GNSS Study

「GPSは知ってるけどGNSSは？」から。GPS・Galileo・BeiDou・QZSSなど各国のシステムの関係、位置がわかる仕組み、身近な使われ方を、動く図でざっくりつかむ。

y = A sin(2πft + φ)。振幅・周波数・位相をスライダーで動かし、重ね合わせ・うなり・高調波を観察。すべての出発点。

1μs = 300m。時計の誤差が距離の誤差になる世界を、時計ドリフトレースと相対論の話で体感。GNSSは時計のシステム。

−130dBmってどのくらい？ dB変換器とリンクバジェットで、雑音の下の信号を受信する仕組みを学ぶ。

情報を波のどこに乗せるか。3方式をアニメーションで見比べ、GNSSがBPSKを選んだ理由まで。

楕円体・ジオイド・標高の関係（GPSの高さが地図とズレる理由）、緯度の正体、ECEF座標。測位結果を正しく読む準備。

空から降る衛星電波（GPS+QZSS）。衛星数・ビルの遮蔽・マルチパス、L1/L2/L5/L6の違いを動かして学ぶ。

各国GNSSの周波数帯をひとつの軸で比較。共用周波数と独自バンドが一目でわかる。

搬送波 × PRNコード × 航法メッセージ。3層の波形ズームとブロック図で、スペクトラム拡散とBPSKの意味を知る。

スペアナにGPSを映すとどう見えるか。sinc²の台形が雑音に沈む様子、C/AとP(Y)の重なり、FM放送との違いをグラフで。

LNAV/CNAV/CNAV-2をビット単位で表示。時計・エフェメリス・アルマナックをGPSとQZSSで並べて比較。

コード相関で遅延を自分で見つけ、時計誤差が「擬似」距離を生む様子と、通過衛星のドップラーS字カーブを体験。

なぜ測位の話に時計が出てくるのか。衛星のルビジウム/セシウム原子時計、時計くらべシミュレーター、GPS時刻とUTC・うるう秒、そして携帯基地局・電力網・金融など「時刻を配る」ユースケース。

衛星クロック・電離層・対流圏などの誤差を、放送暦・2周波・SBAS・RTK/PPP/CLASのトグルで消していく。数mからcmまで、補正の効きを体感。

cm〜mm級への2つの壁。搬送波位相と整数アンビギュイティ（フロート→フィックス）、サイクルスリップの検出・修復をインタラクティブで。RTK/PPP/PPP-RTKの違いも整理。

アンテナ・LNA・GNSSモジュール内部（捕捉・追尾・復号・補正・PVT）からNMEA出力まで、データの旅の総まとめ。

受信機を分解して部品ごとに解説。心臓部の「チャンネル×相関器（Early/Prompt/Late）」をスライダーで動かし、DLLがコード位相をロックする仕組みを体感。受信機の種類・スペックも。

なぜ右円偏波・半球パターンなのか、パッチ/ヘリカル/チョークリング、八木が使われない理由。妨害に強いアレイ（CRPA）のヌルステアリングをインタラクティブで動かす。

八の字軌道のアニメーションで日本の真上に居座る仕組みを見る。信号認証・災危通報・CLASなど独自サービスと、NavICと並ぶリージョナルGNSSの位置づけ。

ソフトウェア無線とは何か。USRP・bladeRF・ADALM-Pluto・LimeSDR・HackRF Oneなど定番ボードを周波数カバレッジ図と比較表で知る。

LimeSDR XTRX（LMS7002M）でGPS L1（1575.42 MHz）を受信したときの見え方。信号源・アッテネータ・RXゲインを変え、雑音床とADCフルスケールの間に信号を収める感覚をつかむ。

LimeSDR XTRX / Mini 2.0 でGPS・QZSSのL1 C/Aを生成。送信リンクバジェットで「実衛星相当の−130dBm」に落とす減衰設計と法令上の注意を学ぶ。

3つの脅威で受信機に何が起きるかをシミュレーターで観察し、C/N₀・AGC・位置の症状から攻撃を見分ける方法と、多周波・CRPA・信号認証などの対策を学ぶ。

なぜ代替が要るのか（GNSSの弱点）、PNT（位置・航法・時刻）という考え方、代替手段の一覧と比較表。強靭なPNTへの入口。

GNSSより桁違いに低い高度を飛ぶ衛星で測位。高度を変えて信号強度の違いを見るシミュレーター、Xona/Iridium STLなどの取り組み。

加速度計とジャイロで電波なしに自立測位。GNSS途絶からの経過でドリフトが育つ様子をシミュレーターで、GNSS/INS統合まで。

地上の大電力送信局から強力な長波を放送。妨害に強く独立した、時刻配信のバックアップにもなる代替。

カメラ・LiDAR・地磁気・Wi-Fiで「見えているもの」を地図と照合。GNSSが苦手な屋内・都市に強い。

Starlinkや携帯・TVなど「測位用でない電波」を測位に流用する研究的手法。LEO-PNTとの違いも。

GNSS-SDR・PocketSDR・RTKLIB・gps-sdr-simなど、受信・測位・信号生成の定番ツールを用途別に整理。何ができるソフトかがひと目でわかる。