GNSSとGPSの違いは？

「GPS」と「GNSS」は混同されがちですが、関係はシンプルです。GPSはアメリカの一つのシステムの"名前"で、GNSSはそれらすべての"総称"です。スマホの位置情報を「GPS」と呼ぶのは、GPSがいちばん有名だから、実際には複数の国のシステムを一緒に使っています。

GPS＝アメリカの一つのシステム

GPS（Global Positioning System）は、アメリカが運用する衛星測位システムの固有名詞です。世界で最初に広く普及したため、衛星測位そのものの"代名詞"のように使われるようになりました。

GNSS＝すべての衛星測位システムの総称

GNSS（全球測位衛星システム）は総称で、次を含みます：GPS（米）・GLONASS（露）・Galileo（欧）・BeiDou／北斗（中）・QZSS／みちびき（日・地域）・NavIC（印・地域）。つまり「GNSS＝GPSを含む、世界中の測位衛星の集合」です。

なぜ複数の衛星系を使うと良いのか

使える衛星が増えるほど、ビルの谷間や山間部でも位置が安定し、精度と可用性が上がります。上空に見える衛星が多いほど、電波が遮られても十分な数を確保できるからです。RTKでも、多くの衛星系を使えるほど高精度の「Fix」を得やすくなります。

みちびき（QZSS）の特別な役割

日本のみちびき（QZSS）は、日本の真上に長くとどまる軌道を描くため、都市部でも高い仰角で見えやすいのが特長です。さらにCLAS・MADOCAという補強情報を放送し、対応受信機ならcm級測位も可能です。

いまの受信機は「多GNSS」が当たり前

u-blox F9Pのような近年の受信機は、複数の衛星系・複数の周波数に対応しています。KUONの基準局の充実度スコアも、対応している衛星系の数を加点しています。

GNSS の読み方と、正式名称

GNSS はジーエヌエスエスと読みます。Global Navigation Satellite System（全球測位衛星システム）の略です。日本語では「衛星測位システム」と訳されます。

GPS が Global Positioning System の略で、こちらはジーピーエス。名前が似ているのは、どちらも「衛星で位置を出す」ことを指すからですが、GPS は米国が持つ一つのシステムの固有名で、GNSS はその総称です。

GNSS アンテナは何をしているのか

衛星から届く信号は、地上に着く頃には極めて弱い電波です。アンテナの役割は、この弱い信号を拾い、余計なものを混ぜずに受信機へ渡すことです。

測位衛星の電波は右旋円偏波という回り方をしています。GNSS アンテナはこの回り方に合わせて作られており、地面や建物で反射した電波（回り方が逆になる）を受けにくくしてあります。反射した電波を拾うと、実際より遠回りした距離を測ってしまいます。これをマルチパスと呼びます。

測量用のアンテナには、皿のような金属板（グラウンドプレーン）や、同心円状の溝（チョークリング）が付いているものがあります。どちらも下から回り込む反射波を減らすための形です。値段の差は、この形と、位相中心（電波を受ける基準点）がどれだけ動かないかに出ます。

受信機と測量機は、何が違うのか

GNSS 受信機は、アンテナが拾った信号から距離を計算し、位置を出す装置です。基板だけのモジュール（数千円から）、箱に入ったもの、パソコンに繋ぐもの、さまざまです。

GNSS 測量機は、アンテナと受信機と記録装置と電池が一体になり、三脚やポールに載せて現場で使える形にしたものです。防塵防水、長時間の電池、現場での操作画面、そして測量成果として使える精度の保証。この「現場で一日使い切れること」の分が価格に乗ります。

価格を調べている方へ。基板のモジュールと、測量成果に使える測量機とでは、桁が二つか三つ違います。同じ「GNSS」でも、比べているものが違うことがよくあります。

マルチバンドとは何か

衛星は複数の周波数で信号を出しています。それを二つ以上受けられる受信機をマルチバンド（二周波・三周波）と呼びます。

なぜ複数受けるのか。電波が電離層を通るとき、周波数によって遅れ方が違うからです。二つの周波数で同じ衛星を測れば、その差から電離層による遅れを計算して消せます。一つの周波数しか受けられない受信機は、この遅れをモデルで推定するしかありません。

実務上の差は、RTK の初期化（Fix）までの速さと、その安定に出ます。単周波でも Fix はしますが、時間がかかり、外れやすい。長い基線や、空が半分しか見えない場所ほど差が開きます。

周波数の話。各国が同じ帯に集まっている

GPS の主な信号は L1（1575.42 MHz）、L2（1227.60 MHz）、L5（1176.45 MHz）です。

Galileo の E1 は L1 と、E5a は L5 と同じ周波数です。BeiDou も B1C が L1 帯、B2a が L5 帯にあります。各国が意図して周波数を揃えたので、一台の受信機で複数の衛星系を同時に受けられます。多 GNSS 受信機が成立しているのは、この合意があるからです。

みちびきはさらに L6（1278.75 MHz）で補強情報（CLAS・MADOCA）を流しています。これは測位そのものではなく、誤差を減らすための追加の情報です。

GNSS はどこで使われているのか

身近なところでは、カーナビ、スマートフォンの地図、配車、写真の位置情報。

産業では、測量、建設機械の自動制御（マシンガイダンス）、農業機械の自動操舵、ドローンの飛行と写真測量、船舶の航行、鉄道の位置検知。

見えにくいところでは、時刻。通信網、電力網、金融取引の記録は、正確な時刻を必要とします。GNSS 衛星は原子時計を積んでおり、位置と同時に時刻を配っています。測位が止まると困るのは、地図だけではありません。

GNSS 測量のやり方は、大きく三つ

スタティック。二点以上に受信機を据え、数十分から数時間、同時に観測して、あとから計算します。最も精度が高く、基準点の測量に使われます。

キネマティック。移動しながら観測し、あとから計算します（後処理）。

RTK。基準局からの補正をその場で受け取り、現場でセンチメートル級の答えを見る方法です。詳しくは RTKとは？ に書きました。基準局を自分で建てずに済ませる方法は RTK基準局を装置に選ばせる にまとめています。