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2018-03-29

みちびき(日本版GPS)とは | 準天頂衛星システムの現状

「みちびき」の4号機を載せたH2Aロケットが2017年10月10日に打ち上げに成功しました。GPSと一体運用し、位置情報の精度の向上が期待されます。本記事では、この「みちびき」とは何か、GPSシステムの仕組みや「準天頂衛星システム」について解説します。
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みちびき(日本版GPS)とは

「みちびき」は、日本版地球測位システム(GPS)の構築を目指す準天頂衛星システムです。

この「みちびき」の4号機が2017年10月10日に打ち上げに成功したことにより、日本の準天頂衛星システムは4機体制になります。サービス提供は2018年度に開始されます。

「みちびき」とは何か、GPSシステムの仕組みや「準天頂衛星システム」の現状について解説します。

準天頂衛星システムとは

みちびきは「準天頂衛星システム」、あるいは「QZSS(Quasi-Zenith Satellite System)」と呼ばれることもあります。その用途は「地球測位システム」GPS(Global Positioning System)と同様で、衛星を使って現在位置を割り出すことです。

その特徴は、何と言っても測位できる位置の精度の高さにあります。使い方によっては、わずか数センチメートルというレベルの誤差で位置を特定できます。GPSの測位は誤差数メートルレベルなので、まさに桁違いの精度を誇っています。

準天頂衛星システムの意義

GPSに代表される衛星測位システムは、社会インフラストラクチャーとして重要です。他国に頼らずに自前でシステムを構築することは、精密誘導兵器や大陸間弾道ミサイルの運用など、国家安全保障上の観点からも重視されています。

しかし、日本では都市部で高層建築物が立ち並び、また平地が少なく山間地が多いため、現状のGPS衛星のみでは人工衛星の見通しが遮られ、正確な測位が不可能となる場合があります。

準天頂衛星システムには、このような状況を改善し、自前で正確な測位を実現することが期待できます。

みちびきとGPSの関係

位置情報の測定と言えば、「GPS」の印象が強いですが、このGPSはアメリカのシステムです。
みちびきとGPSは、「GPSの補完」「GPSの補強」という関係にあります。

「GPSの補完」という意味では、みちびきを利用することにより今まで測位できなかった場所で測位できるようになることです。また、その地点から見える衛星が多いほど精度は上がるため、より正確で誤差の少ない測位が可能です。

「GPSの補強」という点では、みちびきを利用してGPSによる測位の精度を高めることができます。GPSの信号とは別のGPSによる測位の誤差を補正するための信号を受信する仕組みになっています。

みちびきの必要性

今「みちびき」が必要とされているのはなぜなのでしょうか。その理由について詳しく見ていきましょう。

今、我が国で「みちびき」が必要とされている?

「みちびき」のような衛星測位システムが必要とされているのは、時間帯や場所を選ばず、いつでもどこでも利用できる安定した衛星測位サービスを実現するためです。

日本で現在利用されている衛星測位サービスは、アメリカが運用しているGPS衛星を利用しています。そのため、視界に入る衛星数が少ないなどの理由によって安定したサービスが受けられませんでした。

この状況を改善するため、GPS衛星と互換性を持ち、GPS衛星と一体で利用できるみちびきが必要なのです。

衛星配備計画とは

みちびきは、2010年9月11日に初号機を打ち上げて現在はJAXAで運用を行っています。その後、2011年9月の閣議において、「4機体制を整備し、7機体制を目指す」ことが決定されました。

このような状況下で、政府は追加の3機を開発して2016~17年度に打ち上げ、2018年度から4機体制で運用することとなりました。

その後、2015年1月に策定された新たな「宇宙基本計画」で、「2023年度をめどに持続測位可能な7機体制での運用を開始する」と決定されています。

「みちびき」を増やす必要がある理由

一般的に、衛星測位システムは衛星の数が増えることによって、測位の精度が向上します。

建物などでの反射や衛星配置による誤差を改善するためには、測位に使用する衛星数を増やす必要があります。

GPSだけで安定した高精度測位を行うためには衛星数が不足していますが、GPSはアメリカが運用しているため、日本がその数を増やすことはできません。そこで、GPS互換であるみちびきを増やすことによって測位誤差が改善します。

みちびきの特徴

ここからは、「みちびき」の特徴についてみていきましょう。

高精度で安定した測位

「みちびき」の初号機、2号機、4号機は「準天頂軌道」を回る衛星です。準天頂軌道とは高度3万6,000キロメートルの静止軌道を赤道面に対して角度をもたせた軌道のことで、地上から見るとこの軌道上にある衛星は8の字を描くように動きます。

みちびきは、この軌道に3機の衛星を投入し、そのうちの1機が必ず日本列島のほぼ天頂に位置するようにしています。このため、高精度で安定した測位ができるようになっています。

GPSの補完と補強

「みちびき」に期待されている役割としては、「GPSの補完」と「GPSの補強」の2つがあります。
その詳細についてみていきましょう。

GPSの補完

GPSで自分の位置を知るためには、4機のGPS衛星からの電波を受信する必要があります。しかし、都市部のビル街や山間部では、周囲に遮られてそれだけの数の衛星が空に見えない場合があり、正確に測位できません。

今後は準天頂衛星が1つは必ず頭上にあり、他の2機も常時見えるため、この問題が解消されるようになります。

また、高層ビル街ではマルチパスといって、衛星からの電波がビルに反射してから受信されることがあり、測位の誤差が大きくなる原因となります。測位の誤差も準天頂衛星からの信号によって改善できます。

GPSの補強

GPSによる測位の誤差は現在10メートル程度と言われていますが、この誤差を小さくするのがGPSの補強です。この補強には「サブメーター級補強」と「センチメーター級補強」の2つがあります。

サブメーター級補強とは、電離層を通過するGPS衛星からの電波を補正するサービスで、これにより測位の誤差を1メートル程度にするものです。個人がスマホで利用するナビゲーションやカーナビでも精度が改善されます。

センチメーター級補強とは、準天頂衛星独自のL6という信号を用いるサービスです。全国にある約1,300の電子基準点で得られたデータから作成した高精度の測位情報を、準天頂衛星経由で地上に配信するものです。これによって測位の誤差は数センチメートルとなります。

みちびきは宇宙版日米同盟

また、みちびきには「GPSの代替」という役割も期待されています。アメリカが運用するシステムであるGPSが何らかの理由で使用不能になったり、あるいは位置精度が極端に低下したりした場合でも、日本周辺においてはみちびきのみでその代替となることができます。

そのため、このみちびきは日本だけでなく、アメリカにとっても安全保障上重要な存在なのです。このみちびきは国際宇宙ステーション計画と並んで、日米同盟の宇宙におけるシンボルともなっているのです。

みちびきの今後の展望

みちびきが提供するサービスとしては、測位に関するものとメッセージ配信に関するものがあります。

測位の活用イメージとしては自動車のナビゲーションシステムの高度化などがあります。たとえば車線変更などもナビへ反映したり、事故発生時にはリアルタイムで正確な位置を通報できたりします。また、自動運転では障害物の確認や車間距離の測位などにも活用できます。

メッセージ関連のサービスは、防災・救難分野向けの「災害・危機管理通報サービス」と衛星を使った安否確認サービスである「衛星安否確認サービス」の2つがあります。

特に安否確認サービスを利用すれば、大災害発生時にあらかじめ登録しておいた近親者に対してケータイやスマホなどから位置情報を付加したメールの自動送信ができるようになります。

みちびきの今後に期待

みちびきは「日本版GPS」とも呼ばれる衛星測位システムです。

日本では、アメリカの衛星測位システムであるGPSを利用してきましたが、都市部の高層ビルによる反射や山間部の影響などによって正確に測定できないこともありました。
しかし、このみちびきの導入によって、GPSでは正確に測位できなかった場所でも、位置情報を測定できるようになります。

しかも誤差は数センチメートルほどという高い精度があるため、自動車のナビゲーションシステムの精度向上や、遭難者の位置情報特定が可能となってきます。
具体的なサービススタートは2018年度です。今後登場してくるサービスに期待していきましょう。

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