ITパスポート 2020年 秋期 問91

IoT端末やスマホのGPSで位置を得る仕組み【ITパスポート 解説】

正解の理由

解法ステップ

1. 問題文のキーワードを確認：「GPS機能を利用して」「端末が自らの位置情報を得る仕組み」。
2. GPSとは何かを思い出す。GPSは人工衛星が時刻付きの信号を送る仕組みで、端末はそれを受けて距離を算出する。
3. 選択肢と照合する：
   • 衛星からの信号を「受信して計算する」説明がある選択肢を探す。
4. 衛星の電波を受信して時刻差から位置を計算する記述である ウ を選ぶ。

選択肢別の誤答解説

• ア: 「端末の位置情報の通知要求を電波に乗せて人工衛星に送信し、応答を受信する」とあるが、GPSは端末が衛星へ要求を送る双方向通信ではありません。衛星は一方的に時刻付き信号を送信します。よって誤りです。
• イ: 「地上の無線基地局に送信して応答を受信する」とありますが、これは携帯基地局を使った位置特定の方式（ネットワーク側で測位する方法）をイメージしています。GPSとは仕組みが違い、問題はGPS機能を問うため誤りです。
• ウ: 正解。人工衛星の電波を受け、発信時刻と受信時刻の差（伝搬時間）から距離を求め、複数衛星の距離組合せで位置を決める方式です。
• エ: 「三つ以上の地上の無線基地局が発信している電波を受信して…」は、基地局電波を使う地上型の測位（例えば基地局の電波強度やTDOAによる測位）が想定されています。これは可能な手法ですが、GPSの説明ではないため誤りです。

よくある誤解

1. 「GPSは端末が衛星に問い合わせる仕組みだ」
   → 実際は端末は受信のみで、衛星へ問い合わせる必要はありません（受動的）。端末から送信して測る方式は別の測位法です。
2. 「GPSには必ず4つの衛星が必要だ」
   → 3つで2次元（経度・緯度）は求められますが、端末の時計誤差（受信機の誤差）も同時に補正するため、実務上は4つ以上の衛星で解くことが一般的です。問題文の「三つ以上」は誤りではありません（3以上＝3または4以上を含む）。

補足コラム

• 衛星からの距離の計算式（簡単に）
  衛星が送信した時刻と受信時刻の差 $\Delta t$ を光速 $c$（約 $3\times 10^{8}m/s$）で掛けると距離が求まります。
  $d=c\times \Delta t$ ただし、端末の時計は衛星の原子時計ほど精密でないため、受信機時計のズレ（バイアス）を含めて未知数が増えます。これを解くために衛星は3〜4機以上必要になります。
• GNSS（Global Navigation Satellite System：衛星測位システム）という言葉もあり、GPSはその一つです。ほかにGLONASS（ロシア）、Galileo（EU）、BeiDou（中国）などがあります。現代の端末は複数の衛星群を同時に利用して精度を高めます。
• 補助技術：A-GPS（Assisted GPS：アシストGPS）は、通信ネットワーク経由で衛星の情報を先に端末へ送ることで、測位の初期化を速めたり、暗い場所での測位を補助したりします。これによりスマホの位置取得が速くなることがありますが、基礎は衛星信号の受信です。

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