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GPSの仕組み

GPSの仕組み

GPSの仕組み

カーナビゲーションシステムや携帯電話等で知られるGPS(Global Positioning System、グローバル・ポジショニング・システム、全地球測位システム、汎地球測位システム)は、人工衛星を利用することによって、自分が地球上のどこにいるのか、地球上での位置、つまり、緯度、経度、高度を算出する技術、システムです。
一体どんな仕組みでそのようなことが可能になっているのでしょうか?

実は、お手元のGPS受信機が人工衛星から発信される電波を受信していて、GPS受信機と人工衛星の距離を算出し、それを基にして現在位置を測定しているのです。
どのような計算をしているのでしょうか?
まず、人工衛星から発信される電波が発信された瞬間の時刻を伝えます。
GPS受信機は電波を受信した瞬間の時刻を認識しているので、電波が伝えてきた時刻との差で、電波が到達す るのに掛かった時間を算定することが出来ます。
電波の速度は、光の速度と同じで、およそ秒速30万km(3×10の8乗m)とされています。 速度と掛かった時間が分かれば、小学校で教わった「速度×時間=距離」という計算式で、距離を求めることが出来るわけです。

GPS受信機と人工衛星の距離が分かれば、なぜ地球上での位置を特定することが出来るのでしょうか? 同じようにして、GPS受信機が3つ以上の人工衛星との距離を算出し、それぞれ、その人工衛星を中心としGPS受信機との距離を半径とする円を描くと、それらの円の円周が交わる点は一つしかないため、位置を特定出来るのです。 GPS受信機が電波を捉える人工衛星の数が三つなら緯度と経度が、四つなら高度も算出することが出来ます。 計 算には誤差が付き物なので、普通は、人工衛星は8個以上あるのが望ましい、とされているようです。 とは言え、実際には、GPS衛星と呼ばれる人工衛星は30個以上(2009年1月には31個だったとのこと)打ち上げられているそうです。

それにしても、こんな全地球上の位置が分かるようなシステムを、それ相応の費用を掛けてまで、誰が必要としたのでしょうか? それはズバリ、全地球上に軍隊を展開しているアメリカ軍です。 そして、GPS衛星を管理しているのはアメリカ国防総省なのです。 日本、ロシア(ソ連)、EU(欧州連合)、中国、インド等も同じようなシステムを保有しようとしましたが、採算性の問題でなかなか進まなかったようです。