全地球航法衛星システムには、主に米国の全地球測位システム（GPS）、中国の北斗航法衛星システム（BDS）、ロシアの全地球航法衛星システム（GLONASS）、欧州のガリレオ航法衛星システム（Galileo）がある。ロシアの全地球航法衛星システム（GLONASS）、欧州のガリレオ航法衛星システム（Galileo）。

GPSとは、Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System（NAVSTAR/GPS）の頭文字をとったもので、衛星測位システム（Navigation Satellite Time and Ranging/Global Positioning System）を意味する。米国は1973年末にGPS衛星ナビゲーション・システムの研究を開始し、1993年末に衛星の初期配備を完了、1995年末に本格運用を開始した。

GPSは、全天候型、高精度、連続的、ほぼリアルタイムの3次元測位とナビゲーションサービスを全世界に提供することができる。このうち、主に軍やハイエンドのユーザーが使用するPコードの測位精度は最大1mで、主に民間人が使用するCAコードの測位精度は20～30mである。

全地球航法衛星システム（GNSS）は、航法衛星、地上局、ユーザー機器の3つの部分から構成されている。航法衛星は航法信号を送信する役割を担い、地上局は衛星を追跡・制御して航法情報を注入し、ユーザーキャリアに設置された航法受信機は衛星信号を受信して測位・航法機能を実現する。

GPS衛星21基の実用衛星と3基の待機衛星を含む24基の衛星が、6つの軌道に均等に配置されている。BLOCK I、II、IIA、IIRの各シリーズは後期に打ち上げられる。

GPS地上局主制御局、追跡局、射出局の3つの部分から構成される。主制御局は、衛星システム全体の制御、航法性能の評価、衛星エフェメリスの生成、そして航法情報のエンコードと射出局への送信を行う。主制御局の制御の下、射出局は1日に1～2回、衛星に航法情報を射出する。

ユーザ機器GPS衛星ナビゲータであり、ハードウェア、ソフトウェア、GPSデータの後処理ソフトウェアパッケージから構成される。受信機のハードウェアは、アンテナユニット、ホストユニット、電源の3つの部分から構成される。アンテナは屋外に設置され、ケーブルでホストに接続される。ホストは、インバータ、信号チャネル、マイクロプロセッサ、ディスプレイモジュールなどで構成されています。現在、海上でより多く使用されているのは、CAコード相関型ナビゲータである。

現在、海でより一般的に使用されているCAコード相関型ナビゲータです。GPS衛星ナビゲータは、ハードウェア、インフライトソフトウェアとGPSデータの後処理ソフトウェアパッケージなどで構成されています。GPS衛星ナビゲータのハードウェアは、アンテナ、メインユニットと電源で構成されています。アンテナは屋外に設置され、ケーブルでメイン・ユニットに接続される。メイン・ユニットは、図 2-1-1 に示すように、インバータとアンプ、信号チャネル、マイクロ プロセッサ、ディスプレイ・モジュールで構成される。

図 2-1-1 GPS 衛星ナビゲータの構造

GPS衛星ナビゲーターは、GPSアンテナを通して微弱な衛星信号を受信し、プリアンプで増幅（S/N比を改善）した後、周波数コンバーターに送られ、無線周波数（RF）信号を中間周波数（IF）信号に変換します。増幅後、IF信号は、擬似コードと周波数（キャリア）を2次元検索するための擬似コード位相同期ループとキャリア位相同期ループに送られる。擬似コード・フェーズロック・ループは、ローカル・トラッキング擬似コードを受信擬似コードと時間的に整列させるために使用され、衛星コードの自動捕捉とトラッキングを実現します。キャリア・フェーズロック・ループは、ローカル・トラッキング・キャリアを受信キャリアと周波数および位相で整列させるために使用され、衛星キャリアの自動捕捉とトラッキングを実現します。

GPS信号擬似コードは、相関器でローカル・トラッキング擬似コードと比較され、両者が同じ場合に最大値が出力され、相関器がGPSデータ変調キャリア信号を検出したことを示します。この信号をローカル・トラッキング・キャリアとミキシングした後、GPSデータ・コード信号を検出し、GPSデータ・コード信号を同期、検出、フィルタリングしてGPS衛星メッセージを検出します。トラッキング・キャリアとローカル・リファレンス発振器の差はドップラー・シフトとなり、トラッキング擬似コードとローカル・リファレンス擬似コードが比較され、信号伝播遅延が測定され、擬似距離が計算されます。

マイクロプロセッサーGPS衛星ナビゲータのコア・コンポーネントであり、衛星ナビゲータによる信号の受信と処理は、マイクロプロセッサの制御下で行われる。主な機能は、電源投入時の自己テスト、衛星の選択、衛星データの収集、大気伝搬誤差の補正、擬似距離の測定、ドップラー周波数、ユーザーの位置、速度、ナビゲーション情報の計算などです。

GPSナビには通常、操作情報を提供するLCDディスプレイと、ユーザーがキーパッドでナビを操作するためのコントロールキーパッドが装備されている。また、ナビゲーション情報やデジタル地図を画面に直接表示する大型ディスプレイを搭載しているものもある。

GPSナビゲーション用の電源には2種類ある：もう1つは外部電源で、一般的に使用されている充電式12Vカドミウムニッケル電池です。

北斗衛星航法システムは、中国が独自に開発したグローバル衛星航法システムであり、GPS、グロナスに次ぐ第3の成熟した衛星航法システムである。

(i) システム・コンポーネント

北斗衛星ナビゲーションシステムは、宇宙コンステレーション、地上管制システム、ユーザー端末の3つの主要部分から構成されている。宇宙コンステレーションは、静止軌道(GEO)、傾斜静止軌道(IGSO)、中円軌道(MEO)からなるハイブリッド軌道設計を採用し、全地球をカバーするナビゲーションネットワークを構築する。Beidou-3システムは、アジア太平洋地域におけるサービスの安定性を高めるため、5基のGEO衛星（3基の実用衛星と2基の予備衛星）を含む30基の衛星を配備している。

地上管制システムは、マスター管制局、監視局、射出局から構成され、主に衛星の状態監視、軌道補正、航法信号の増強などを行う。ユーザー端末は、BDMSSの船上端末やハンドヘルド機など、軍民両用機器で構成され、航法・測位機能とショートメッセージ通信機能を併せ持つ。

(ポジショニングの原則

BDSは、アクティブおよびパッシブ測位のためのデュアルモード技術を組み込んでいる。パッシブ・ポジショニングこれはBeiDou-3の主要な測位モードで、ユーザー端末が少なくとも4つの衛星からの信号を受信し、信号の伝搬時間差を利用して3次元座標を解き、メートルレベルまでの測位精度を持つ。アクティブポジショニング言い換えれば、端末が率先して衛星に要求信号を送信する必要があり、地上局のカバーエリア内で緊急に測位が必要な場合に適している。星間リンク技術によって信号伝送効率を最適化することで、BeiDou 3は測位速度と精度をさらに向上させている。

(iii) コア機能と特徴

BDSは世界規模でリアルタイムのナビゲーションと測位サービスを提供することができる。民間の測位精度は10m以上、アジア太平洋地域では2～5mに達し、ミリタリーグレードのサービスではセンチメートルレベルの測位も可能です。ショートメッセージサービス地域とグローバルの2つのカテゴリーに分けられる。GEO衛星コンステレーションを利用した地域ショートメッセージは、アジア太平洋地域（北緯10度～55度、東経75度～135度）をカバーし、スポット（一点送信）、マルチキャスト（グループ通信）、ブロードキャスト（地域情報発信）の3つのモードをサポートする。新たに追加されたBeidou 3のグローバルショートメッセージ機能は、地理的制約を打破し、グローバルな緊急通信を実現する。さらに、B1、B2、B3といったマルチ周波数帯の信号設計を採用し、複雑な環境下での干渉防止能力と信頼性を大幅に向上させている。

(iv) BDMSS 船上端末と地域ショートメッセージアプリケーション

BDMSS船上端末は海洋分野におけるBDSの重要な応用設備であり、主に航法測位ユニット、通信制御ユニット、環境適応モジュールから構成される。航法測位ユニットは多周波数帯信号受信技術を採用し、メートル級の測位精度を実現し、通信制御ユニットはBeiDou特殊通信プロトコルを統合し、ショートメッセージ暗号化伝送をサポートする。端末は耐塩水噴霧腐蝕設計と広電圧電源システムを採用し、国際海事設備標準に合致し、船舶の複雑な運行環境に適応できる。

Beidou-3の地域ショートメッセージ通信サービスは、3機の静止軌道実用衛星と2機の待機衛星によって共同サポートされ、東経75度から135度、北緯10度から55度のアジア太平洋地域をカバーしています。このサービスは、オンデマンド通信（指向性送信）、マルチキャスト通信（グループ連携）、ブロードキャスト通信（公共情報発信）の3つのモードを提供します。本サービスは、オンデマンド通信（指向性伝送）、マルチキャスト通信（グループ連携）、ブロードキャスト通信（公共情報発信）の3つのモードを提供し、船舶のスケジューリング、海難救助、気象警報などのシーンで広く利用されている。しかし、静止軌道衛星ビームのカバー範囲の制約から、ショートメッセージサービスには地理的な制約や通信容量の制約がある（図1参照）。1000文字を超えない単一送信海洋航海の場合、全エリアをカバーするには他の通信システムを組み合わせる必要がある。