2022年、アメリカ宇宙軍の士官が全地球測位システム（GPS）を操作している
。 全地球測位システム （GPS ）は、米国宇宙軍 が所有し、ミッションデルタ31 が運用する衛星ベースの 双曲線航法 システムです。[ 2 ] [ 3 ] GPS受信機 に位置情報 と時刻情報を提供する 全地球航法衛星システム （GNSS）の1つです。 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]
概要 GPSプロジェクトは1973年に米国国防総省によって開始されました。 [ 7 ] [ 7 ] 大韓航空007便 が誤ってソ連領空に侵入して撃墜された後、ロナルド・レーガン 大統領は1988年からGPSシステムを民間利用に供することを決定しました。[ 8 ] しかし、当初、この民間利用は選択的利用可能性 （SA）の使用により平均精度100メートル（330 フィート） に制限されていました。SAとは、軍用受信機が修正できるGPSデータに意図的に導入されたエラーです。
民間のGPS利用が拡大するにつれ、この誤差を解消する圧力が高まった。湾岸戦争 中、軍用GPSユニットの不足により多くの米兵が自宅から送られてきた民間用GPSユニットを使用していたため、SAシステムは一時的に無効化された。1990年代には、米国沿岸警備隊 、連邦航空局、および他国の同様の機関の 差分GPS システムがローカルGPS補正の送信を開始し、SAの劣化と大気の影響（軍用受信機も補正していた）の両方の影響を軽減した。米軍はローカルGPSジャミングを実行する方法も開発していたため、システムをグローバルに劣化させる能力はもはや必要なくなった。その結果、ビル・クリントン米 大統領は2000年5月1日に選択的利用可能性を無効にするよう命じる法案に署名し[ 9 ] [ 10 ] 。
技術の進歩と既存システムへの新たな要求により、GPS の近代化と次世代GPS Block III 衛星および次世代運用制御システム (OCX) [ 11 ] の実装に向けた取り組みが行われており、これは 2000 年に米国議会 によって承認されました。選択的利用可能性が廃止されたとき、GPS の精度は約5 メートル (16 フィート) でした。L5 バンドを使用する GPS 受信機は30 センチメートル (12 インチ) というはるかに高い精度を持ち、エンジニアリングや土地測量などのハイエンド アプリケーション向けのものは2 cm ( 3 ⁄ 4 インチ) 以内の精度を持ち、長期測定ではサブ ミリメートル精度も提供できます。[ 9 ] [ 12 ] [ 13 ] スマートフォンなどの消費者向けデバイスは、Wi-Fi 測位などの支援サービスを使用すると 4.9 m (16 フィート) 以上の精度になります。[ 14 ]
2026年 3月現在 [ 15 ]
歴史 1977年頃、ナビスター全地球測位システムを紹介する空軍の映像。 GPSプロジェクトは、1960年代の機密扱いのエンジニアリング設計研究を含むいくつかの先行システムのアイデアを組み合わせた、以前のナビゲーションシステムの限界を克服するために、1973年に米国で開始されました。 [ 16 ] 海軍研究所 のロジャー・L・イーストン 、エアロスペース社 のイヴァン・A ・ゲッティング、応用物理研究所 のブラッドフォード・パーキンソンが その発明者として知られています。[ 17 ] ダールグレン海軍試験場の弾道科学支部 のグラディス・ウェスト による数学的測地地球モデルの作成に関する研究は、GPSに必要な精度で衛星の位置を検出するための計算技術の開発に重要な役割を果たしたとされています。[ 18 ] [ 19 ]
GPS の設計は、 1940 年代初頭に開発されたLORAN やDecca Navigator System などの同様の地上無線航法システムに部分的に基づいています。1955 年、 フリードヴァルト・ヴィンターベルクは、人工衛星の軌道上に設置された高精度原子時計を使用して、強い重力場における時間の遅れを検出するという 一般相対性理論 のテストを提案しました。特殊相対性理論と一般相対性理論は、地球上の時計から観測される GPS 衛星の時計は、地球上の時計よりも 1 日あたり 38 マイクロ秒速く進むと予測しました。[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]
前任者 1957年にソビエト連邦が 初の人工衛星（スプートニク1号 ）を打ち上げた際、ジョンズ・ホプキンス大学 応用物理研究所 （APL）のアメリカ人物理学者ウィリアム・ガイアーとジョージ・ワイフェンバックは、その無線送信を監視していた。[ 23 ] 数時間以内に、ドップラー効果 により、衛星が軌道上のどこにあるかを特定できることに気づいた。APLの所長は、必要な膨大な計算を実行するために、彼らにUNIVAC Iコンピュータへのアクセスを許可した。
海軍研究所 のティメーション計画、そして後にGPS計画の責任者であったロジャー・L・イーストン （左）とアル・バーソロミュー。 翌年の初め、APLの副所長であるフランク・マクルーアは、ガイアーとワイフェンバッハに逆問題、つまり衛星の位置が与えられた場合にユーザーの位置を特定する問題を調査するように依頼した。（当時、海軍は潜水艦発射型ポラリス ミサイルを開発しており、そのためには潜水艦の位置を知る必要があった。）これが彼らとAPLがTRANSIT システムを開発するきっかけとなった。[ 24 ] DARPAに 改名）もTRANSITで役割を果たした。[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]
TRANSITは1960年に初めて試験に成功した。[ 28 ] 5つの衛星群 を使用し、約1時間に1回航行位置を確定することができた。1967年、米海軍は、 GPSに必要な技術である宇宙空間に高精度時計を配置する実現可能性を実証したTimation 衛星を開発した。[ 29 ]
1970年代には、地上局ペアからの信号送信の位相比較に基づくOMEGA航法システム [ 30 ]
軍事部門と民間部門で正確な航法に対するニーズは広範にあったが、それらのほとんどが、航法衛星群の研究、開発、配備、運用にかかる数十億ドルの費用を正当化するものとは見なされなかった。冷戦の 軍拡競争 の間、米国議会の見解では、米国の存立に対する核の脅威だけがこの費用を正当化する唯一のニーズであった。この抑止効果こそが、GPSに資金が投入された理由である。[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] 核の三本柱 は、米国海軍の潜水艦発射弾道ミサイル （SLBM）と米国空軍 （USAF）の戦略爆撃機 および大陸間弾道ミサイル（ICBM）で構成されていた。 核抑止 態勢にとって不可欠と考えられていたSLBMの発射位置の正確な決定は、戦力増強 要因であった。
精密な航法によって、米国の弾道ミサイル潜水艦は SLBMを発射する前に正確な位置を特定できるようになる。[ 34 ] SS-24 およびSS-25 に相当）を使用する提案があり、そのため発射位置を特定する必要性はSLBMの状況と類似していた。
1960年、空軍はMOSAIC（Mobile System for Accurate ICBM Control）と呼ばれる無線航法システムを提案したが、これは基本的に3次元LORANシステムであった。1963年には後続の研究であるプロジェクト57が実施され、「この研究でGPSの概念が生まれた」。同年、この概念はプロジェクト621Bとして追求され、「現在GPSに見られる多くの特性」[ 35 ]
航法技術衛星II（Timation IV）：NTS-IIは、GPS共同計画の資金提供を受けてNRLが完全に設計・製造した最初の衛星である。1977年6月23日に打ち上げられた。 海軍のTRANSITシステムからの更新は、空軍の高速作戦には遅すぎた。海軍研究所 （NRL）は、1967年に最初の衛星 を打ち上げ、1969年に2番目の衛星を打ち上げ、1974年に3番目の衛星が最初の原子時計を 軌道に乗せ、1977年に4番目の衛星を打ち上げるなど、時間航法衛星の開発を続けた。[ 36 ]
GPSのもう一つの重要な前身は、アメリカ軍の別の部門から生まれた。1964年、アメリカ陸軍は 測地測量に用いられる最初のSECOR （Sequential Collation of Range）衛星を軌道に乗せた。 [ 37 ] [ 38 ]
発達 1960年代のこれらの並行開発により、621B、トランジット、ティメーション、SECORの最良の技術をマルチサービスプログラムで統合することにより、より優れたシステムを開発することが可能になった。重力場 やレーダー屈折 などの変動によって引き起こされる衛星軌道位置誤差を解決する必要があった。1970年から1973年にかけてフロリダのパンアメリカン航空宇宙部門のハロルド・L・ジュリーが率いるチームは、リアルタイムデータ同化と再帰推定を使用してこれを行い、系統誤差と残差誤差を管理可能なレベルまで低減し、正確な航法を可能にした。[ 39 ]
1973年のレイバーデーの週末、ペンタゴンで約12人の軍関係者が集まり、国防航法衛星システム（DNSS） の創設について話し合った。GPSとなる真の統合が生まれたのはこの会議だった。その年の後半、DNSSプログラムはNavstarと名付けられた。 [ 40 ] Navstar という名前は頭字語ではなく、単に響きの良い言葉として選ばれた。[ 41 ] Navstar-GPSが 使用された。[ 42 ] ブロックI 」プロトタイプ衛星が打ち上げられた（追加の1基は打ち上げ失敗で破壊された）。[ 43 ]
電離層が無線伝送に及ぼす影響は、1974年に空軍地球物理研究所（AFGRL）に改名された空軍ケンブリッジ研究所 の地球物理学研究所で調査されました。AFGRLは、 GPS位置の電離層補正を計算するためのクロブチャーモデルを開発しました。 [ 44 ] エリザベス・エセックス＝コーエン が行った研究です。彼女は、Navstar衛星から電離層を通過する電波の経路の曲がり（大気屈折 ）に関心を持っていました。[ 45 ]
1983年に、サハリン島とモネロン島付近で、大韓航空007便（ボーイング747型機、乗客乗員269名）が航法ミスにより飛行禁止空域に迷い込んだ後、ソ連の迎撃機に撃墜されるという悲劇的な事件 が 発生し た後 、 ロナルド・レーガン は 、GPS が 十分に開発されれば、公共財として民間利用に無償で提供するという指令を出した。[ 47 ] [ 48 ] 2025年 換算で110 億米ドル）と見積もられている。[ 49 ]
当初、最高品質の信号は軍事用に確保され、民間で使用できる信号は選択的利用可能性 と呼ばれる方針で意図的に劣化させられていた。これは、2000 年 5 月 1 日に、ビル・クリントン米大統領が選択的利用可能性をオフにして、軍に提供されていたのと同じ精度を民間にも提供する政策指令に署名したことで変更された。この指令は、民間の精度を向上させるために民間企業による差分 GPS サービスの広範な成長を考慮して、ウィリアム・ペリー 米国防長官によって提案された。さらに、米軍は地域ベースで潜在的な敵対国に GPS サービスを妨害する技術を開発していた。[ 50 ]
配備以来、米国は、既存の GPS 機器との互換性を維持しながら、民間利用のための新しい信号や、すべてのユーザーに対する精度と完全性の向上など、 GPS サービスにいくつかの改善を実施してきました。衛星システムの近代化は、軍事、民間、および商業市場の増大するニーズを満たすために、米国国防総省が一連の衛星取得 を通じて継続的に行っている取り組みです。2015 年初頭の時点で、高品質の標準測位サービス (SPS) GPS 受信機は、3.5 メートル (11 フィート) より優れた水平精度を提供していましたが、受信機とアンテナの品質や大気の問題など、多くの要因がこの精度に影響を与える可能性があります。[ 9 ]
GPSは、国家資源として米国政府が所有および運用しています。国防総省がGPSの管理責任者です。省庁間GPS執行委員会（IGEB）は 、1996年から2004年までGPS政策事項を監督しました。その後、GPSおよび関連システムに関する事項について連邦政府の各省庁に助言および調整を行うため、2004年に大統領令により国家宇宙ベース測位・航法・タイミング執行委員会が設立されました。[ 51 ] 統合参謀本部 、NASA の同等の役人が含まれます。大統領府の各部署は執行委員会のオブザーバーとして参加し、FCC委員長は連絡役として参加します。
米国国防総省は、法律により「（連邦無線航法計画および標準測位サービス信号仕様で定義されている）標準測位サービスを継続的に世界中で利用できるように維持すること」と「民間利用を過度に妨害または劣化させることなく、GPSとその補助サービスの敵対的利用を防止するための措置を開発すること」が義務付けられている。
受賞 空軍宇宙軍団副司令官のDT・トンプソン中将が、グラディス・ウェスト氏に賞を授与し、彼女は空軍宇宙ミサイルパイオニア殿堂入りを果たした。 1993年2月10日、全米航空協会は 、米国で最も権威ある航空賞である1992年度ロバート・J・コリアー・トロフィー の受賞者としてGPSチームを選出した。このチームは、海軍研究所、米国空軍、エアロスペース・コーポレーション 、ロックウェル・インターナショナル・ コーポレーション、IBM フェデラル・システムズ・カンパニーの研究者で構成されている。受賞理由は、「50年前の無線航法導入以来、航空機および宇宙船の安全かつ効率的な航行と監視のための最も重要な開発 」である。
2003年度の全米技術アカデミー ・チャールズ・スターク・ドレイパー賞を、 2人のGPS開発者が受賞した。
GPS開発者のロジャー・L・イーストンは、 2006年2月13日に国家技術勲章 を受章した。 [ 75 ] フランシス・X・ケイン （米国空軍退役大佐）は、宇宙技術開発とプロジェクト621Bの一環として実施されたGPSのエンジニアリング設計コンセプトにおける役割により、2010年3月2日にテキサス州サンアントニオのラックランド空軍基地にある米国空軍宇宙ミサイルパイオニア殿堂入りを果たした。1998年には、GPS技術がスペース財団 宇宙技術殿堂 入りを果たした。[ 76 ]
2011年10月4日、国際宇宙航行連盟 （IAF）は、IAF加盟団体である米国航空宇宙学会（AIAA）の推薦により、全地球測位システム（GPS）に60周年記念賞を授与しました。IAF栄誉賞委員会は、GPSプログラムの独自性と、人類の利益のために国際協力を構築する上で果たしてきた模範的な役割を認めました。[ 77 ] [ 78 ] [ 79 ] [ 80 ]
原則 GPS衛星には、互いに、そして地上管制局の基準原子時計と同期された非常に安定した原子時計が搭載されています。衛星に搭載された時計が地上局で維持されている基準時刻からずれても、定期的に補正されます。 [ 81 ] 電波 の速度（光速 ）[ 82 ]
各GPS衛星は、自身の位置と時刻の正確な記録を保持しており、[ 83 ] そのデータを継続的に送信します。複数のGPS衛星 から受信したデータに基づいて、エンドユーザーのGPS受信機は時空 における自身の4次元位置を 計算できます。ただし、受信機が4つの未知量（3つの位置座標と衛星時刻からの自身の時計のずれ）を計算するには、少なくとも4つの衛星が受信機の視界に入っている必要があります。[ 84 ]
より詳細な説明 各GPS衛星は、以下の情報を含む信号（変調され た搬送波 ）を継続的に送信しています。
受信機が認識している擬似乱数 コード（1と0のシーケンス）。受信機が生成したコードと受信機が測定したコードの時刻を同期させることで、コードシーケンス内の特定の時点（エポックと呼ばれる）の到着時刻（TOA）を受信機のクロック時間スケールで求めることができる。コードエポックの送信時刻（TOT）（GPS時間スケール）と、その時刻における衛星の位置を含むメッセージ 概念的には、受信機は4つの衛星信号のTOA（自身のクロックによる）を測定します。TOAとTOTから、受信機は4つの飛行時間 （TOF）値を生成します。これは（光速を考慮すると）受信機と衛星間の距離に、受信機とGPS衛星間の時間差に光速を乗じたものを加えたものにほぼ等しく、擬似距離と呼ばれます。次に、受信機は4つのTOFから3次元位置とクロック偏差を計算します。[ 85 ]
実際には、TOFを処理するための航法方程式 を使用して、受信機の位置（地球の中心を原点とする3次元直交座標 ）とGPS時間に対する受信機クロックのオフセットが同時に計算されます。
受信機の地球中心座標系における位置は、通常、楕円体地球モデルに対する緯度 、経度、および高さに変換されます。高さは、さらに ジオイド（実質的には平均海面）に対する高さに変換される場合があります。これらの座標は、 移動地図表示 などに表示したり、車両誘導システムなどの他のシステムで記録または使用したりできます。[ 85 ]
2025年現在、これらの基本原則は、GPS IIIおよびGPS IIIF衛星の導入によるGPSコンステレーションの継続的な近代化によって強化されています。これらの次世代衛星は、より高度な原子時計を備え、さらに高い時刻精度を実現し、より強力で安全かつ相互運用可能な信号（L1C、L2C、L5など）を送信します。[ 86 ] [ 87 ]
ユーザーと衛星の幾何学的配置 受信処理では通常明示的に形成されませんが、概念的な到着時間差 (TDOA) は測定ジオメトリを定義します。各 TDOA は回転双曲面に対応します ( マルチラテレーション を参照)。関係する 2 つの衛星 (およびその延長) を結ぶ線が双曲面の軸を形成します。受信機は、3 つの双曲面が交差する点に位置します。[ 88 ] [ 89 ]
ユーザーの位置は3つの球の交点にあると誤って説明されることがありますが、これは視覚的に分かりやすいものの、受信機が衛星の時計と同期した時計を持っている場合（つまり、受信機が距離差ではなく衛星までの真の距離を測定する場合）にのみ当てはまります。ユーザーが衛星と同期した時計を携帯することには、顕著な性能上の利点があります。最も重要なのは、位置解を計算するために必要な衛星が3つだけで済むことです。もしGPSの概念において、すべてのユーザーが同期した時計を携帯することが必須条件であれば、配備できる衛星の数は少なくて済みますが、ユーザー機器のコストと複雑さが増大するでしょう。
受信機は連続運転中 上記の説明は、受信機の起動時の状況を表しています。ほとんどの受信機には、異なる時間に収集された衛星測定値のセットを組み合わせる追跡アルゴリズム（ トラッカー と呼ばれることもあります）が搭載されています。これは、連続する受信機の位置が通常互いに近いという事実を効果的に利用しています。一連の測定値が処理されると、トラッカーは次の衛星測定値に対応する受信機の位置を予測します。新しい測定値が収集されると、受信機は重み付けスキームを使用して、新しい測定値とトラッカーの予測を組み合わせます。一般的に、トラッカーは、（a）受信機の位置と時間の精度を向上させ、（b）不良な測定値を除外し、（c）受信機の速度と方向を推定することができます。
トラッカーの欠点は、速度や方向の変化を計算できるまでに遅延が生じること、そして、2 つの位置測定間の移動距離が位置測定のランダム誤差 を下回るか、それに近い値になると、導き出された方向が不正確になることです。GPS ユニットは、受信した信号のドップラーシフト の測定値を使用して、速度を正確に計算できます。 [ 90 ] より高度なナビゲーション システムでは、GPS を補完するために、コンパス や慣性ナビゲーション システム などの追加のセンサーを使用します。
ナビゲーション以外の用途 GPS では、正確なナビゲーションのために 4 つ以上の衛星が見える必要がある。[ 91 ] ナビゲーション方程式 の解は、受信機の位置と受信機のオンボード クロックが保持する時間と実際の時刻との差を与えるため、より高精度で実用的ではない可能性のある受信機ベースのクロックは不要になる。時刻転送 、交通信号のタイミング、携帯電話基地局の同期 などの GPS のアプリケーションは、この安価で高精度のタイミングを利用する 。一部の GPS アプリケーションは、この時間をディスプレイに使用したり、基本的な位置計算以外では全く使用しない。
通常の動作には4つの衛星が必要ですが、特殊なケースではそれより少ない衛星でも動作します。1つの変数がすでにわかっている場合、受信機は3つの衛星のみを使用して位置を特定できます。たとえば、外洋の船舶は通常、 0 m に近い 既知の高度を持ち、航空機の高度もわかっている場合があります。[ a ] 推測航法 、慣性航法 、または車両コンピュータからの情報を含めるなどの追加の手がかりや仮定を使用して、4つ未満の衛星しか見えない場合に（精度が低下する可能性があります）位置を提供します。[ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]
構造 現在の GPS は 3 つの主要なセグメントで構成されています。これらは、宇宙セグメント、制御セグメント、およびユーザーセグメントです。[ 60 ] [ 95 ] 宇宙軍が 開発、維持、運用しています。[ 96 ] 信号を送信し 、各 GPS 受信機はこれらの信号を使用して、3 次元の位置 (緯度、経度、高度) と現在時刻を計算します。[ 97 ]
宇宙セグメント GPS IIは、1985年にAEDCマークI宇宙チャンバーで4ヶ月間にわたる一連の性能試験を受け、衛星が宇宙空間の極端な高温と低温に耐えられるかどうかを判断した。 地球の自転に伴う、24個のGPS衛星群の動きを視覚的に表した例です。地球表面上の特定の地点から見える衛星の数が時間とともにどのように変化するかに注目してください。この例の地点は、アメリカ合衆国コロラド州ゴールデン（ 北緯39度44分49秒、 西経105度12分39秒 西経105.2108度 39.7469度、西経105.2108度 宇宙セグメント (SS) は、中軌道 にある 24 ～ 32 個の衛星、または宇宙機 (SV) で構成され、それらを軌道に打ち上げるために必要なブースターへのペイロードアダプタも含まれています。[ 98 ] 3 つのほぼ円形の軌道 にそれぞれ 8 個ずつ、合計 24 個の SV が必要でしたが、[ 99 ] [ 100 ] 赤道に対する 傾斜角 が約 55° で、昇交点 の赤経 (基準点から軌道の交点までの赤道に沿った角度) が 60° 離れています。[ 101 ] 周期は 恒星日 の半分、約 11 時間 58 分なので、衛星は毎日同じ場所 [ 102 ] [ 103 ] 視界に入るように配置されています (右のアニメーションを参照)。 [ 104 ] [ 105 ]
高度約20,200 km (12,600 マイル) 、軌道半径約26,600 km (16,500 マイル) で周回する各 SV は、恒星日 ごとに 2 回の完全な軌道を周回し、毎日同じ地上軌道を繰り返します。 [ 107 ]これは、開発中に非常に役立ちました 。 なぜなら、衛星が 4 つしかない場合でも、正しい位置合わせにより、毎日数時間 、
2019年 2月現在 108 ] 衛星コンステレーションには31個の衛星があり、そのうち27個 が [ 109 ]
コントロールセグメント 1984年から2007年まで使用された地上監視ステーション。空軍宇宙ミサイル博物館に展示されている。 コントロールセグメント（CS）は以下で構成されます。
マスターコントロールステーション（MCS）、 代替マスターコントロールステーション、 4つの専用地上アンテナと、 専用のモニターステーションが6台。 MCSは、衛星制御ネットワーク （SCN）の地上アンテナ（追加のコマンドおよび制御機能のため）とNGA（国家地理空間情報局 ）の監視ステーションにもアクセスできます。衛星の飛行経路は、ハワイ、クワジェリン環礁 、アセンション島 、ディエゴガルシア 、コロラド州コロラドスプリングス、フロリダ州 ケープカナベラル にある米宇宙軍の専用監視ステーションと、イギリス、アルゼンチン、エクアドル、バーレーン、オーストラリア、ワシントンDCで運用されているNGAの共有監視ステーションによって追跡されます。[ 110 ] 25km （16 マイル）にある シュリーバー宇宙軍基地のMCSに送信されます。この基地は、米宇宙軍の 第2宇宙作戦飛行隊 （2 SOPS）によって運用されています。次に、2 SOPS は、専用または共有 (AFSCN) 地上アンテナを使用して、各 GPS 衛星に定期的に航法更新情報を送信します (GPS 専用地上アンテナは、クワジェリン 、アセンション島 、ディエゴガルシア 、ケープカナベラル にあります)。これらの更新情報により、衛星に搭載されている原子時計が互いに数ナノ秒以内の精度で同期され、各衛星の内部軌道モデルの 暦が 調整されます。更新情報は、地上監視局からの入力、宇宙天気情報、およびその他のさまざまな入力を使用する カルマンフィルタ によって作成されます。[ 111 ]
衛星の軌道調整中は、衛星は「異常」 とマークされ、受信機はそれを使用しません。軌道修正後、技術者は地上から新しい軌道を追跡し、新しい暦をアップロードして、衛星を再び「正常」とマークします。運用制御セグメント（OCS）は現在、記録制御セグメントとして機能しています。OCSは、GPSユーザーをサポートし、GPSが仕様どおりに動作し続けるための運用機能を提供します。
OCSは、2007年9月にシュリーバー空軍基地の1970年代製のメインフレームコンピュータを置き換えた。設置後、このシステムはアップグレードを可能にし、米軍を支援する新しいセキュリティアーキテクチャの基盤を提供した。
[ 11 ] [ 112 ] [ 113 ] [ 114 ]
GPS OCXプログラムは、GPS近代化の重要な部分を占めており、現行のGPS OCSプログラムに比べて情報保証の向上をもたらす。
OCXは、従来のGPS衛星だけでなく、次世代のGPS III衛星も制御・管理する能力を備え、あらゆる種類の軍事信号に対応できるようになる。 柔軟なアーキテクチャに基づいて構築されており、GPSユーザーのニーズの変化に迅速に対応できるため、安全で正確かつ信頼性の高い情報を通じて、GPSデータと衛星コンステレーションの状態への即時アクセスが可能になります。 戦闘員に、より安全で、実用的で、予測可能な情報を提供し、状況認識能力を向上させる。 最新の信号方式（L1C、L2C、L5）に対応し、従来システムでは不可能なMコード機能も備えています。 現行プログラムに比べて、サイバー攻撃の検知と防止、および攻撃発生時の隔離、封じ込め、運用など、情報セキュリティの大幅な向上を実現します。 より大容量のほぼリアルタイムのコマンドおよび制御機能と能力をサポートします。 2011年9月14日、[ 115 ] [ 116 ]
このプロジェクトは2023年も遅延したままで、（2023年6月時点で）当初の予算を73%も超過していた。[ 117 ] [ 118 ] [ 119 ]
米宇宙軍は、請負業者RTX社からOCXブロックIおよびIIの納入を2025年7月1日に受領した。これは、モノリシックな開発と開発過程における絶え間ない機能拡張のため、予定より8年以上遅れ、予算も約40億ドル超過した。米国会計検査院の現在の見積もりが正しければ、新システムは2025年12月に運用開始となる予定である。
OCX Block 3Fは現在開発中で、GPS IIIF衛星のコマンドと制御を可能にするもので、2027年に打ち上げ開始が予定されている。[ 120 ]
ユーザーセグメント GPS受信機には、自動車、携帯電話、腕時計に組み込まれた機器から、上記のような専用機器まで、さまざまな形態がある。 アイルランド国立科学博物館 （メイヌース） に展示されている、最初の携帯型GPS測量装置であるライカWM 101。ユーザーセグメント（米国）は、数十万人の米国および同盟国の軍事ユーザーによる安全なGPS精密測位サービスと、数千万人の民間、商業、科学分野のユーザーによる標準測位サービスで構成されています。一般的に、GPS受信機は、衛星から送信される周波数に同調されたアンテナ、受信プロセッサ、および高安定クロック（多くの場合、水晶発振器 ）で構成されています。また、ユーザーに位置情報と速度情報を提供するディスプレイを備えている場合もあります。
GPS受信機には、 RTCM SC-104フォーマットを使用した差分補正用の入力が含まれている場合があります。これは通常、 4,800ビット/秒の速度のRS-232 ポートの形をとります 。実際のデータははるかに低いレートで送信されるため、RTCMを使用して送信される信号の精度が制限されます。[ 121 ] [ 122 ] 2006年現在 広域増強システム （WAAS）受信機を搭載している。
アンテナが内蔵された一般的なGPS受信機 多くの GPS 受信機は、 NMEA 0183 プロトコルを使用して位置データを PC や他のデバイスに中継できます。このプロトコルは、米国海洋電子機器協会 (NMEA) によって公式に定義されていますが、[ 123 ] gpsd などのオープンソースツールが知的財産法に違反することなくプロトコルを読み取ることができます。SiRFやMTK シリアル接続、 USB 、Bluetooth などの方法を使用して他のデバイスとインターフェースできます。
アプリケーション GPSは元々は軍事プロジェクトでしたが、デュアルユース技術 とみなされており、重要な民生用途も持っています。[ 124 ]
GPSは、商業、科学用途、追跡、監視において広く普及し、有用なツールとなっている。GPSの正確な時刻は、銀行業務、携帯電話の操作、さらには電力網の制御など、日常的な活動を円滑にし、同期のとれたハンドオフ切り替えを可能にする。[ 97 ]
民間人 このアンテナは 、精密なタイミングを必要とする科学実験が行われている小屋の屋根に取り付けられている。 インドネシア、南タンゲラン におけるGPSおよびその他のGNSS衛星の使用状況を示すGPSTESTアプリケーションのスクリーンショット（2025年）多くの民生用途では、GPSの3つの基本要素、すなわち絶対位置、相対移動、および時刻伝送のうち、1つ以上が利用されている。
民間利用の制限 米国政府は一部の民生用受信機の輸出を管理している。高度18 km ( 60,000 フィート ) を超える高度および速度515 m/s (1,854 km/h、1,152 mph) を超える速度で機能できる、または無人ミサイルや航空機で使用するために設計または改造されたすべての GPS 受信機は、弾薬 (兵器) に分類され、国務省の 輸出許可が必要となる。[ 155 ]
これらの制限を超える動作を無効にすると、受信機は弾薬として分類されなくなります。ベンダーの解釈は異なります。この規則は目標高度と速度の両方での動作に言及していますが、一部の受信機は静止状態でも動作を停止します。これにより、定期的に30 km (100,000 フィート) に達するアマチュア無線気球の打ち上げで問題が発生しています。これらの制限は、米国から輸出されるユニットまたはコンポーネントにのみ適用されます。他の国からの GPS ユニットを含むさまざまなコンポーネントの取引は増加しています。これらは、ITAR フリーとして明示的に販売されています。
軍隊 AN/PRC-119F SINCGARS無線機は、他の無線機との周波数ホッピング動作を可能にするために、外部GPSシステムから供給される正確な時刻を必要とする。 誘導装置のない爆弾 にGPS誘導キットを取り付ける、2003年3月M982エクスカリバー GPS誘導砲弾 2009年現在、軍事用GPSの用途には以下が含まれる。
GPSタイプのナビゲーションは、1995年にGPSが完全に開発される前の1991年の湾岸戦争で初めて実戦で使用され、 連合軍の 航行と作戦行動を支援した。この戦争では、イラク軍が電波ノイズを発する可能性のある標的に妨害装置を設置し、微弱なGPS信号の受信を妨害したため、GPSが妨害 に対して脆弱であることも明らかになった。[ 164 ]
GPSの妨害に対する脆弱性は、妨害装置と経験の増加に伴い、ますます深刻化する脅威である。[ 165 ] [ 166 ] [ 167 ] スプラトリー諸島 付近で米国の監視機を阻止するために妨害を使用している。[ 168 ] 北朝鮮は 、韓国との国境付近および沖合でいくつかの大規模な妨害作戦を実施し、航空便、船舶、漁業活動を妨害している。[ 169 ] PS752 便を撃墜した際に、同機のGPSを妨害した。[ 170 ] [ 171 ]
ロシア・ウクライナ戦争 では、NATO諸国がウクライナに提供したGPS誘導弾薬は、ロシアの電子戦の結果、著しく故障率が高かった。ロシアが電子戦活動を調整した結果、エクスカリバー砲弾の命中率は70%から6%に低下した。[ 172 ]
タイムキーピング
相対論的補正 GPSは、相対論的効果に対する2つの主要な補正を時間信号に実装しています。1つは特殊相対性理論を使用して衛星と受信機の相対速度に対する補正、もう1つは一般相対性理論を使用して衛星と受信機の間の重力ポテンシャルの差に対する補正です。[ 21 ] [ 177 ] [ 178 ]
グレゴリオ暦 の年、月、日の形式とは異なり、GPSの日付は週番号と週内の秒数で表されます。週番号はC/AおよびP(Y)航法メッセージで10ビットの フィールドとして送信されるため、1,024週間（19.6年）ごとに再びゼロになります。GPSのゼロ週は1980年1月6日00:00:00 UTC（00:00:19 TAI） に始まり、 1999年8月21日23:59:47 UTC（1999年8月22日00:00:19 TAI）に初めて再びゼロになりました。2019年4月6日23時59分42秒（UTC）に2度目の発生がありました。現在のグレゴリオ暦の日付を決定するには、GPS受信機にGPS日付信号を正しく変換するために、おおよその日付（3,584日以内）を提供する必要があります。将来的にこの懸念に対処するため、最新のGPS民間航法（CNAV）メッセージでは、8,192週間（157年）ごとに繰り返される13ビットのフィールドを使用しており、2137年（GPS週0から157年後）まで有効です。
コミュニケーション GPS衛星から送信される航法信号には、衛星の位置、内部時計の状態、ネットワークの状態など、さまざまな情報が符号化されています。これらの信号は、ネットワーク内のすべての衛星に共通する2つの異なる搬送周波数で送信されます。2つの異なる符号化方式が使用されます。1つは低解像度の航法を可能にする公開符号化方式、もう1つは米軍が使用する暗号化符号化方式です。[ 179 ]
各 GPS 衛星は、L1 (C/A および P/Y) および L2 (P/Y) 周波数で、毎秒 50 ビットの速度でナビゲーション メッセージを継続的に送信します ( ビットレートを 参照)。各メッセージの送信には 750 秒 ( 12 + 1/2 分) かかります。メッセージ構造は 、 サブコミュテーション されるため、完全なデータ メッセージには 25 個の完全なフレームの送信が必要です。各サブフレームは 10 個のワードで構成され、各ワードは 30 ビット長です。したがって、サブフレームの 300 ビット × フレームの 5 つのサブフレーム × メッセージ内の 25 フレームで、各メッセージは 37,500 ビット長になります。送信速度が 50 ビット/秒の場合、これにより、アルマナック メッセージ (GPS) 全体を送信するのに 750 秒かかります。各30秒フレームは、各衛星に搭載された原子時計が示す分または30分に正確に開始されます。[ 180 ]
各フレームの最初のサブフレームには、週番号と週内の時刻[ 181 ] エフェメリス が含まれています。4番目と5番目のサブフレームには、コンステレーション内の最大32個の衛星の粗い軌道と状態情報、およびエラー訂正に関連するデータを含むアルマナック が含まれています。したがって、この送信されたメッセージから正確な衛星の位置を取得するには、受信機は、解に含まれる各衛星からのメッセージを18〜30秒間復調する必要があります。送信されたすべてのアルマナックを収集するには、受信機はメッセージを732〜750秒、つまり12 + 1/2 分 復調 する 必要 [ 182 ]
すべての衛星は同じ周波数で送信し、受信機が個々の衛星を識別できるように、独自の符号分割多重アクセス （CDMA）を使用して信号を符号化します。このシステムは、一般にアクセス可能な粗/捕捉（C/A）コードと、暗号化されて米国軍および暗号化コードへのアクセスを許可された他のNATO諸国のみがアクセスできる精密（P(Y)）コードの2つの異なるCDMA符号化タイプを使用します。[ 183 ]
天体暦は2時間ごとに更新され、4時間の間は十分に安定しており、 異常な状況下では6時間以上ごとに更新されるようになっている。暦は通常24 時間ごとに更新される。さらに、データアップロードを遅らせる伝送更新の場合に備えて、数週間後のデータがアップロードされる。[ 184 ] [ 185 ]
衛星周波数 すべての衛星は、1.57542 GHz (L1 信号) と 1.2276 GHz (L2信号)の 2 つの周波数で送信します 。衛星ネットワークは、CDMA スペクトラム拡散技術[ 186 ] : 擬似 ランダム (PRN) シーケンスでエンコードされます。受信機は、実際のメッセージデータを再構築するために、各衛星の PRN コードを認識している必要があります。 民間用 C/A コードは、1 秒あたり102.3 万チップ でデータを送信し、米軍用 P コードは、 1 秒あたり 1023 万チップでデータを送信します。衛星の実際の内部基準は 10.22999999543 MHz で、地球上の観測者が軌道上の送信機に対して異なる時間基準を認識することになる相対論的効果 [ 187 ] [ 188 ] を補償します。 L1キャリアはC/AコードとPコードの両方で変調され、L2キャリアはPコードのみで変調されます。[ 105 ]
1.38105 GHzの周波数のL3信号は、 衛星から地上局へデータを送信するために使用されます。このデータは、米国核爆発（NUDET）探知システム（USNDS）によって、地球の大気圏および近宇宙における核爆発（NUDET）を探知、位置特定、報告するために使用されます。[ 189 ]
1.379913 GHzのL4バンドは 、電離層補正をさらに強化するために研究されている。[ 186 ] ：
1.17645 GHz の L5 周波数帯は、 GPS 近代化の過程で追加されました。この周波数は、航空航法のために国際的に保護された範囲に属し、あらゆる状況下で干渉がほとんどまたはまったくないことが約束されています。この信号を提供する最初の Block IIF 衛星は 2010 年 5 月に打ち上げられました。[ 190 ] [ 191 ] [ 192 ]
2011年、LightSquaredはL1バンド付近で地上ブロードバンドサービスを運営するための条件付き免除を認められていました。LightSquaredは2003年には既に1525～1559バンドでの運営ライセンスを申請し、パブリックコメントを募集していましたが、FCCはLightSquaredに対し、GPSコミュニティと共同で調査グループを結成し、GPS受信機をテストして、LightSquaredの地上ネットワークからの信号電力が大きいために発生する可能性のある問題を特定するよう求めました。GPSコミュニティは、LightSquared（旧MSVおよびSkyTerra）が補助地上コンポーネント（ATC）認可の変更を申請した2010年11月まで、LightSquaredの申請に異議を唱えていませんでした。この申請（SAT-MOD-20101118-00239）は、地上基地局の同じ周波数帯域で数桁高い電力を運用することを要求するものであり、宇宙からの信号のための「静かな領域」であるはずのものを、実質的に携帯電話ネットワークと同等の用途に転用するものでした。2011年前半のテストでは、 スペクトルの下位10MHzの影響はGPSデバイスに対して最小限であることが実証されています（GPSデバイス全体の1%未満が影響を受けています）。LightSquared が使用を予定している上位10MHzは、GPSデバイスに何らかの影響を与える可能性があります。これにより、多くの消費者向け用途でGPS信号が著しく劣化する可能性があるという懸念があります。[ 193 ] [ 194 ] Aviation Week [ 195 ]
復調と復号 粗測/捕捉ゴールドコードを使用したGPS衛星信号の復調と復号 すべての衛星信号は同じL1搬送周波数に変調されるため、復調後に信号を分離する必要があります。これは、各衛星にゴールドコード と呼ばれる固有のバイナリシーケンス を割り当てることによって行われます。復調後、受信機が監視する衛星に対応するゴールドコードを加算することによって信号が復号されます。[ 196 ] [ 197 ]
天体暦情報が既に取得されている場合、受信機は、1～32の範囲の固有番号であるPRNによって受信する衛星を選択します。 天体暦情報がメモリにない場合、受信機は衛星のいずれかを捕捉するまで検索モードに入ります。捕捉するには、受信機から衛星への見通し線が遮られていないことが必要です。その後、受信機は天体暦を取得し、受信すべき衛星を特定できます。各衛星の信号を検出すると、固有のC/Aコードパターンによって識別されます。天体暦データを読み取る必要があるため、最初の位置推定値が得られるまで 最大30秒の遅延が発生する場合があります。
航法メッセージを処理することで、送信時刻と当時の衛星位置を特定できます。詳細については、「復調と復号（上級編）」 を参照してください。
航法方程式
問題提起 受信機は、衛星から受信したメッセージを使用して、衛星の位置と送信時刻を決定します。衛星の位置のx、y、 z 成分と送信時刻 ( s ) は、[ x i 、 y i 、 z i 、 s i ] と表記され、添え字i は衛星を表し、1、2、...、n の値をとります( n ≥ 4 )。搭載受信機の時計によって示されるメッセージ受信時刻がt ～ 私 \displaystyle {\tilde {t}}_{i}} t 私 = t ～ 私 − b {\displaystyle t_{i}={\tilde {t}}_{i}-b} b は衛星が使用するはるかに高精度なGPSクロックによる受信機のクロックバイアスです。受信機のクロックバイアスは、受信するすべての衛星信号で同じです（衛星クロックがすべて完全に同期していると仮定した場合）。メッセージの伝送時間はt ～ 私 − b − s 私 {\displaystyle {\tilde {t}}_{i}-b-s_{i}} s i は衛星時刻です。メッセージが光速 c で伝わると仮定すると、伝わる距離は（ t ～ 私 − b − s 私 ） c {\displaystyle \left({\tilde {t}}_{i}-b-s_{i}\right)c}
n個の衛星の場合、満たすべき方程式は次のとおりです。
d 私 = （ t ～ 私 − b − s 私 ） c 、 私 = 1 、 2 、 … 、 n {\displaystyle d_{i}=\left({\tilde {t}}_{i}-b-s_{i}\right)c,\;i=1,2,\dots ,n} ここで、d i は受信機と衛星i の間の幾何学的距離または範囲です（添え字のない値は受信機の位置のx、y、 z成分 です）。
d 私 = （ x − x 私 ） 2 + （ y − y 私 ） 2 + （ z − z 私 ） 2 {\displaystyle d_{i}={\sqrt {(x-x_{i})^{2}+(y-y_{i})^{2}+(z-z_{i})^{2}}}} 擬似範囲 を定義するp 私 = （ t ～ 私 − s 私 ） c {\displaystyle p_{i}=\left({\tilde {t}}_{i}-s_{i}\right)c}
p 私 = d 私 + b c 、 私 = 1 、 2 、 。 。 。 、 n {\displaystyle p_{i}=d_{i}+bc,\;i=1,2,...,n} 198 ] [ 199 ] これらの方程式には、GPS受信機の位置の3つの要素とクロックバイアスである4つの未知数[ x、y、z、b ]があるため、これらの方程式を解くには少なくとも4つの衛星からの信号が必要です。これらは代数的または数値的方法で解くことができます。GPS解の存在と一意性については、AbellとChaffeeによって議論されています。 [ 88 ] n が4より大きい場合、このシステムは過剰決定され 、フィッティング法 を使用する必要があります。
結果の誤差の量は、受信衛星の空中の位置によって変化します。特定の構成（受信衛星が空中で接近している場合）では、より大きな誤差が生じるためです。受信機は通常、計算された位置の誤差の推定値を継続的に計算します。これは、受信機の基本分解能に、使用する衛星の相対的な天球方向から計算される位置の幾何学的希釈（GDOP）係数と呼ばれる量を乗じることによって行われます。 [ 200 ] 受信機の位置は、 WGS 84 測地基準系 を使用した緯度と経度、または国固有のシステムなど、特定の座標系で表されます。 [ 201 ]
幾何学的解釈 GPS方程式は、数値解法と解析解法によって解くことができる。幾何学的な解釈は、これらの解法の理解を深めるのに役立つ。
球体 2次元直交座標系における真距離多辺測量（三辺測量）シナリオ 擬似距離と呼ばれる測定距離にはクロック誤差が含まれています。距離が同期しているという単純化された理想化では、これらの真距離は、それぞれ送信衛星の 1 つを中心とする球の半径を表します。受信機の位置の解は、これらの球の表面の交点にあります。三辺測量 (より一般的には、真距離多辺測量) を参照してください。少なくとも 3 つの衛星からの信号が必要であり、それらの 3 つの球は通常 2 点で交差します。[ 202 ]
実際には、クロックバイアス以外にも、ランダム誤差や、球の中心が比較的近い場合に互いに近い数値を減算することによる精度低下など、多くの不正確さの原因が存在します。つまり、3つの衛星から計算された位置は、十分な精度が得られない可能性が高いということです。より多くの衛星からのデータがあれば、ランダム誤差が相殺される傾向があり、また球の中心間の距離が広がるため、精度が向上します。しかし同時に、球の数が増えても、一般的には一点で交差することはありません。そのため、通常は最小二乗法を用いて、近似的な交点が計算されます。利用できる信号が多いほど、近似精度は向上する可能性が高くなります。
双曲面 3つの衛星（「ステーション」A、B、Cと表記）の位置は既知である。各衛星から受信機まで無線信号が到達する実際の時間は不明であるが、実際の時間差は既知である。そして、それぞれの時間差によって、受信機は衛星を中心とする双曲線の枝上の位置を特定できる。受信機は、その2つの交点のいずれかに位置する。 受信機と衛星i の間の擬似距離と受信機と衛星jの間の擬似距離 p i − p j b ) が相殺され、距離の差d i − d j 双曲線、3 次元空間では 回転双曲面 (より具体的には、2 葉双曲面) になります ( マルチラテレーション を参照)。 したがって、4 つの擬似距離測定から、受信機は、それぞれ一対の衛星に焦点を 持つ 3 つの双曲面の表面の交点に配置できます。衛星が増えると、複数の交点は必ずしも一意ではなくなり、代わりに最適な解が求められます。[ 88 ] [ 89 ] [ 203 ] [ 204 ] [ 205 ] [ 206 ]
内接球 他の円（黒 赤 受信機の位置は、受信機のクロックバイアスb (光速c でスケーリング)によって与えられる半径bcの 内接球 (内球)の中心として解釈できます。内球の位置は、他の球に接するように設定されています。外接球は GPS 衛星を中心としており、その半径は測定された擬似距離p i に等しくなります。この構成は、球の半径がバイアスのない距離または幾何学的距離 d i であった上記の構成とは異なります。[ 205 ] : 36–37 [ 207 ]
ハイパーコーン 受信機のクロックは通常、衛星のクロックと同じ品質ではなく、衛星のクロックと正確に同期されません。このため、衛星までの実際の距離と比較して大きな差のある擬似距離 が生成されます。したがって、実際には、受信機のクロックと衛星の時刻の差は、未知のクロックバイアスb として定義されます。次に、受信機の位置とクロックバイアスについて方程式が同時に解かれます。解空間 [ x, y, z, b ] は 4 次元時空 と見なすことができ、少なくとも 4 つの衛星からの信号が必要です。この場合、各方程式は、尖点が衛星にあり、底面が衛星の周りの球であるハイパーコーン (または球面コーン) [ 208 ]
解決方法
最小二乗法 利用可能な衛星が4基を超える場合、受信機のチャンネル数、処理能力、および幾何精度低下率 （GDOP）に応じて、最適な4基を使用するか、4基以上を同時に使用する（可視衛星すべてまで）ことができます。
4つ以上を使用すると、一意解のない過剰決定方程式系になります。このような系は、最小二乗法 または重み付き最小二乗法で解くことができます。[ 198 ]
（ x ^ 、 y ^ 、 z ^ 、 b ^ ） = 引数 ミニ （ x 、 y 、 z 、 b ） ∑ 私 （ （ x − x 私 ） 2 + （ y − y 私 ） 2 + （ z − z 私 ） 2 + b c − p 私 ） 2 {\displaystyle \left({\hat {x}},{\hat {y}},{\hat {z}},{\hat {b}}\right)={\underset {\left(x,y,z,b\right)}{\arg \min }}\sum _{i}\left({\sqrt {(x-x_{i})^{2}+(y-y_{i})^{2}+(z-z_{i})^{2}}}+bc-p_{i}\right)^{2}}
反復的 4つの衛星に関する方程式も、4つ以上の衛星に関する最小二乗方程式も、いずれも非線形であり、特別な解法が必要となる。一般的なアプローチとしては、ガウス・ニュートン法 などの線形化された方程式を反復計算する方法がある。
GPSは当初、数値最小二乗法を用いることを前提として開発された。つまり、閉形式解が発見される以前のことである。
エラーの原因と分析 GPS誤差解析では、GPS結果の誤差源とそれらの誤差の予想される大きさを調べます。GPSは受信機クロック誤差やその他の影響を補正しますが、一部の残留誤差は補正されません。誤差源には、信号到着時間の測定、数値計算、大気の影響（電離層/対流圏の遅延）、暦とクロックデータ、マルチパス信号、自然および人工の干渉が含まれます。これらの源からの残留誤差の大きさは、精度の幾何学的希釈に依存します。人為的誤差は、妨害装置によって発生し、船舶や航空機を脅かす可能性があります[ 215 ] が 、 2000 年5月1日以降はオフになっています[ 216 ] [ 217 ] 。
精度向上と測量 GNSS精度向上 とは、全地球測位システム（GPS）やその他の全地球航法衛星システム（ 航法に使用される衛星ネットワーク）によって提供される位置情報の精度を向上させるために用いられる技術を指します。精度向上のための精度向上手法は、外部情報を計算プロセスに統合することに依存しています。このようなシステムは数多く存在し、一般的にはGPSセンサーが情報を受信する方法に基づいて命名または説明されています。一部のシステムは、誤差の原因（クロックドリフト、暦、電離層遅延 など）に関する追加情報を送信し、他のシステムは過去の信号誤差を直接測定して提供します。また、第3のグループは、計算プロセスに統合される追加の航法情報または車両情報を提供します。
GPS受信機に関する規制上の周波数帯域の問題 米国では、GPS受信機は連邦通信委員会 （FCC）のパート15 規則に基づいて規制されています。米国で販売されているGPS対応機器のマニュアルに記載されているように、パート15機器として、「望ましくない動作を引き起こす可能性のある干渉を含め、受信したあらゆる干渉を受け入れなければならない」のです。[ 218 ] [ 219 ]
FCC が GPS L1 用に割り当てたスペクトルは 1559 ～ 1610 MHz ですが、LightSquared が所有する衛星と地上間の通信用に割り当てられたスペクトルはモバイル衛星サービス帯域です。[ 220 ] 1996 年以来、FCC は、バージニア州の LightSquared 社 に、GPS 帯域に隣接する 1525 ～ 1559 MHzのスペクトルのライセンス使用を許可しています。2001 年 3 月 1 日、FCC は LightSquared 社の前身であるMotient Services 社から、割り当てられた周波数を統合衛星地上サービスに使用する申請を受けました。 [ 221 ] [ 222 ] [ 223 ] この認可は、米国農務省 、米国宇宙軍、米国陸軍、米国沿岸警備隊、 連邦 航空局、米国航空宇宙 局(NASA)、米国内務省、米国運輸省 を含む米国省庁間無線 諮問委員会によって審査され、承認されました。[ 224 ]
2011 年 1 月、FCC は、Best Buy 、Sharp 、C Spire などの LightSquared の卸売顧客に対し、LightSquared から統合衛星地上サービスを購入し、LightSquared が割り当てた 1525 ～ 1559 MHz の周波数を使用して地上信号のみを使用するように装備されたデバイスでその統合サービスを再販することのみを条件付きで許可しました。[ 225 ] [ 193 ]
GPS受信機メーカーは、GPS受信機をGPS割り当て帯域外のスペクトルを使用するように設計します。場合によっては、GPS受信機は、 1575.42 MHzのL1周波数のどちらの方向にも最大400 MHzのスペクトルを使用するように設計されます 。これは、これらの地域では移動衛星サービスが宇宙から地上に、移動衛星サービスに見合った電力レベルで送信しているためです。[ 226 ] [ 219 ]
FCCは2003年2月に、LightSquaredなどのモバイル衛星サービス（MSS）ライセンス保有者が、ライセンスされたスペクトル内に少数の補助的な地上タワーを建設して「地上無線スペクトルのより効率的な利用を促進する」ことを許可する規則を採択した。[ 227 ] ... MSS ATCが同じ顧客基盤をめぐって地上CMRSと直接競合する可能性は低い...」。 2004年、FCCは地上タワーが補助的なものであることを明確にし、「我々は、追加された地上コンポーネントが主要なMSSサービスに補助的なものにとどまることを保証する条件の下でMSS ATCを認可する。地上コンポーネントが独立したサービスになることを意図しておらず、また許可もしない」と述べた。[ 223 ] [ 228 ] 2003年と2004年のFCC ATC裁定に基づき、補助タワーコンポーネント（ATC）が実際には主衛星コンポーネントの補助となることを明確にしたため、LightSquaredのライセンスされた1525～1559MHzのスペクトルは高速無線ブロードバンドに使用されることは想定されていなかったと主張している。[ 229 ] Trimble Navigation Ltd.は「GPSを守る連合」を結成した。[ 230 ]
FCCとLightSquaredはそれぞれ、ネットワークの運用開始前にGPS干渉の問題を解決することを公約している。[ 231 ] [ 232 ] 航空機所有者および操縦士協会 のクリス・ダンシー氏によると、影響を受けるタイプのシステムを搭載した航空会社のパイロットは「コースを外れても気づかない可能性がある」という。[ 233 ] 航空交通管制 システムのアップグレード、米国国防総省の ガイダンス、および911 を含む地域の緊急サービス にも影響を与える可能性がある。[ 233 ]
2012年2月14日、FCCは、軍事およびその他の連邦政府機関の周波数利用を調整する連邦機関である国家電気通信情報局 （NTIA）から「現時点で潜在的な干渉を軽減する実際的な方法はない」との通知を受けた後、LightSquaredが計画していた全国ブロードバンドネットワークを禁止する措置を取った。[ 234 ] [ 235 ]
バックアップシステム 宇宙天気 の悪化やGPSに対する対衛星兵器の配備が発生した場合、米国には地上バックアップシステムがありません。このような事態が米国経済に及ぼす潜在的な損失は、 1日あたり10億ドルと推定されています。LORAN -C システムは、北米では2010年に、ヨーロッパでは2015年に停止されました。eLoranは 米国の地上バックアップシステムとして提案されていますが、2024年現在、承認も資金提供も受けていません。[ 247 ]
中国は引き続きLORAN-C送信機を運用しており[ 248 ] 、ロシアはCHAYKA （「カモメ」）と呼ばれる同様のシステムを持っている。
注記 ↑ 実際には、潮汐やその他の要因により平均海面と実際の海面との間にずれが生じるため、 船が正確に0mの位置にある可能性は低い15m以上も差が出ることがある。 ↑ 軌道周期と速度は、4π 2 R 3 = T 2 GM および V 2 R = GM の関係式を用いて計算されます。ここで、 R は軌道半径 (メートル)、 T は軌道周期 (秒)、 V は軌道速度 (m/s)、 G は重力定数です。 × 10 −11 Nm 2 /kg 2 M は地球の質量で、約 5.98 × 10 24 kg (1.318 × 10 25 lb) です。 ↑ 月が地球に最も近いとき（ つまり、363,104 km / 42,164 km ） の 約8.6倍から、月が最も遠いとき（つまり、405,696 km / 42,164 km ） の
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外部リンク FAA GPSに関するよくある質問 GPS.gov – 米国政府が作成した一般向け教育ウェブサイト 「国防総省、軍の最も問題の多い宇宙開発計画の一つを中止」。GPS次世代運用管制システム（OCX）は2026年4月17日に中止された。Ars Technica 、2026年4月20日
