衛星ナビゲーション装置

衛星ナビゲーション デバイス、Satnavデバイス、または衛星ナビゲーション レシーバーは、1 つ以上のグローバル ナビゲーション 衛星システム(GNSS) を使用してデバイスの地理的位置を計算し、ナビゲーション アドバイスを提供するユーザー機器です。使用するソフトウェアに応じて、Satnav デバイスは地理座標として地図上に位置を表示したり、ルート案内を提供したりします。

2023年現在^{[アップデート]}、4つのGNSSシステムが運用されている。オリジナルの米国の全地球測位システム（GPS）、欧州連合のガリレオ、ロシアのGLONASS、^{[1] [2]}および中国の北斗衛星航法システムである。インドの地域航法衛星システム（IRNSS）がこれに続き、2023年に予定されている日本の準天頂衛星システム（QZSS）は、いくつかのGNSSの精度を増強する。

衛星ナビゲーションデバイスは、地球の表面上または表面近くのあらゆる気象条件で、1つまたは複数のGNSSシステムから位置と時刻の情報を取得できます。衛星ナビゲーションの受信には、4つ以上のGNSS衛星への遮るもののない見通し線が必要であり、^[3]衛星信号の状態が悪い場合があります。市街地などの信号状態が極端に悪い場合、衛星信号はマルチパス伝播を示し、信号が構造物に跳ね返ったり、気象条件によって弱まったりすることがあります。見通し線が遮られるのは、樹冠や、建物、ガレージ、トンネルなどの構造物の内部です。今日、ほとんどのスタンドアロンの衛星ナビゲーション受信機は自動車に使用されています。スマートフォンの衛星ナビゲーション機能では、特に衛星信号が弱いか利用できない場合に、基地局または携帯電話基地局を使用して初回測位までの時間(TTFF) を短縮できるアシストGNSS (A-GNSS) テクノロジが使用される場合があります。ただし、スマートフォンがモバイル受信ネットワークの範囲外にある場合、A-GNSS テクノロジーのモバイル ネットワーク部分は利用できなくなりますが、それ以外の場合は衛星ナビゲーション機能は引き続き利用できます。

自動車ナビゲーション システムはGNSS システムから位置を取得し、インストールされているソフトウェアに応じて、次のサービスを提供する場合があります。

• 街路地図、テキスト、グラフィック形式などのマッピング
• テキストまたは音声によるターンバイターンナビゲーション
• 自動運転車に直接指示を送り、
• 交通渋滞マップ、過去またはリアルタイムのデータ、代替ルートの提案など
• レストラン、ガソリンスタンド、観光スポットなどの近隣施設の情報、
• 代替ルート。

20 世紀後半の多くの技術的進歩と同様に、現代の GNSS システムは、20 世紀後半の冷戦の直接的な結果であると言っても過言ではありません。米国とロシアのプログラムにかかる数十億ドル^[要出典]の費用は、当初は軍事的利益によって正当化されました。対照的に、ヨーロッパのガリレオは完全に民間用として考案されました。

1960年、米海軍は海軍の航行を支援するためにトランジット衛星ベースの航法システムを運用開始した。1960年代半ば、米海軍は6基の衛星と軌道上の極を備えたミサイルで潜水艦を追跡する実験を行い、衛星の変化を観測することができた。 ^[4] 1960年から1982年にかけて、その利点が明らかになるにつれ、米軍は衛星航法技術と衛星システムを継続的に改善し、洗練させていった。1973年、米軍は包括的な世界規模の航法システムの計画を開始し、これは最終的にGPS（全地球測位システム）として知られるようになった。

1983 年、大韓航空 007 便がソ連領空内で航行エラーにより撃墜された悲劇を受けて、ロナルド レーガン大統領は既存の軍用 GPS システムの航行機能を民間でも利用できるようにしました。しかし、当初の民間利用は、わずかに性能が劣る「選択的利用可能」な測位信号のみでした。この米軍用 GPS システムの民間利用への新たな利用には、商業的に実現するまでに、しばらくの間、民間部門との特定の技術協力が必要でした。 マクロメータ干渉測量機は測地測定を行うための最初の商用GNSSベースのシステムでした。^{[5] [6]}

1989年、マゼランナビゲーション社は、世界初の商用ハンドヘルドGPS受信機であるマゼランNAV 1000を発表しました。これらのユニットは、当初1台あたり約2,900米ドルで販売されました。1990年、マツダのユーノスコスモは、内蔵の衛星ナビゲーションシステムを備えた世界初の量産車となりました。^[7] 1991年、三菱は三菱デボネア（MMCS：三菱マルチコミュニケーションシステム）に衛星ナビゲーションカーナビゲーションを導入しました。 ^{[8] 1997年、}ディファレンシャルGPSを使用したナビゲーションシステムが、トヨタプリウスの工場装着オプションとして開発されました。^[9] 2000年、クリントン政権は軍事使用の信号制限を撤廃し、米国の衛星ナビゲーション衛星システムへの完全な商用アクセスを提供しました。

GNSSナビゲーション システムがますます普及し人気が高まるにつれて、そのようなシステムの価格が下がり始め、その広範な入手性が着実に増加しました。Garmin (1991)、Benefon (1999)、Mio (2002)、TomTom (2002) など、これらのシステムの追加メーカーが市場に参入しました。 Mitac Mio 168 は、GPS 受信機を内蔵した最初の PocketPC でした。^[10] Benefon が 1999 年に市場に参入したことで、世界初の電話ベースの GPS ナビゲーション システムがユーザーに提供されました。 その後、スマートフォンの技術が発達するにつれて、GPS チップは最終的にほとんどのスマートフォンの標準装備になりました。 現在まで、ますます人気の衛星ナビゲーション システムとデバイスが、新しく開発されたソフトウェアおよびハードウェア アプリケーションとともに急増し続けています。 たとえば、カメラに組み込まれています。

アメリカの GPS は、完全に地球規模で配備され、商業的に利用可能になった最初の衛星ナビゲーションシステムでしたが、このタイプのシステムはこれだけではありません。軍事的およびその他の懸念から、同様の地球規模または地域規模のシステムがロシア、欧州連合、中国、インド、日本によって配備済み、または近々配備される予定です。

GNSS デバイスは、感度、速度、マルチパス伝播に対する脆弱性、およびその他のパフォーマンス パラメータが異なります。高感度受信機は、大規模な相関器バンク^{[明確化が必要] [引用が必要]}とデジタル信号処理を使用して、信号を非常に迅速に検索します。これにより、信号が通常レベルにある場合 (屋外など) は、最初の位置特定に非常に高速に時間がかかります。信号が弱い場合 (屋内など) は、追加の処理能力を使用して弱い信号を統合し、位置またはタイミング ソリューションを提供できるレベルまで到達できます。

GNSS信号は、地球の表面に到達した時点ですでに非常に弱い。GPS衛星は、地球上空20,200 kmの軌道から27 W（14.3 dBW）のみを送信する。信号がユーザーの受信機に到達する頃には、通常は−160 dBW（100アトワット（10 −16 W）に相当）まで弱くなっている [説明が必要^]  。^これは、その帯域幅の熱雑音レベルをはるかに下回る。屋外では、GPS信号は通常、−155 dBWレベル（−125  dBm）程度である。

従来の GPS 受信機は、受信した GPS 信号を、完全なC/A コード サイクルの持続時間 (1 ミリ秒) と同じ時間積分します。これにより、約 -160 dBW レベルまでの信号を取得して追跡することができます。高感度 GPS 受信機は、これより最大 1,000 倍長く受信信号を積分できるため、最大 1,000 倍弱い信号を取得でき、積分ゲインは 30 dB になります。優れた高感度 GPS 受信機は、-185 dBW までの信号を取得でき、-190 dBW に近いレベルまで追跡を継続できます。

高感度 GPS は、多くの屋内の場所では位置特定が可能ですが、すべての場所で測位できるわけではありません。信号は、建物の材質によって大きく減衰するか、マルチパスのように反射します。高感度 GPS 受信機は最大 30  dB感度が高くなる可能性があるため、たとえば、乾燥したレンガ 3 層や鉄筋コンクリート 20 cm (8 インチ) まで追跡できます。^{[引用が必要]}

高感度受信チップの例としては、SiRFstarIIIやMediaTekのMTK IIなどがある。^[11]

消費者向け GNSS ナビゲーション デバイスには次のものがあります。

• 専用GNSSナビゲーションデバイス
• 使用するためにコンピュータに接続する必要があるモジュール
• 旅行情報をダウンロード用に記録するロガー。このようなGPS 追跡は、トレイル開拓、ハイカーやサイクリストによる地図作成、ジオコード化された写真の作成に役立ちます。
• 衛星ナビゲーション フォンやジオタグ カメラなどの統合デバイスでは、GNSS はデバイスの主な目的ではなく機能です。GNSS デバイスの大部分は現在統合デバイスであり、補助 GPSまたはスタンドアロン (ネットワークに依存しない)、あるいはその両方を使用できます。計画されているワイヤレス データ サービスからの無線周波数干渉に対する消費者向け GNSS の脆弱性は議論の的となっています。

専用デバイスには、さまざまなレベルのモビリティがあります。ハンドヘルド、アウトドア、またはスポーツ用の受信機には、数時間動作できる交換可能なバッテリーが搭載されているため、ハイキング、自転車旅行、および電源から離れた場所でのその他のアクティビティに適しています。デザインは人間工学に基づいており、画面は小さく、電力を節約するため、一部はカラーを表示しません。一部は半透過型液晶ディスプレイを使用しており、明るい日光の下でも使用できます。ケースは頑丈で、一部は防水です。

その他の受信機は、モバイルと呼ばれることが多く、主に車内での使用を目的としていますが、車から離れた場所でも1、2時間使用できる小さな充電式バッテリーを内蔵しています^{[要出典] 。車内での使用に特化したデバイスは恒久的に設置され、自動車の電気システムに完全に依存しています。その多くは入力方法として}タッチスクリーンを備えています。地図はメモリカードに保存できます。基本的な音楽プレーヤー、画像ビューア、ビデオプレーヤーなどの追加機能を備えたものもあります。^[12]

初期の受信機にプリインストールされた組み込みソフトウェアでは地図が表示されませんでしたが、21 世紀の受信機では、インタラクティブな街路地図 (特定の地域のもの) が表示されるのが一般的で、興味のある場所、ルート情報、段階的なルート案内も表示され、多くの場合、「テキスト読み上げ」と呼ばれる機能によって音声で表示されます。

製造元は次のとおりです。

• ナブマン製品
• トムトム製品
• ガーミン製品
• ミオ製品
• Navigon製品
• マゼランナビゲーション消費者向け製品
• サットマップシステムズ株式会社
• テレタイプ製品

ほぼすべてのスマートフォンにGNSS受信機が搭載されています^[要出典]。これは消費者の需要とサービス提供者の両方によって推進されてきました。現在、ナビゲーション支援などの位置情報サービスに依存する電話アプリや、地域限定広告などの複数の商業機会が存在します。初期の開発では、ユーザーの位置情報サービスへのアクセスは、発信者の位置特定を支援するために、ヨーロッパとアメリカの緊急サービスによって推進されていました。^[13]

すべてのスマートフォンのオペレーティングシステムは、データ接続を必要とする無料のマッピングおよびナビゲーションサービスを提供しています。一部のオペレーティングシステムでは、地図を事前に購入してダウンロードできますが、データ接続に依存する地図は一般的にキャッシュできるため、この需要は減少しています。ナビゲーションアプリケーションは多数あり、新しいバージョンが絶えず導入されています。主要なアプリには、データ接続を必要とするGoogleマップナビゲーション、Appleマップ、Waze 、キャッシュされた地図を使用し、データ接続なしで操作できるAndroid用のiGo、Windows Phone用のMaverick、HEREなどがあります。その結果、今ではほぼすべてのスマートフォンがパーソナルナビゲーションアシスタントとして機能します。

携帯電話をナビゲーションデバイスとして使用することは、スタンドアロンのGNSSデバイスの使用を上回っています。2009年に独立系アナリスト会社Berg Insightは、GNSS対応のGSM/WCDMA端末は米国だけで1億5000万台に達し^{[14] 、スタンドアロンのGNSS受信機の販売台数はわずか4000万台であることを発見しました[15]}。

アシストGPS（A-GPS）は、衛星データと携帯電話基地局データの組み合わせを使用して、最初の位置特定までの時間を短縮し、衛星アルマナックを定期的にダウンロードする必要を減らし、大きな建物が近くにあるために衛星信号が妨害された場合に位置を特定するのに役立ちます。携帯電話基地局の範囲外では、A-GPSを使用する電話の位置特定性能が低下する可能性があります。A-GPSベースのハイブリッド測位システムを搭載した電話は、携帯電話基地局の三角測量とWiFiホットスポットの位置によってGPS信号が不十分な場合でも位置特定を維持できます。ほとんどのスマートフォンは、携帯電話基地局の範囲外でGPSの位置特定を高速化するために、オンライン時に衛星アルマナックをダウンロードします。^[16]

統合 GPS のない一部の古いJava対応携帯電話では、シリアルまたはBluetooth接続を介して外部 GPS 受信機を引き続き使用できますが、現在ではその必要性はほとんどありません。

一部の携帯電話はノートパソコンにテザリングすることで、ノートパソコンにも位置情報サービスを提供できる。^[17]

ソフトウェア会社は、ノートパソコンで車載用にGPSナビゲーションソフトウェアプログラムを提供しています。 ^[18]ノートパソコンでのGPSの利点には、より大きな地図を表示できること、キーボードを使用してGPS機能を制御できることなどがあり、ノートパソコン用のGPSソフトウェアの中には、途中の休憩、代替の景色の良いルートや高速道路のみのオプションの検索機能など、他のプラットフォームでは利用できない高度な旅行計画機能を提供するものもあります。

Palms ^[19]やPocket PCにもGPSナビゲーションを搭載することができます。^[20] Pocket PCは専用のナビゲーションデバイスとは異なり、独自のオペレーティングシステムを持ち、他のアプリケーションも実行できます。

その他のGPSデバイスは、動作するためにコンピュータに接続する必要があります。このコンピュータは、家庭用コンピュータ、ラップトップ、PDA、デジタルカメラ、またはスマートフォンです。コンピュータの種類と使用可能なコネクタに応じて、シリアルケーブルまたはUSBケーブル、 Bluetooth、CompactFlash、SD、PCMCIA、および新しいExpressCardを介して接続できます。^[21]一部のPCMCIA / ExpressCard GPSユニットには、ワイヤレスモデムも含まれています。^[22]

デバイスには通常、 GPS ナビゲーション ソフトウェアがプリインストールされていないため、購入後はユーザーが独自のソフトウェアをインストールするか作成する必要があります。ユーザーは使用するソフトウェアを選択できるため、自分の好みに合わせてソフトウェアをカスタマイズできます。PC ベースの GPS 受信機にナビゲーション ソフトウェア スイートがバンドルされているのはごく一般的です。また、ソフトウェア モジュールは、完全なスタンドアロン システムよりも大幅に安価です (約50 ～ 100ユーロ)。ソフトウェアには、特定の地域のみのマップ、または Google マップなどのソフトウェアを使用する場合は全世界のマップが含まれている場合があります。

趣味人の中には、衛星ナビゲーション装置を製作し、その設計図をオープンソース化した人もいます。例としては、Elektor GPSユニットがあります。^{[23] [24]これらは}SiRFstarIIIチップをベースにしており、市販のものと同等です。他のチップやソフトウェア実装も利用可能です。^[25]

パイロットは、ナビゲーションと安全性および飛行効率の向上のために衛星ナビゲーションシステムを使用しています。これにより、パイロットは地上のナビゲーション支援に依存せずに、より効率的なルートを実現し、地上のナビゲーションおよび監視機器がない空港へのナビゲーションが可能になります。現在、視界不良の状況でも安全に着陸できるように衛星が補強されているエリアをパイロットがより鮮明に見ることができるGPSユニットがいくつかあります。現在、GPS用に2つの新しい信号が作成されており、1つは空の危機的な状況を支援するために作成されたもので、もう1つはGPSをより堅牢なナビゲーションサービスにするものです。現在、多くの航空サービスでは、GPSの使用を必須サービスとしています。^{[26]商用航空アプリケーションには、位置を計算し、その情報を自動}操縦用の大型のマルチ入力ナビゲーションコンピューター、パイロットへのコース情報と修正表示、コース追跡および記録デバイスに送信するGNSSデバイスがあります。

軍事用途には、歩兵（指揮官および正規兵）、小型車両および船舶向けの消費者向けスポーツ製品に類似したデバイス、および航空機およびミサイル向けの民間航空用途に類似したデバイスが含まれる。例としては、米国軍の司令官デジタルアシスタントおよび兵士デジタルアシスタントがある。^{[27] [28] [29] [30]} 2000年5月以前は、軍のみがGPSの完全な精度を利用できた。消費者向けデバイスは選択的可用性（SA）によって制限されていたが、これは段階的に廃止される予定であったが、クリントン大統領によって突然削除された。^[31] ディファレンシャルGPSは、SAの誤差をキャンセルしてGPSの精度を向上させる方法であり、ゴルフカートなどの商用アプリケーションで日常的に利用可能であった。^[32] GPSはSAがなくても約15メートルの精度に制限されています。DGPSは数センチメートル以内の精度が可能です。^[33]

シーケンシャルGPS受信機は、通常1つまたは2つのハードウェアチャネルを使用して必要な衛星を追跡します。^[34]この受信機は一度に1つの衛星を追跡し、測定値に時間タグを付け、4つの衛星の疑似距離がすべて測定されたときにそれらを結合します。これらの受信機は入手可能な受信機の中で最も安価ですが、高ダイナミクスで動作することはできず、最初の位置特定までの時間（TTFF）のパフォーマンスが最も遅くなります。

GPSの地図や道順は時々不正確です。^{[要出典]最短ルートを尋ねて道に迷った人もいます。例えば、南オレゴンから}ネバダ州ジャックポットまでの最短ルートを探していたアメリカのカップルがそうです。^[35]

2009年8月、若い母親と6歳の息子は、カーナビの指示に従って未舗装の袋小路に行き着き、デスバレーで立ち往生した。5日後に発見されたとき、息子は熱中症と脱水症状で亡くなっていた。^[36]

2012年5月、オーストラリアで日本人観光客がノースストラドブローク島へ旅行中に立ち往生し、カーナビがモートン湾まで運転するよう指示した。^[37]

2008年、衛星ナビゲーションシステムがソフトボールチームのバスを9フィートのトンネルに誘導し、バスの屋根が剥がれ、チーム全員が入院する事態となった。^[38]

オレゴン州のブラッド・プレストン氏は、カーナビが彼の敷地を通る道路を示しているため、人々が週に5～8回彼の私道に誘導されると主張している。^[38]

ネバダ州リノ出身のジョン・ローズとスターリー・ローズ夫妻はオレゴン州から車で帰宅中、その地域に雪がかなり積もっているのに気づき始めたが、すでに30マイルも走っていたためそのまま進むことにした。しかし、カーナビがオレゴン州の森の中の除雪されていない道に彼らを導き、3日間立ち往生した。^[38]

メアリー・デイビスさんは見知らぬ場所を運転していたとき、カーナビが線路に右折するよう指示した。列車が近づいてきていた。メアリーさんは幸運にも、その状況に気付いた地元の警察官がいて、できるだけ早く車から出るよう促してくれた。メアリーさんは幸運にも車から降りることができたが、列車が衝突して車が全損するのを待っていた。警察官は、死者が出る可能性が非常に高かったとコメントした。^[38]

その他の危険としては、路地が通りとして記載されていたり、車線が道路として識別されていたり、^[39]線路が道路として識別されていたりすることが挙げられる。^[40]

道路は時間の経過とともに変化する可能性があるため、古い地図では、ユニットがユーザーを遠回りで時間の無駄なルートに誘導することがあります。スマートフォンの Satnav 情報は通常、自動的に更新され、追加料金はかかりません。個別の Satnav デバイスのメーカーも、通常は有料で自社製品の地図更新サービスを提供しています。

携帯電話などのカーナビ付き携帯機器が、機器にインストールされた関連ソフトウェアを通じてユーザーの位置情報データをアップロードすると、ユーザーのプライバシーが侵害される可能性があります。ユーザーの位置情報は現在、Googleマップなどのナビゲーションアプリや位置情報広告の基礎となっており、近くのお店を宣伝したり、広告代理店がユーザーの動きや習慣を追跡して将来の利用に役立てたりすることができます。規制機関は、位置情報データを特権データとして扱うかどうかについて、国ごとに異なります。特権データは、ユーザーの同意なしに保存したり、その他の方法で使用したりすることはできません。^[41]

車両追跡システムにより、雇用主は従業員の位置を追跡することができ、従業員のプライバシー侵害の疑いが生じている。従業員が勤務時間外でプライベートな時間を過ごしているときにも、雇用主が位置情報の収集を続けているケースがある。^[42]

レンタカーサービスも同様の手法を使って、料金を支払ったエリアに顧客をジオフェンスし、違反に対して追加料金を請求することがある。^[43] 2010年、ニューヨーク自由人権協会は、マイケル・カニンガム氏の車に取り付けられたカーナビを使用して日々の行動と位置を追跡したとして労働省を解雇したとして訴訟を起こした。^[44] 私立探偵は、仕掛けられたGPS装置を使って、ターゲットの動きに関する情報を顧客に提供する。

Wikivoyage にはGPS ナビゲーション用の旅行ガイドがあります。

ウィキメディア・コモンズには、 GPS 受信機に関連するメディアがあります。

• ウェブマップサービスの比較
• ダッシュカム
• 国防先進GPS受信機
• ヘッドユニット
• 動く地図表示
• GPSウォッチ
• 高精度軽量GPS受信機
• 電波時計
• ターンバイターンナビゲーション