How Things work のこのエピソードで、GPS、ナビゲーション、衛星についてすべて学びましょう。
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ピーター: (00:00)
へようこそ 自動車について話しましょう。 そして今週のエピソードでは どうやって動くか、 衛星ナビゲーションの非常に優れた技術について説明します。 GPS という言葉を聞いて、Global Positioning Satellite の略だと思ったかもしれませんが、実際には Global Positioning System の略です。 名前が示すように、ナビゲーションを実現するにはさまざまな方法があります。
したがって、私たちがナビゲートできる方法の 1 つは、無線信号を使用することであり、それらの信号が交差する場所で、正確に現在地を三角測量します。 そして、非常によく似た方法で、現在ナビゲーションに使用している非常に一般的な方法は、携帯電話を使用することです。 実際、Waze や Google マップなどのシステムは、GSM 信号を使用して三角測量を行い、現在地を正確に特定します。 現在、これらのシステムは衛星ナビゲーションほど正確ではありません。 後で説明します 非常に正確なナビゲーション方法がなぜ重要なのかを説明します まず最初に衛星がどのようにして地球上の位置を追跡できるのかを見ていきましょう
ピーター: (01:13)
まず第一に、地球を周回している衛星群があります。 私たちが使用しているシステムは、米軍が所有しています。 そのため、地球を周回している 28 個の衛星があり、そのうち 24 個を使用し、残りの 4 個をスタンバイおよびバックアップとして使用しています。 さて、何が起こるかというと、私たちのナビゲーション ユニットができるだけ多くの衛星とハンドシェイクするということです。 これらの各衛星は信号をナビゲーション デバイスに送信し、その信号が衛星から送信されてナビゲーション デバイスに到達するまでの時間を正確に測定できます。 そして、その信号に基づいて、デバイスは、個々の衛星に関連する可能性のある半径を作成できます。 したがって、2 番目の衛星を使用して、特定の点で周囲の半径を測定した場合、現在の位置はこれら 2 つの半径が交差する 2 つの潜在的な領域に絞り込まれますが、それでもまだ役に立ちません。これらの衛星によると、南半球と北半球が同時に存在するため、3 番目の衛星信号が必要であり、その半径は 3 つの半径すべてが交差する単一のポイントを作成します。 そして、それがまさに私たちが地球上にいる場所であることを私たちは確信しています。
さて、あなたが知らなかったかもしれないことの 1 つは、これらの衛星のナビゲーション システムに原子時計が搭載されていることです。 衛星航法システムに原子時計が搭載されているのは、衛星から受信機までの信号のタイミングを非常に正確に計る方法が必要だからです。 その理由は、人工衛星がアインシュタインの 2 つの相対性理論、つまり一般相対性理論と特殊相対性理論の対象となるためです。 地球を周回している人工衛星を見ると ものすごい速度で回転しています その速度のために 地球上のデバイスに比べて 時間は遅くなります 2 番目に起こることは、衛星が地球から少し離れているため、結果として引力がわずかに小さくなることです。 そのため、地球上のデバイスに対する時間は速くなります。
ピーター: (03:42)
さて、これらの 2 つのタイミングには違いがあり、それを考慮に入れる必要があります。 そうしなければ、衛星航法システムは非常に不正確になるでしょう。 地球を周回している人工衛星に時空の相対性が関係しているのは非常に興味深いことです。
人工衛星が提供する位置情報を地図上に重ねるのがどうしてなのか、不思議に思われたかもしれません。 現在、ナビゲーション会社は通常 2 つの方法を使用しています。 1 つ目は、南アフリカの道路を隅々まで物理的に運転することです。 そして、これらの車両が走り回っているのを見たことがあるかもしれません。 彼らは車両の上部にこれらの奇妙なアンテナを持っていて、常に衛星に信号を送っています。同時に、位置と信号をデバイスに記録し、それらの信号をデジタル化し、地図に重ねています。 もう少し費用対効果の高い 2 番目の方法は、衛星画像を取得し、たとえば、国内のすべての道路を物理的に追跡し、衛星から取得した信号を重ね合わせることです。 いずれにせよ、これらのシステムは比較的正確です。
自動運転に関して言えば、もちろん、これらの車両を正確に操縦するために、車両は特に衛星技術と衛星ナビゲーションに大きく依存することになります。 だからこそ、ナビゲーションに関して衛星技術がどのように機能するかをできる限り明確に説明したかったのです。
システムがどのように機能するかについての情報が少しでもお役に立てば幸いです。 そして次回まで、お会いできるのを楽しみにしています どうやって動くか。
