目次
第１章 ＧＰＳの概要
１．１ 測位・航法とＧＰＳ
１．２ ＧＰＳ衛星
１．３ 測距信号の使用
１．４ ＧＰＳの性能
第２章 測位の基本
２．１ 時刻の表現
２．２ 座標の表現
２．３ 座標変換
２．４ ＧＰＳで使う諸定数
２．５ 測位計算（第１段階）
第３章 航法メッセージ
３．１ 航法メッセージ
３．２ ＲＩＮＥＸ航法ファイル
３．３ 衛星クロック補正
３．４ 衛星位置の計算
３．５ 測位計算（第２段階）
第４章 擬似距離による測位
４．１ 擬似距離の性質
４．２ 受信機クロックの性質
４．３ 相対論的補正
４．４ 電離層遅延補正
４．５ 対流圏遅延補正
４．６ 測位計算（第３段階）
４．７ 測位精度とＤＯＰ
第５章 ＲＩＮＥＸファイルの処理
５．１ ＲＩＮＥＸファイルとは
５．２ ＲＩＮＥＸ観測データファイル
５．３ 測位計算（実用段階）：単独測位プログラム”ＰＯＳ１”
第６章 測位のバリエーション
６．１ 衛星の選択
６．２ 重み付きの計算
６．３ 高さ一定の場合（二次元測位）
６．４ 移動方向が一定の場合
６．５ ここまでのまとめ：測位計算プログラム”ＰＯＳ２”
第７章 ディファレンシャルＧＰＳ
７．１ 測位誤差の性質
７．２ ディファレンシャル補正
７．３ 補正情報の生成
７．４ ディファレンシャルＧＰＳの測位計算
７．５ 統計処理プログラム
付録Ａ 観測データの入手
Ａ．１ 国土地理院ＧＥＯＮＥＴ
Ａ．２ ＩＧＳ
Ａ．３ ＩＧＳサイトｍｔｋａ
付録Ｂ 週番号表
付録Ｃ ＧＰＳ衛星一覧
付録Ｄ テキストファイルの処理
付録Ｅ 逆行列の計算
付録Ｆ ＥＮＵ座標系による計算
参考文献
索引
コラム
前書きなど
ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：全地球測位システム）については，いまさら説明するまでもないでしょう．もともとは米軍が開発した航法システムですが，今では民生用途にもたいへん広く応用されています．カーナビゲーションやレジャー用途をはじめとして，携帯電話や迷子検索，自動車の盗難防止など，いまや一家に１セットくらいのＧＰＳ受信機が浸透していそうな状況です．
測位システムの名のとおり，基本的には位置（経緯度と高度）を測定するのがＧＰＳの役割です．地球上のどのような場所にいたとしても，ＧＰＳ衛星が放送している電波を受信できる限り，現在位置をかなり性格に知ることができます．船舶や航空機のための電波による航法システムは第二次世界大戦中から研究開発が続けられてきましたが，その集大成ともいえるのがＧＰＳです．ＧＰＳのように，小型の受信機一つで世界中どこでも使え，しかも正確な航法システムなど，ほかにはないのです．
ところで，ＧＰＳはいったいどのような仕組みで位置を測定しているのでしょうか．基本的には，高度２万Ｋｍを飛行するＧＰＳ衛星が放送している電波を受信して，ＧＰＳ衛星からの距離がわかれば，ＧＰＳ衛星を中心とした球面上のどこかにいることがわかります．いくつかのＧＰＳ衛星を使えば，球面の交点として受信機の位置が計算できるという寸法です．原理的にはこうした仕組みで，ＧＰＳ受信機はいつでも，どこでも現在位置を表示してくれます．
言葉でいうのは簡単ですが，受信機が実際に位置を求めるまでには実にさまざまな紆余曲折があります．まずはＧＰＳ衛星の位置がわからないといけません．これはＧＰＳ衛星自身が軌道情報として放送しているパラメータから計算すればよいのですが，ＧＰＳ衛星を出発した電波が受信機に到達するまでにもＧＰＳ衛星は（５０〜２００ｍくらい）移動していますから，受信機の時計が指している時刻の位置を計算したのではもう遅いのです．
また，同じ時間に地球も自転していますから，受信機の位置自体が何十メートルも移動しています．受信機自身は動いていないつもりでも，地面と一緒に毎秒数百メートルも移動しているのです．この速度は赤道上でもっとも速く，北極点や南極点ではゼロになります．受信機の位置を知りたいからＧＰＳを使うのに，受信機の位置がわからないとＧＰＳ衛星の位置が正確に計算できないのです．いったいどうしたらよいのでしょうか．
さらに，ＧＰＳ衛星が放送している電波は，地球の大気圏を通過するときに微妙に速度が遅くなります．ＧＰＳ受信機は，電波の速度が光速であることを利用してＧＰＳ衛星との間の距離を測定するのですから，電波の速度が遅くなっては困ります．単に距離を測るだけではなく，こうしたさまざまな補正計算をしないと，受信機位置を正しく求めることはできないのです．
本書では，ＧＰＳ受信機が現在位置を計算するまでの過程を，なるべく詳しく追ってみようと思います．詳しく見ていくことで，ＧＰＳの計算結果に含まれる位置誤差の由来や性質もおわかりいただけるでしょう．後半では，測位精度を改善する手法や測位誤差の補正についても，具体的な処理手順を含めて説明するように努めました．
現実には，ＧＰＳの測位計算を人手で実行するのはとても無理な話で，コンピュータに実行させることになります．このためにはどうしても計算機プログラムが必要になりますから，本書では具体的なプログラム例を示すことにしました．ＧＰＳ受信機の仕事をただ説明されるだけではおもしろくないかもしれませんが，プログラムと見比べながらであれば，多少なりとも読み進めやすいかと思います．また，文書による説明で足りない部分は，実際のプログラムをご覧になって補っていただけますと幸いです．
プログラミング言語としては，広く普及しているなどの理由からＣ言語を対象とさせていただきました．ただし，計算機プログラミングそのものは本書の目的ではありませんので，Ｃ言語に関する解説は他書に譲ります．本書のプログラム例については読者諸兄による利用を特に妨げませんので，後掲「本書掲載のプログラムについて」を参照のうえ，ご自身の責任において自由にご利用いただいてかまいません．
本書の刊行にあたりまして，常日頃よりご指導いただいております独立行政法人電子航法研究所の役職員各位に御礼を申し上げます．ここに記しまして，感謝の意とさせていただきます．
２００６年１２月
著者
