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全地球測位システム (GPS)

pointこの用語のポイント

pointシステムだよ

point人工衛星を利用して現在地を割り出すよ

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簡単に書くよ

全地球測位システム (GPS)とは

人工衛星を利用して現在地を割り出すシステムの名前
です。

image piyo

詳しく書くよ

人工衛星を利用して地球上の現在地を割り出すシステム、それがGPSです。
Global Positioning System(グローバル・ポジショニング・システム)」の略で「GPS」ね。
その名の通り、グローバル(地球的)なポジション(位置)を割り出すシステムです。

それでは、GPSの仕組みを見ていきましょう。

GPSを利用したい人は、人工衛星さんに「今、自分はどこにいますか~?」と、お問い合わせします。

全地球測位システム(GPS)

そうすると、人工衛星さんが「あなたは今、ここですよ~」と答えてくれます。

全地球測位システム(GPS)2

そんな単純なシステム……ではありません

全地球測位システム(GPS)3

全世界の人が利用しているのですよ?
人工衛星さんが一々調べてお返事していたら大変なことになってしまいます。

実際の仕組みは、こうです。

まず人工衛星さんは自分が今どこにいますよ~な電波を出しています。
このあと別の人工衛星さんも登場するので、便宜上、この人工衛星さんは人工衛星さんAと呼びますね。

全地球測位システム(GPS)4

現在地が知りたい人……と書き続けるのも面倒です。
ピヨ太君に登場してもらいましょう。
ピヨ太君は、人工衛星さんAから出ている電波を受け取ります。

全地球測位システム(GPS)5

そうすると、ピヨ太君は、自分と人工衛星さんAとの距離を知ることができます。

全地球測位システム(GPS)6

ここで、なぜ距離が分かるかを補足しておきますね。
人工衛星さんAから来る電波には「何時何分にこの電波を発射しましたー」な情報が書いてあるのです。
例えば

10時10分1秒に発射しました~

と書いてあるとしましょう。
ピヨ太君が電波を受け取ったのは、その2秒後

10時10分3秒

でした。
ちなみに人工衛星さんAが発射した電波は

1秒間に100メートル移動する

とします。
随分のんびりした電波さんですが、気にしないでください。

人工衛星さんAを出発した1秒間に100メートル移動する電波さんは、2秒後にピヨ太君の元に辿り着きました。
このことから、ピヨ太君と人工衛星さんAの距離が分かりますよね。

そうです。
ピヨ太君と人工衛星さんAの距離は200メートル(100メートル/秒×2秒)です。

さて、話を戻します。
ピヨ太君と人工衛星さんAの距離が分かりました。
ピヨ太君と人工衛星さんAの距離は200メートルです。

全地球測位システム(GPS)7

このことから「ピヨ太君は人工衛星さんAを中心とした半径200メートルの円周上にいる」ということが分かります。
ピヨ太君がいる可能性のある場所、つまり人工衛星さんAから200メートル離れたところすべてに点を打つと、それは円になるのです。

全地球測位システム(GPS)8

おぉ、ピヨ太君の現在地がちょっとだけ判明しましたね。

これで人工衛星さんAの役目は終わりです。
お疲れ様でした。
人工衛星さんAは、ゆっくり休んでください。

実は「自分が今どこにいますよ~」な電波を出している人工衛星さんは、1台だけではありません。
複数台あります。

そこで今度は、別の人工衛星さん、人工衛星さんBの電波を受け取ります。

全地球測位システム(GPS)9

人工衛星さんAのときと同じように電波を受け取り、ピヨ太君は自分と人工衛星さんBの距離を知ることができました。
ここではピヨ太君と人工衛星さんBの間に300メートルの距離があったとしましょう。

全地球測位システム(GPS)10

このことから「ピヨ太君は人工衛星さんBを中心とした半径300メートルの円周上にいる」ということが分かります。
ピヨ太君がいる可能性のある場所、つまり人工衛星さんBから300メートル離れたところすべてに点を打つと、それは円になるのです。
人工衛星さんAのときと同じですね。

全地球測位システム(GPS)11

さて、ここで先程のお話と合わせて考えてみましょう。

ピヨ太君は人工衛星さんAを中心とした半径200メートルの円周上にいます。
ピヨ太君は人工衛星さんBを中心とした半径300メートルの円周上にいます。

つまり、ピヨ太君は人工衛星さんAを中心とした円と人工衛星さんBを中心とした円の交わったところにいます。

全地球測位システム(GPS)12

ピヨ太君は人工衛星さんAを中心とした円の円周上にいて、かつ人工衛星さんBを中心とした円の円周上にいますからね。
理論上、2つの円の交わるところ以外にいるわけがありません。
また、2つの円が交わらないということもありえません。

これでピヨ太君の現在地が、かなり判明しました。
多くても2択です。
2分の1の確率で当たります。

それでは、もう、勘で決めてしまいましょうか?
いえいえ、頑張ってきちんと調べますよ。

ピヨ太君は、また別の人工衛星さん、人工衛星さんCの電波を受け取りました。

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これで人工衛星さんA、Bのときと同じく、人工衛星さんCとの距離が分かります。
ピヨ太君と人工衛星さんCの距離は100メートルだったとしましょう。

全地球測位システム(GPS)14

先程までの例と同じく「ピヨ太君は人工衛星さんCを中心とした半径100メートルの円周上にいる」ということが分かります。
ピヨ太君がいる可能性のある場所、つまり人工衛星さんCから100メートル離れたところすべてに点を打つと、円になるからです。
人工衛星さんA、Bのときと同じですね。

全地球測位システム(GPS)15

さて、ここで先程のお話と合わせて考えてみましょう。

ピヨ太君は人工衛星さんAを中心とした半径200メートルの円周上にいます。
ピヨ太君は人工衛星さんBを中心とした半径300メートルの円周上にいます。
ピヨ太君は人工衛星さんCを中心とした半径100メートルの円周上にいます。

つまり、ピヨ太君は人工衛星さんAを中心とした円と人工衛星さんBを中心とした円と人工衛星さんCを中心とした円の交わったところにいます。
これでピヨ太君の現在地が判明します。

全地球測位システム(GPS)16

人工衛星さんA、Bが登場した時点で、2択になりました。
さらに人工衛星さんCの登場によって、その2つのうち、どちらがピヨ太君のいる場所か分かるのです。

これがGPSで位置が分かる仕組みです。
自分と最低3台の人工衛星さんとの距離を測ることで、現在地を割り出しています。

実際にはもっと複雑ですけどね。
話を単純化するために平面で考えましたが、私たちが生きている世界は本来、立体的です。また、正確性を上げる必要もあります。
そのため、一般的には4台以上の人工衛星さんの電波を受け取ってあれこれします。
ただ基本的な仕組みは、上に書いた通りです。

人工衛星さんは電波を垂れ流すだけ、利用する人がその電波を受け取って、頑張って自分のいる場所を計算します。
だから利用者が増えてもパンクしないのですね。なるほど。

image piyo2

一言でまとめるよ

まぁ「全地球測位システム(GPS)」って単語が出てきたら「人工衛星を利用して現在地を割り出すシステムなんだな~」と、お考えください。

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