につながる可能性があると主張しています。
• 天気予報 ( GNSS 電波掩蔽) – 軌道衛星に搭載された特殊な GNSS 受信機による GNSS 衛星信号の大気による曲がりの測定は、空気密度、温度、湿度、電子密度などの大気の状態を判断するために使用できます。2006 年 4 月に打ち上げられた、気象、電離層、気候観測システム群 (COSMIC) と呼ばれる 6 基の超小型衛星セットからのこのような情報は、天気予報モデルの精度を向上させることが証明されています。
• 写真ジオコーディング– GNSSの位置データを（通常はデジタル）カメラで撮影した写真と組み合わせると、写真を地図上で表示したり^{[10] 、}地名辞典で撮影場所を調べたりすることができます。GNSSデバイスをカメラに統合して、座標をExifメタデータとして写真に埋め込むことで、写真に写っている場所を自動的に注釈付けすることができます。あるいは、写真のタイムスタンプをGNSSトラックログと相関させることもできます。^{[11] [12]}
• スカイダイビング– ほとんどの商業用ドロップゾーンでは、パイロットが飛行機を正しい位置に「スポット」し、搭乗しているすべてのスカイダイバーがパラシュートを上げて着陸エリアに戻ることができるようにするために GNSS を使用しています。
• ワイヤレス ネットワーキング– ワイヤレス ネットワークの正確な位置をマッピングしてアップロードする技術は、ウォードライビングと呼ばれます。これは、ワイヤレス アダプターと GPS からの信号強度データを使用して位置を特定します。Linux用のKismetは、広く使用されているウォードライビング プログラムです。
• 難破船ダイビング– スキューバダイビングの人気のあるバリエーションは、難破船ダイビングとして知られています。海底の目的の難破船を見つけるために、GPS を使用しておおよその位置までナビゲートし、その後、エコーサウンダーを使用して難破船を見つけます。
• ソーシャルネットワーキング– GPS技術を搭載した携帯電話を販売する企業が増えており、カスタムマップ上で友人の位置を正確に特定できる機能や、パーティーがプログラムされた範囲内にいるときにユーザーに通知するアラート機能などを提供しています。これらの携帯電話の多くはソーシャルネットワーキング機能を備えているだけでなく、車載GPSナビゲーション用の音声コマンドなど、標準的なGPSナビゲーション機能も備えています。^[13]