GNSS誤差の種類とは？マルチパス・電離層・衛星配置の影響を整理

ドローンの自動飛行・ホバリング・リターントゥホームはGNSSの測位精度に依存しています。しかし、GNSSの測位には必ず何らかの誤差が生じます。

その誤差が大きくなると、位置がずれた状態でのホバリング・意図しない方向への移動が起きる可能性があります。

学科試験では「GNSS誤差の原因」「マルチパスとは何か」「PDOPとは何か」といった問いが出題されます。原因を種類別に整理しましょう。

一言でいうと、GNSSの誤差は「衛星からの信号が届くまでに"遠回り"したり"渋滞"したりすることで生じる距離の計算ズレ」です。直接届く信号が正確で、回り道や遅延があると誤差になります。

GNSSの誤差の種類

GNSSの測位誤差には大きく4つの種類があります。それぞれの仕組みと影響を整理します。

マルチパス（電波の反射による誤差）

マルチパス（Multipath）とは、衛星から発信された電波が建物・地面・山などで反射し、直接波と反射波が混ざった状態で受信機に届く現象です。受信機は直接波と反射波を区別できないため、衛星までの距離を誤って計算してしまいます。

マルチパスが起きやすい環境は以下の通りです。

• 高層ビルが密集した都市部（ビル群が壁のように電波を反射する）
• 谷間・渓谷・橋梁下（電波が地形に反射する）
• 湖・川の水面付近（水面反射が起きやすい）

マルチパスの影響で測位が数メートル〜十数メートルずれることがあります。開けた場所・空が広く見える環境ではマルチパスの影響を小さくできます。

電離層遅延

電離層（Ionosphere）とは、地球を取り巻く大気の上層にある、太陽放射などによって電離（イオン化）された層です。衛星からの信号はこの電離層を通過する際に屈折・遅延し、見かけ上の距離が実際より長く計算されてしまいます。

電離層遅延の特徴は次の通りです。

• 太陽活動の影響を受ける：太陽フレアや磁気嵐の時期は遅延が大きくなる。
• 時間帯による変化：昼間は太陽放射が強いため電離の程度が大きく、夜間は小さい。
• 緯度による違い：赤道付近では電離層活動が活発で遅延が大きい。

対策としては、電離層補正情報を含む補強信号（みちびきのCLAS等）を使用する方法があります。

対流圏遅延

対流圏（Troposphere）は地球大気の最下層であり、水蒸気・温度・気圧の変化が大きい層です。衛星信号はここを通過する際に屈折・遅延します。

• 水蒸気量の影響：湿度が高い日・雨天・霧の中では遅延が大きくなる。
• 仰角の影響：仰角（衛星が地平線から何度の高さにあるか）が低いほど大気層を長く通過するため遅延が大きい。

対流圏遅延は電離層遅延より小さいですが、気象条件によって変動します。

衛星配置誤差（PDOP）

PDOP（Position Dilution of Precision：位置精度低下率）は、衛星の配置がどれだけ測位精度に影響するかを示す指標です。衛星が空の広い範囲に分散して配置されているときはPDOPが小さく（精度が高い）、衛星が空の一方向に集中しているときはPDOPが大きく（精度が低い）なります。

※ 上記はおおまかな目安です。詳細は各機体のマニュアルや測量基準書等でご確認ください。

マルチGNSS受信機では複数のシステムから衛星を受信するため、利用できる衛星の総数が増え、PDOP値が改善されやすくなります。

GNSS測位誤差の種類（マルチパス・電離層遅延・対流圏遅延・PDOP）については、無人航空機の飛行の安全に関する教則（下図）で整理されています。

誤差低減の方法

GNSS誤差を小さくするための主な手段を整理します。

• マルチGNSS受信：GPS・GLONASS・Galileo・BeiDou・みちびきを同時受信して衛星数を増やし、PDOPを改善する。
• 補強信号の利用：みちびきのCLASやSBAS（衛星型補強システム）を使って電離層遅延を補正する。
• 飛行場所の選択：開けた空が広い場所を選び、マルチパスの影響を減らす。
• 時間帯の選択：太陽活動や天候を考慮して電離層・対流圏の影響が小さいときに飛行する。

学科試験で混同しやすいポイント

「マルチパス」と「マルチGNSS」は名前が似ていますが、まったく別の概念です。試験では混同を狙った問題が出ることがあります。

一問一答

Q1. マルチパスとはどのような現象ですか？

A1. 衛星からの電波が建物・地面などで反射し、直接波と反射波が混ざった状態で受信機に届くことで、衛星までの距離計算に誤差が生じる現象です。

Q2. PDOPが大きい（値が高い）状態は良いですか・悪いですか？

A2. 悪い状態です。PDOPは値が大きいほど衛星の配置が悪く（一方向に集中）、測位精度が低下します。

Q3. GNSS誤差を低減するためにマルチGNSSが有効な理由は何ですか？

A3. 複数のGNSSシステムを同時受信することで使える衛星の総数が増え、衛星配置が分散してPDOP値が改善されるためです。

まとめ

GNSSの測位誤差には、マルチパス（電波反射）・電離層遅延（太陽活動の影響）・対流圏遅延（水蒸気の影響）・衛星配置誤差（PDOP）の4種類があります。マルチGNSS受信や補強信号の利用、開けた場所での飛行などで誤差を低減できます。

「マルチパス（誤差の原因）」と「マルチGNSS（対策）」の混同に注意しましょう。

関連記事：地磁気とGNSSの関係　GNSSの衛星測位システムの種類