おはようございます！リョウタです。
ドローンの補助機能として、『GPS』は必須です。
みなさんもご存じの、あの『GPS』です！
『GPS』とはドローンが飛行している位置を、把握するために必ず搭載されている機能の1つです。
今日はみなさんが知っているようで、あまり知らないGPSについて解説していきます。
１つ目は『GPSの原理と仕組み』
２つ目は『GPSの高度の』
それでは、よろしくお願いしますm(__)m
GPSの原理とは？【GPS衛星で位置情報を特定】
GPSの原理とは受信機と衛星のお互いの距離を『三角測量』で算出しています。
僕たちが暮らしている地球のはるか上空を、GPS衛星が高速で周回しています。
このGPS衛星からは常に『現在位置』そして『現在時刻』の２つ電波が発信されています。
GPS受信側(ドローンに搭載)が、GPS衛星から発信された電波を受信します。
すると、GPS受信側(ドローンに搭載)がGPS衛星から発信された電波伝送時間に伝送速度(光速)を掛け算し、受信側と衛星のお互いの距離を算出しています。
【三角測量の計算方法】 伝送速度(光速)【c】×GPS電波伝送時間【t】=距離【r】 |
さらに、地球の上空には4つのGPS衛星が存在していまして、GPS受信機(ドローン)と4つのGPS衛星が、三角測量の計算をもとに距離が繰り返し算出されます。
すると、4つのGPS衛星との距離から位置情報【座標(x，y)】が割り出されます。
GPSは正確な時間が必須
GPS衛星は正確な時間が必須です。
このため、GSP衛星には原子時計が搭載されています。
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GPS衛星は、高度2万200kmの上空を秒速4kmを超えるスピードで移動しています。(地球上空を12時間周期で周回できる軌道)
めちゃめちゃ高速です。
もはや想像できません。(例えるなら、一瞬ですからね)
GPS衛星は超高速で移動するわけですが、正確な時間も必要とします。
ここで、クイズです！
Q.「高速で移動している物の時間はゆっくりと進む」は歴史上の誰の記述でしょうか？
Answer Time Start!
チクッタクッ
↓
チクッタクッ
↓
チクッタクッ
↓
チーン！
正解！
かの有名なアルベルト・アインシュタインです。
アインシュタインによる『相対性理論』ですが、僕は聞いたことくらいはある程度でして、どんな内容？
までは、正直「・・・・・」です。
「光速度不変の原理」とかチンプンカンプン？？
天才の考えることは、やっぱりスゴイ！としか言いようがない。
凡人には理解不能・・・『相対性理論』
『ウラシマ効果』とも言います。
光速度に近い超高速の宇宙船で、1年間の宇宙旅行に行くとします。
地球に帰還すると100年の年月(時間)が経過しているという現象です。
あれ？
なんだか某アニメの『精神と時の部屋』の逆バージョンみたいです。
スミマセン、脱線しました。話しを戻します。
ようは何が言いたいのか？
つまり、超高速で動くものが『GPS衛星』であり、地球上のGPS受信側(ドローン)と『時間の遅れ』が生じますので、相対性理論が無視できないよ～ということです。
このため、GPS衛星に搭載されている原子時計は『時間の進行速度が遅く設定』されています。
GPSの高度の決め方【ポイントは3つ】
GPSの高度の決め方のポイントは2つあります。
1つ目は『地球は球体ではなく楕円体である』
2つ目は『地形は山や谷があり凸凹である』
3つ目は『ジオノイド高の定義について』
この3つが影響します。
地球は『丸い球体』ではなく『楕円体』です。
GPS座標は、地球の重心に原点を持つ『3次元座標系』が用いられてます。
アメリカの国防総省が決定したものでして、『WGS84楕円体』と呼ばれています。
ちなみに、日本の測地系座標は2002年4月から『ITRF94』という地球標準座標に切り替わり『GRS80楕円体』と呼ばれる楕円体で地球方面を表しています。
なお、測量レベルに関してですが『WGS84』と『GRS80』は同一レベル。
差もほぼゼロと見なして問題なしです。
地形には山や谷といった凸凹があります。
地形には山や谷があり、凹凸が存在しています。
正確な高度を知るには地形の『起伏』を考慮し測定します。
ジオノイド高の定義とは？
日本における標高を決める基準があり、測量法では『平均海面』と定められています。
この『平均海面』は仮想的に陸地へ延長した面を『ジオノイド』と呼び、平均海面を基準に定義し、ジオノイド高は重力ポテンシャルで決まります。
GPS衛星の測位できまる楕円体の高さから、平均海面を基準としたジオノイド高の差で標高を求められます。
【標高の求めかた】 楕円体の高さ－ジオノイド高＝標高 |
