GPSは、衛星を使用して位置情報を正確に伝えるナビゲーション技術です。基本的に、GPSシステムは、衛星のグループと受信機などの十分に開発されたツールで構成されています。ただし、システムは少なくとも4つの衛星で構成されている必要があります。各衛星と受信機には安定した原子時計が装備されています。衛星時計は互いに同期しており、地上時計も同期しています。 GPS受信機にも時計がありますが、同期されておらず、安定していません（安定性が低い）。衛星の実際の時刻が地上時計からずれている場合は、毎日修正する必要があります。衛星と受信機の同期ネットワークから、4つの未知の量（3つの座標と衛星時間からのクロック偏差）を計算する必要があります。GPS受信機の仕事は、衛星のネットワークから信号を受信して、時間と位置の3つの基本的な未知の方程式を計算することです。
GPS信号には、疑似ランダムコード、送信時間、およびその時点での衛星位置が含まれます。GPSによってブロードキャストされる信号は、変調を伴う搬送周波数とも呼ばれます。さらに、疑似ランダムコードは0と1のシーケンスです。実際には、受信機の位置と受信機のシステム時間に対する受信機の時計のオフセットは、ナビゲーション方程式を使用して飛行時間（TOF）を処理して同時に計算されます。TOFは、受信者が信号の到着時間と送信時間を使用して形成する4つの値です。場所は通常、ジオイド（基本的には平均海面）を基準にした緯度、経度、高さに変換されます。次に、座標が画面に表示されます。
GPSの要素
GPSの構造は複雑です。これは、スペースセグメント、コントロールセグメント、およびユーザーセグメントの3つの主要なセグメントで構成されています。衛星を中軌道に打ち上げるのは大変な仕事です。宇宙セグメントは、同じ軌道にある24〜32個の衛星または宇宙船で構成され、それぞれが3つの円軌道にあります。少なくとも6つの衛星が、地球の表面のほぼすべての場所から常に見通し内にあります。
スペースセグメントの隣はコントロールセグメントです。制御セグメントには、マスター制御ステーション、代替マスター制御ステーション、地上アンテナ、および監視ステーションがあります。ユーザーセグメントは、数千の民間、商業、および軍事の測位サービスで構成されています。GPS受信機またはデバイスは、衛星によって送信される周波数に調整されたアンテナで構成されています。また、場所と時間を提供するための表示画面も含まれています。
GPS受信機は、同時に監視できる衛星の数、つまりチャネル数に基づいて分類されます。受信機には通常4〜5チャネルがありますが、最近の進歩により、最大20チャネルも作成されていることが示されています。
衛星周波数：すべての衛星放送周波数。周波数帯は、L1、L2、L3、L4、L5の5種類で構成されています。これらの帯域の周波数範囲は1176MHz〜1600 MHzです。
GPSのしくみ
GPS衛星は1日に2回地球を一周します。それは非常に正確なコースで回転し、地球に表示と情報を送信します。 GPSの受信機はすべての情報を取得し、三角測量を適用してユーザーの正確な位置を検出します。基本的に、GPSの受信機は、信号が衛星によって拡散された期間を対比し、受信した時間を割り当てます。時間差は、受信機がGPSの衛星からどれだけ離れているかを示します。それは、さらにいくつかの衛星で正確な距離を測定し、受信機はユーザーの位置を決定し、それを電子機器の地図上に表示します。
2次元の位置を生成し、ユーザーの動きを追跡するには、受信機を少なくとも3つの衛星で信号にロックする必要があります。受信機は、4つ以上の衛星を使用することで、高度、緯度、経度からなるユーザーの3次元位置を特定できます。GPSユニットは、ユーザーの位置を特定した後、速度、方位、軌道、距離、目的地、日の出、日没時間などの他の情報を計算します。
GPSはどのくらい正確ですか？
GPSの受信機は、並列マルチチャネル設計のため、非常に正確です。パラレルチャネルは非常に高速で正確ですが、大気ノイズや外乱などの特定の要因が摂動し、GPS受信機全体の精度に影響を与える場合があります。
ユーザーは、ディファレンシャルGPS（DGPS）を使用して精度を向上させることもできます。ディファレンシャルGPSは、GPS信号を3〜5メートルの通常の周囲に補正します。米国沿岸警備隊は、最も一般的なDGPS補正サービスを運営しています。このシステムには、GPS信号を取得し、ビーコン送信機によって正確な信号をブロードキャストするタワーの配置が含まれています。正確な信号を取得するために、ユーザーはGPSとは別に、差動ビーコン受信機とビーコンアンテナを持っている必要があります。
GPS信号エラーの原因
GPS信号の精度を損ない、精度に影響を与える可能性のある要因には、次のものがあります。
- 電離層と対流圏の遅延-衛星信号は、大気の層を通過するときに減速します。GPSシステムは、このタイプの不正確さを修正するために必要な障害の通常の期間を計算するために使用される組み込みモデルを使用します。
- 信号マルチパス-このエラーは、信号が受信機に到達する前に、高い建物や大きな岩などのオブジェクトから反射された場合に発生します。これにより、信号の移動の全体的な時間が長くなり、エラーや不正確さが発生します。
- 軌道誤差–これらの誤差は、衛星の位置の不正確さを計算するために使用されるエフェメリス誤差としても知られています。
- 表示される衛星の数-精度は、GPS受信機が表示できる衛星の正確な数によって異なります。建物、地形、電子干渉などの要因が信号の精度と受信をブロックし、位置のエラーを引き起こし、信号を読み取れない場合があります。通常、屋内、水中、地下では機能しません。
アプリケーション
軍事用途だけでなく、民間および商業サービスでの使用で広く知られているGPSマシンもあります。いくつかの民間アプリケーションは次のとおりです。
1.天文学：位置天文学 と天体力学の計算で使用されます。
2.自動運転車：自動運転車（自動運転車）でも、車やトラックの場所を指定するために使用されます。
3.携帯電話：最新の携帯電話にはGPS追跡ソフトウェアが搭載されています。これは、自分の位置を知ることができ、ATM、コーヒーショップ、拘束装置などの近くのユーティリティを追跡できるために存在します。最初の携帯電話対応GPSは1990年代に発売されました。携帯電話では、緊急通報やその他の多くのアプリケーションの検出にも使用されます。
4.災害救援およびその他の緊急サービス：自然災害が発生した場合、GPSは場所を特定するための最良のツールです。サイクロンのような災害の前でさえ、GPSは推定時間を計算するのに役立ちます。
5.艦隊追跡：GPSは、戦時中に軍艦を追跡する可能性があることで知られる開発者ツールです。
6.車の位置：GPS対応の車を使用すると、位置を簡単に追跡できます。
7.ジオフェンシング：ジオフェンシングでは、GPSを使用して人間、動物、または車を追跡します。装置は、車両、人、または動物の首輪に取り付けられています。継続的な追跡と更新を提供します。
8.ジオタギング：主要なアプリケーションの一つは、デジタルオブジェクトにローカル座標系を適用することを意味するジオタグれます。
9.マイニング用のGPS：センチメートルレベルの測位精度を使用します。
10. GPSツアー：近くの名所の場所を特定するのに役立ちます。
11.測量：測量士は全地球測位システムを利用して地図をプロットします。