インターネットや携帯電話回線なしでGPSが機能する仕組み

GPS衛星をわかりやすく解説

全地球測位システム（GPS）は、米国宇宙軍が運用する衛星群です。最も基本的な仕組みは次のとおりです。

• 31基の衛星が地球を周回しています 高度約20,200 kmの中軌道を周回します
• 各衛星には極めて高精度な原子時計が搭載されており、 無線信号を継続的に送信します 。その信号には、衛星のID、現在の軌道上の位置、正確なタイムスタンプが含まれます
• これらの信号は光速で地表へ向かって伝わります
• 地上のGPS受信機は、複数の衛星からの信号を同時に受信します
• 受信機は、各信号が 到達するまでにかかった時間を測定し、各衛星までの距離を算出します
• 少なくとも4基の衛星までの距離が分かれば、受信機は三辺測量と呼ばれる方法で正確な3次元位置（緯度、経度、高度）を算出できます

重要なのは、 このプロセス全体が一方向であることです。衛星が送信し、受信機が受信します。受信機が衛星へ何かを送り返すことはありません。衛星はデバイスの存在すら認識しません。どの段階にもインターネット接続は関与しません。

GPSは、都市の中心部でも人里離れた山中でも同じように機能します。衛星にとって場所は関係ありません。ただ信号を送信し続けています。

GPS自体にインターネットが不要な理由

GPSは、エンドユーザーにとって基本的に受信専用の受動型システムです。衛星から受信機までの信号経路には、大気中を伝わる電波しか介しません。ネットワーク接続も、サーバーも、データプランも不要です。

車載GPSナビゲーションは、何十年も前からオフラインで機能しています。Garmin eTrexのような登山用GPS専用機も、以前から携帯電話回線なしで機能しています。航空ナビゲーションシステムも、インターネット接続なしで位置を算出します。これらはすべて同じGPS衛星信号を利用しており、インターネットは必要ありません。

GPS規格では、民間向け信号帯（L1、1575.42 MHz）に暗号化やアクセス制御をあえて採用していません。地球上のどこにいても、対応する受信機さえあれば誰でも無料で受信できるよう、意図的に設計されています。

GPS受信チップの価格は数ドルです。消費電力もわずかです。そして、宇宙から届く電波だけで正確な位置座標を算出します — サブスクリプションも、接続も、クラウドも必要ありません。

インターネットが必要なのは何か：市販のGPSトラッカーの大半

では、GPS自体はオフラインなのに、なぜほとんどのGPSトラッカーにはモバイルデータ通信プランが必要なのでしょうか？

その答えは、問題のもう一つの部分にあります： トラッカーからスマートフォンへ位置情報を届けること.

GPSはトラッカーに現在地を伝えます。しかし、野外や犬の首輪、ドローンに取り付けられたトラッカーは、ユーザーから物理的に離れています。そのGPS座標を端末へ送信する仕組みが必要です。ほとんどのメーカーがインターネットへの依存を持ち込むのは、この送信部分です。

一般的なモバイル通信式GPSトラッカーの仕組み：

1. GPSチップが座標を算出します（オフラインで動作し、インターネットは不要）
2. 内蔵SIMカードがモバイルネットワークに接続します（データ通信プランが必要）
3. 座標がメーカーのクラウドサーバーへアップロードされます（インターネットが必要）
4. スマートフォンアプリがインターネット経由でクラウドサーバーに問い合わせます（インターネットが必要）
5. アプリが地図上に位置を表示します

手順2、3、4はいずれもインターネット基盤を必要とします。モバイル通信圏外になると、手順1の後で一連の仕組みが機能しなくなります。遠隔地でモバイル通信式GPSトラッカーが使えなくなるのは、GPSが停止するからではなく、送信部分の接続が失われるためです。また、このSIMカードがあるため、ほとんどのペット用トラッカーには月額プランが必要です。一方、 サブスクリプション不要の犬用トラッカー では、別の方法で座標を届ける必要があります。

これは技術上の必然ではなく、システム設計上の選択です。 インターネットを使わずにGPS座標を送信する方法もあります。

LoRaが座標送信でモバイル通信を代替する仕組み

LoRa（Long Range）無線は、モバイル通信基盤を一切使わずにGPS座標データを長距離伝送できる代替技術です。

LoRaは免許不要のISM無線周波数帯（欧州では868 MHz、北米では915 MHz）を使用し、GPS座標を含む小さなデータパケットを端末間で直接送信します。概念的にはトランシーバーに似たポイント・ツー・ポイント無線ですが、通信距離ははるかに長く、消費電力は大幅に少なくなっています。

14 dBmで送信するLoRa無線は、開けた地形なら15～20km離れた場所までGPS座標パケットを安定して送信できます。受信機はインターネット、携帯電話基地局、その他のインフラに接続する必要がありません。無線の通信範囲内にあれば十分です。

これこそがLokoの仕組みです。Loko Airトラッカーが算出したGPS座標は、LoRa経由で手元のLoko Ground受信機へ送信され、インターネットを完全に迂回します。送信部分もGPS受信部分と同じくオフラインです。モバイル通信式の犬用首輪と比較検討している場合は、 オフグリッドで使えるTractive代替製品 との通信エリア、通信距離、料金の違いをご覧ください。

完全オフラインの経路：衛星から画面まで

Lokoシステムの信号経路全体は次のとおりです — すべての手順がローカル無線で完結し、インターネットを一切使用しない点にご注目ください：

GPSの仕組み：よくある質問