GPS、GNSS、デュアル周波数: スマートフォンとコネクテッドウォッチの地理位置情報に関するすべてを理解します。

GPS の民主化が最初に自動車で起こったとすれば、この機能はスマートフォンで、特に地図作成やルート アプリケーションを通じて道を見つけるために実際に発展しました。さらに、コネクテッドウォッチ彼ら自身、そして特にスポーツ専用の時計、ランニング、または屋外— 道を探すために使用される GPS 接続を提供するようになりました。また、特定の時間内に移動する距離、つまりペースや速度を計算してスポーツ トレーニングを追跡するためにも使用されます。

しかし、衛星測位システム、つまり GNSS を使用する場合に GPS のみに限定するのは事実上間違っています。全地球測位衛星システム— 増えています。さらに、この使用の増加により、デュアル周波数や A-GPS などの新しい技術標準が課せられます。複雑に見えるこれらの機能をすべて理解するために、衛星地理位置情報サービスについてすべて説明します。

地理位置情報はどのように機能しますか?

GPS が登場するまで、スマートフォンは主に GSM 三角測量を使用して自身の位置を特定していました。原理はシンプルで今でも使用されています。スマートフォンは 3 つのモバイル ネットワーク アンテナに接続され、これらの各アンテナまでの距離に応じて、現在地の推定値を得ることができました。

GPS による位置情報と GSM または Wi-Fi による位置情報の違いは何ですか?

スマートフォンを見つける方法はいくつかありますが、最も一般的なのは GPS、GSM 三角測量、Wi-Fi です。

GSM 三角測量の場合、スマートフォンは 1 つまたは最大 3 つのモバイル アンテナに接続します。スマートフォンが接続されている固定アンテナに応じて、その地理的位置を大まかに知ることができます。ただし、このプロセスはあまり正確ではなく、スマートフォンが接続できるアンテナの数に大きく依存します。モバイルアンテナが多数ある都市部では、精度は 200 メートル程度ですが、田舎では数キロメートルになることもあります。

Wi-Fi接続の場合も原理は同じです。ただし、スマートフォンはモバイル アンテナを使用するのではなく、近くにある Wi-Fi アクセス ポイント、特にその MAC アドレスを識別します。 Wi-Fi ルーターが近くにあることを認識するだけで比較的正確な地理位置情報を取得できるため、Wi-Fi ルーターに接続する必要はありません。それ以降、スマートフォンは、Google がストリートビュー車を使用して作成したようなデータベースを使用して、Wi-Fi ネットワークと場所を関連付けるようになります。このシステムは GSM 三角測量のシステムよりもはるかに正確ですが、領土全体をカバーするにはネットワークの密度が不十分な地方では同じ問題に悩まされます。

三辺測量の原理

GPS の原理は、三角測量ではなく三辺測量を伴う場合でも、最終的には非常に近いものになります。具体的には、位置を取得するために、衛星が信号を送信し、その信号がスマートフォンまたは時計の GNSS アンテナで受信されます。衛星が 1 つだけあれば、あなたと衛星の間の距離を知ることができます。しかし、地球上には、この衛星から等距離に人々の輪が広がっています。このため、2台目の衛星が順番に接続することになり、測位可能地点を2点に減らすことが可能となります。 3 番目の衛星を使用すると、地理位置情報を地球上の 1 点にまで絞り込むことができます。

具体的には、あなたの位置を特定するために、二次元地理位置情報の場合、スマートフォンまたは時計が同時に接続する少なくとも 3 つの衛星があります。その後、デバイスに応じて、記録できるトラック ポイントの数が増えたり減ったりします。

多かれ少なかれ完全な GPX トラック

すべてのデバイスが同じように地理位置情報を追跡できるわけではありません。たとえば、最大の測位ポイントを記録する時計もあれば、少数の測位ポイントのみを記録するだけで満足する時計もあります。これらすべての点を順番に整理することで、一般に GPX 形式で記録されるルートを形成できるようになります。GPS交換フォーマット»。

これらのファイルでは、経度と緯度を含む各地点の正確な位置だけでなく、時刻と日付も見つけることができます。何よりも、これらのファイルを使用すると、次のような他のアクセサリ データを回復できます。心拍、温度、速度、または傾斜。 .fit や .tcx など、他のファイル形式でも同じデータを提供できます。

GPX ファイルのポイントが多いほど、ルートの追跡がより正確になります // ソース: Frandroid

ハイキング アプリケーションや特定の接続ウォッチを使用すると、外出の記録をこれらの形式で直接エクスポートできます。小旅行の完全なルートをポイントごとに取得するには十分です。ただし、使用する場所やデバイスによっては、一部のプロットに違いが生じる場合があります。特定の時計はより多くのポイントを記録するため、より正確なトレースを提供するという事実に加えて、特定のモデルは詳細度が低くなります。

地理的位置情報が困難な環境

良好な地理位置情報追跡を行うには、やはり障害のない環境にいる必要があります。これまで見てきたように、時計やスマートフォンは 3 つの異なる衛星から情報を受信します。ただし、GNSS サービスで使用される周波数は特に短いため、衛星とデバイスの間に障害物は必要ありません。

したがって、特定の環境では、地理位置情報を記録するのがはるかに複雑になる場合があります。これは、衛星通信を妨げる可能性のある高層ビルがある大都市に当てはまる可能性があります。これは、木のてっぺんが空の景色を遮る可能性がある鬱蒼とした森林にも当てはまります。最後に、これは特定の山道や渓谷の端にいる場合にも当てはまります。

これらの欠点を補うために、メーカーはいくつかの解決策を用意しています。追加の周波数帯域を使用することに加えて (この話に戻りますが)、より大きな GNSS アンテナを使用することもできます。ただし、小型の時計や接続されたブレスレットには必然的に制限が生じます。論理的にはスマートフォンまたは時計指向屋外- フィットネス ウォッチよりもはるかに大きい - 一般に、より高度なアンテナ システムが統合されており、より正確な GNSS 追跡が可能になります。

GPS、Galileo、Glonass、Beidou…さまざまな GNSS サービス

GPS という用語が一般の人々に最もよく知られている用語であるとすれば、それは単一の衛星群、つまり米国によって軌道に投入され運用されている衛星群のみに関するものです。ここ数年、GPS は独自の「サービス」を提供しようとするいくつかの国や組織との競争に直面してきました。衛星システムによる地理位置情報とナビゲーション」。これは GNSS サービスと呼ばれるものです (全地球測位衛星システム英語で）。

メーカーによって最もよく知られ、最も採用されている GNSS システムとしては、次のものが挙げられます。

• GPS: アメリカの 31 個の衛星からなるコンステレーション、全世界をカバー。
• Galileo: 24 個の衛星からなるヨーロッパの衛星群、全世界をカバー。
• Glonass: 20 個の衛星からなるロシアの衛星群、全世界をカバー。
• 北斗: 44 個の衛星からなる中国の衛星群、全世界をカバー。
• QZSS: 日本の 5 つの衛星からなるコンステレーション、地域をカバーします。
• NavIC (または IRNSS): 7 つの衛星からなるインドのコンステレーション、地域をカバーします。

ただし、特定のブランドのスマートフォンやコネクテッドウォッチが QZSS や NavIC システムとの互換性について通信する場合、これらの衛星群は日本またはインド周辺の地域のみをカバーしているため、フランスのユーザーにとってこの互換性はほとんど関心がありません。

一方、複数の衛星群との互換性により、衛星の 1 つが範囲内にある可能性が高くなるため、時計やスマートフォンでより迅速に位置を特定できるようになります。したがって、GPS に加えて、できるだけ多くの星座との互換性を優先する傾向があります。

の特殊性にも注目してくださいガリレオ、ヨーロッパの衛星地理位置情報システム。グロナス、北斗、GPS とは異なり、このシステムは軍事目的ではなく、欧州宇宙機関 ESA によって民間目的で設計されました。 Galileo には、GPS よりもはるかに高い精度という利点もあります。 GPS の誤差が 3 メートルだとすると、Galileo の誤差はわずか 1 メートルです。

L1 または L5: 2 つの GPS 周波数帯域

Apple は、新機能の登場について大々的に宣伝しました。アップルウォッチウルトラデュアルバンド L1+L5 GPS 互換性を備えています。これが何を意味するのかを理解するには、GNSS 衛星の実際の機能に立ち返る必要があります。

4Gとかに関しては5G、衛星とスマートフォンまたは時計間の信号の伝送は電波を使用して行われます。これらは、一般に 1.25 ～ 1.6 GHz 付近の数 kHz 程度の特定の周波数帯域で送信されます。

• GPS : L1 (1 575,42 MHz)、L2 (1 227,60 MHz) および L5 (1176,45 MHz)。
• ガリレオ: E1 (1,575.42 MHz)、E5 (1,176.45 MHz)、および E6 (1,278.75 MHz)。
• 北斗: B1 (1,561.098 MHz)、B2 (1,207.14 MHz)、B3 (1,268.52 MHz)。
• グロナス: L1 (1 598,06 MHz)、L2 (1 242,94 MHz)、L3 (1 202,025 MHz)。
• QZSS : L1 (1 575,42 MHz)、L2 (1 227,60 MHz)、L5 (1176,45 MHz) および L6 (1 278,75 MHz)。
• NavIC : L5 (1176.45 MHz) および S (2492.03 MHz)。

しかし、前に少し見たように、これらの星座のほとんどは当初は民間使用ではなく軍事使用を目的として設計されました。したがって、これらの周波数帯域の一部は軍用に予約されています。

GPS の場合、衛星群を管理する米国宇宙軍は、2014 年に新しい周波数帯域である L5 帯域を開放することを決定しました。これは、厳密に軍事用途の L2 帯域とは異なり、民間および商業用途に開かれているため、地理位置情報の精度を高め、互換性のあるデバイスを提供することが可能になりました。デュアルバンドつまり、L1 周波数と L5 周波数を同時に使用します。このため、Apple のようなメーカーが増えています。ガーミンまたは合唱団デュアル周波数 L1+L5 ウォッチで通信できるようになりました。

このシステムは他の GNSS でも急速に普及し、現在ではデュアルバンド GNSS 対応スマートフォンやコネクテッド ウォッチが数多く登場しています。一部のモデルでは、ポーラー イグナイト 3したがって、このデュアル周波数機能により、コンパクトなフォーマットと必然的に小型のアンテナにもかかわらず、地理位置情報の精度を向上させることができます。

特定のコネクテッドウォッチの技術シートには、「A-GPS」という用語が表示される場合があります。実はこれ、GPS機能なのです。助けられた» 修正の速度、つまりスマートフォンや時計がユーザーの位置を特定するために衛星信号を検索する時間を改善することを目的としています。

時計を接続したスマートフォンを使用して支援が提供されます。これは、携帯電話自体から GPS データを直接復元するという問題ではなく (時計の地理位置情報がスマートフォンの地理位置情報に取って代わられるため)、スマートフォンのインターネット接続を利用して天体暦テーブルを取得することになります。各衛星の位置。このデータのおかげで、時計は信号を受信する衛星の位置を知ることができるため、情報のダウンロードに長い時間を費やす必要がなくなります。

A-GPS のもう 1 つの利点は、従来の GPS では接続が 4 時間のみに制限されているのに対し、連続数時間の接続が可能であることです。さらに、接続が切断された場合でも、スマートフォンや時計がすべての衛星への接続を試みる必要がないため、わずか数秒で迅速に修正が再度実行されます。

したがって、衛星地理位置情報システムが一般向けに従来の GPS のみを使用して開始された場合、GNSS サービスは、より優れた追跡精度と、サービスへの最初の接続時を含むより正確な追跡の応答性という 2 つの利点を提供するために進化し続けてきました。 。したがって、すべての時計とスマートフォンが同じ立場にあるわけではなく、論理的には、接続された時計の地理位置情報機能 (複数の GNSS、デュアル周波数、A-GPS など) が多ければ多いほど、より効率的になります。逆に、たとえば A-GPS のない、より制限された時計のエクスペリエンスでは、最初の修正が行われるまでに長い時間がかかる場合があり、イライラすることがあります。

何よりも、この分野では進歩が続いています。たとえば、Galileo 側では、将来的には次のことを提案することを目指しています。デシメートル単位の精度新世代の衛星のおかげです。ただし、この向上した精度が統合されるまで待つ必要があります。