スマートフォンやカーナビの位置情報から、通信、金融、電力などの社会インフラまで、現代社会を幅広く支えているのが衛星測位システム「GNSS」である。
本記事では、GNSSの仕組みや役割を解説したうえで、その課題を補う次世代の測位技術「LEO-PNT」の特徴や従来型GNSSとの違い、国内外の主要プロジェクトを紹介する。
GNSSとは
GNSSとは「Global Navigation Satellite System」の略称で、日本語では「全球測位衛星システム」や「全地球航法衛星システム」と訳される。
内閣府の「みちびき」公式サイトでは、GNSSは複数の測位衛星、衛星を管理する地上局、利用者の受信機によって構成される衛星測位システムと説明されている。※1
スマートフォンの地図アプリ、カーナビ、航空機や船舶の航行、ドローンの飛行制御、測量、農業機械の自動運転など、GNSSはさまざまな分野で利用されている。
GNSSの例としては、米国の「GPS」が最も広く知られている。GPSとGNSSは同じ意味ではないことに注意する必要がある。
GPSとGNSSの違い
GPSは、米国が構築・運用する衛星測位システムの名称である。一方、GNSSは、人工衛星を利用して位置や航法、正確な時刻に関する情報を提供する衛星測位システムの一般的な呼称である。
GPSはGNSSに該当する衛星測位システムの一つであり、ほかにもロシアのGLONASS、欧州のGalileo、中国のBeiDouなどがある。
これらはいずれも世界規模でサービスを提供する衛星測位システムである。
日本のみちびき（QZSS）やインドのNavICは、特定の地域を主なサービス対象とする衛星測位システムであり、「RNSS（Regional Navigation Satellite System：地域衛星測位システム）」と呼ばれる場合もある。
現在運用されている主なGNSS・RNSSは以下の通りである。
なお、「GNSS」という言葉は広い意味で衛星測位システム全般を指して使われることもあり、受信機や利用分野では、みちびきやNavICを含めてGNSSとして扱う場合もある。
PNTとは
衛星測位システムが提供する主要な機能は、「PNT」と呼ばれる。PNTは、次の3つの言葉の頭文字を組み合わせたものである。
- Positioning：位置を求める
- Navigation：目的地までの移動や航行を支援する
- Timing：正確な時刻を提供する
GNSSが社会に提供しているのはスマートフォンやカーナビなどで得られる位置情報だけではない。衛星測位システムを構成する測位衛星には高精度な原子時計※というものが搭載されており、地上の受信機は衛星から正確な時刻情報を受け取ることができる。
この時刻情報は、携帯電話基地局や通信ネットワークの同期、金融取引の記録、発電所や送配電網の制御などにも使われている。米国政府も、通信網、銀行、金融市場、電力網がGPSによる正確な時刻同期に大きく依存していると説明している。※2
GNSSは、位置情報サービスというだけではなく、現代社会を支える重要な基幹インフラなのである。
原子時計は、原子が決まった周波数で振動する性質を利用して、時間を極めて正確に測る時計である。
GNSSで位置が分かる仕組み
GNSSは、大きく分けて「宇宙部分」「地上部分」「利用者部分」の3つで構成されている。
| 構成 | 主な役割 |
|---|---|
| 測位衛星 | 軌道情報や正確な時刻を含む測位信号を送信する |
| 地上管制局 | 衛星の軌道や時計の状態を監視・補正する |
| 受信機 | 複数の衛星から受信した信号をもとに位置と時刻を計算する |
測位衛星は、自らの軌道情報や信号を送信した時刻などを含む測位信号を、地上へ送信している。
スマートフォンやカーナビなどのGNSS受信機は、衛星から送られた信号が届くまでにかかった時間をもとに、衛星との距離を求める。電波はほぼ光の速度で進むため、信号の到達時間に光の速度を掛けることで、衛星と受信機の間のおおよその距離を計算できる。
つまり、測位の流れを整理すると次のようになる。
- 測位衛星が軌道情報と時刻情報を送信する
- 受信機が衛星信号の到達時間を測定する
- 複数の衛星と受信機の距離を計算する
- 原則4機以上の衛星情報から三次元位置と時刻を算出する
ただし、1機の衛星との距離だけでは、利用者が地球上のどこにいるのかを特定できない。そのため、複数の衛星から信号を受信し、それぞれの衛星との距離を組み合わせて位置を求める必要がある。
原則4機以上の衛星を利用する
衛星測位システムで三次元の位置を求めるには、原則として4機以上の衛星から信号を受信する必要がある。
受信機が求めるのは、緯度、経度、高度に相当する三次元の位置と、受信機が持つ時計の誤差である。未知の値が4つあるため、4機の衛星から得られる情報を連立して計算する必要がある。
内閣府の解説でも、軌道が分かっている4機の衛星から同時に電波を受信することで、高度を含む位置と時刻を計算できると説明されている。 ※3
GNSSの精度を左右する要因
GNSSでは、衛星信号の到達時間をもとに衛星と受信機の距離を求める。しかし、信号の到達時間は、衛星や受信機の時計の誤差、大気による電波の遅延などの影響を受ける。
さらに、実際の測位精度は、衛星の配置や周囲の環境、受信機の性能、補正情報の有無などによっても変化する。
測位精度を左右する主な要因とその理由は次の通りである。
衛星の配置
測位精度は、受信できる衛星の数だけでなく、空における衛星の配置にも左右される。
複数の衛星が同じ方向に集中している場合、それぞれの衛星から得られる距離情報が似通うため、位置を正確に絞り込みにくくなる。反対に、衛星が東西南北や上空に広く分散していれば、複数方向から利用者の位置を計算できるため、誤差を抑えやすい。
この衛星配置によって誤差がどの程度拡大されるかを示す指標が「DOP（Dilution of Precision）」である。一般的にはDOPの値が小さいほど衛星配置が良く、大きいほど測位誤差が拡大しやすい。
電離層と対流圏
衛星から送られた電波は、電離層や対流圏を通過して地上の受信機へ到達する。
電離層では、電子の状態によって電波の伝わり方が変化し、信号の到達時間に誤差が生じる。電離層の状態は、時間帯や季節、太陽活動、地域などによって変化する。
また、地表に近い対流圏でも、大気圧や気温、水蒸気量などの影響によって電波に遅れが生じる。特に地平線に近い衛星からの電波は、大気中を通過する距離が長くなるため、影響を受けやすい。
複数の周波数に対応する受信機では、周波数による電波の遅れ方の違いを利用し、特に電離層による誤差を軽減することができる。
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・iPhone 14 Pro以降の対応機種：高精度2周波GPSに対応
マルチパスと電波の遮蔽
建物や地面などで反射した衛星信号が受信機に届く現象を「マルチパス」と呼ぶ。
直接届いた信号に反射信号が混ざると、受信機が信号の到達時間を正確に推定しにくくなり、距離の計算に誤差が生じる。さらに、高層ビルなどによって衛星からの直接信号が遮られ、反射信号だけを受信する「非見通し（NLOS）」が発生することもある。この場合、反射信号は遠回りして届くため、衛星との距離を実際より長く見積もり、大きな位置ずれにつながることがある。
そのため、高層ビルが密集する都市部などでは、周囲に遮るものが少ない場所と比べてGNSSの測位精度が低下しやすい。
受信機やアンテナの性能
測位精度は、受信機やアンテナの性能によっても変化する。
スマートフォンや小型IoT機器では、搭載できるアンテナの大きさや設置場所が限られるため、衛星からの信号を十分に受信できなかったり、端末本体や周囲の物体の影響を受けたりすることがある。
また、受信機によって、対応する衛星測位システムや周波数、信号処理能力も異なる。GPSだけでなく、Galileo、BeiDou、みちびき（QZSS）など複数の衛星測位システムに対応していれば、利用できる衛星が増え、より良い配置の衛星を使って測位しやすくなる。
補正情報の有無
衛星信号だけを利用する単独測位では、大気の状態や衛星軌道、衛星時計などによる誤差が測位結果に影響する。
そこで、位置が正確に分かっている基準局の情報や、衛星軌道・時計に関する補正情報などを利用することで、こうした誤差を小さくできる。
DGNSS、RTK、PPPなどは、このような補正情報を利用して測位精度を高める方式である。特に測量、建設機械、スマート農業などでは、受信機の性能だけでなく、利用できる補正サービスや通信環境も測位精度を左右する。
GNSSの精度を高める方法
衛星測位には、求められる精度や利用環境に応じて、複数の測位方式がある。
| 測位方式 | 概要 |
|---|---|
| 単独測位 | 受信機が衛星信号だけを利用して位置を計算する |
| DGNSS | 位置が正確に分かっている基準局で得た誤差情報を利用して補正する |
| RTK | 基準局と受信機の搬送波情報を利用し、条件が整えばセンチメートル級の測位を実現する |
| PPP | 精密な衛星軌道・時計補正情報を利用し、広い範囲で高精度測位を行う |
測量、建設機械、自動運転、スマート農業などでは、単独測位よりも高い精度が求められるため、RTKやPPPなどの高精度測位方式が利用されている。
ただし、高精度測位では、測位を開始してから必要な精度に達するまでに時間がかかる場合がある。この時間を「収束時間」と呼び、その短縮は高精度測位における課題の一つである。
この収束時間を短縮できる可能性がある技術として、LEO-PNTが注目されている。
GNSSの課題を補う次世代技術「LEO-PNT」
GNSSは世界中で利用される重要なインフラである一方、いくつかの弱点も抱えている。その一つが、地上に届く測位信号の弱さである。
例えば、GPS衛星は、地上から約2万200kmの中軌道（MEO）を周回している。※4
衛星から送信された電波は、長い距離を伝わる間に大きく減衰する。そのため、建物の内部や地下、高層ビルが密集する都市部、森林などでは、衛星信号を受信しにくくなったり、測位精度が低下したりすることがある。
また、信号が弱いことは、外部からの妨害に対する弱点にもつながる。GNSS信号より強い妨害電波を発射して測位を困難にする「ジャミング」や、偽の測位信号を送信して受信機に誤った位置や時刻を計算させる「スプーフィング」が問題となっている。
こうしたGNSSの弱点を補う技術として注目されているのが、低軌道衛星を利用する「LEO-PNT」である。
LEO-PNTとは
LEO-PNTとは「Low Earth Orbit Positioning, Navigation and Timing」の略称で、低軌道（LEO）衛星を利用して位置・航法・時刻情報を提供する仕組みである。
従来型GNSSの代表例であるGPSが高度約2万200kmの中軌道を利用するのに対し、LEO-PNTは高度数百～2,000km程度の低軌道を利用する。
日本では、アークエッジ・スペースがJAXAの委託事業で、高度500～1,200kmを周回する超小型衛星コンステレーションによるLEO-PNTを検討している。従来のGNSSと比べると、軌道高度は20分の1程度になる。 ※5
従来型のGNSSとLEO-PNTの違い
GNSSとLEO-PNTはいずれも、人工衛星を利用して位置・航法・時刻情報を提供する衛星測位システムである。
一方で、両者は同じ基準で分類された言葉ではない。GNSSは衛星測位システムを表す呼称であるのに対し、LEO-PNTは低軌道（LEO）の衛星を利用することに着目した呼称である。
現在広く利用されているGNSSは、中軌道（MEO）の衛星を中心に構成されている。そのため、従来型のGNSSとLEO-PNTでは、利用する軌道高度をはじめ、地上に届く信号の強さや1機あたりのカバー範囲などに違いがある。
| 項目 | 従来型GNSS | LEO-PNT |
|---|---|---|
| 主な軌道 | 中軌道（MEO） | 低軌道（LEO） |
| 代表的な高度 | GPSは約2万200km | 数百～2,000km程度 |
| 衛星までの距離 | 遠い | 近い |
| 地上に届く信号 | 弱い | より強い信号を届けやすい |
| 1機のカバー範囲 | 広い | 比較的狭い |
| 必要な衛星数 | 比較的少ない | 多数の衛星が必要 |
LEO-PNTは衛星が地球に近いため、従来型GNSSよりも強い信号を地上へ届けやすい。一方で、1機あたりがカバーできる範囲は狭くなる。
また、低軌道衛星は地上から見ると短時間で空を通過するため、広い地域で継続的に位置・航法・時刻情報を提供するには、多数の衛星を連携させたコンステレーションが必要になる。
LEO-PNTが注目される理由
1.強い測位信号を届けやすい
LEO-PNTの大きな利点は、衛星と利用者の距離が近いことである。
中軌道を利用する従来型GNSSと比べて、地上までの距離が短いため、より強い測位信号を届けやすい。そのため、高層ビルが密集する都市部や森林、建物内部など、従来型GNSSでは信号を受信しにくい環境で、受信性能を改善できる可能性がある。
2.ジャミングへの耐性を高めやすい
地上に届く測位信号が強くなれば、妨害電波（ジャミング）に対する信号余裕を確保しやすくなる。
また、既存GNSSとは異なる周波数を利用したり、複数の衛星測位システムを組み合わせたりすることで、特定の周波数やシステムが妨害された場合の代替手段として利用できる可能性もある。
ただし、LEO-PNTもジャミングの影響を完全に受けないわけではない。信号強度に加え、複数の周波数の利用や認証技術などを組み合わせ、システム全体として耐性を高めることが重要になる。
3.衛星配置が短時間で変化する
低軌道衛星は、地上から見ると高速で移動する。そのため、受信機から衛星を見た方向が短時間で大きく変化する。
この性質を利用することで、測位に必要な情報を集めやすくなり、高精度測位の収束時間を短縮できる可能性がある。
内閣府の「みちびき」公式サイトでも、LEO-PNTは衛星の視線方向の変化が大きく、測位情報の収束時間短縮やマルチパスの影響緩和が期待できると紹介されている。※6
4.認証された測位信号を提供できる
LEO-PNTでは、既存GNSSとは異なる周波数や信号方式を採用できる。そのため、暗号化や信号認証などの機能を、システムの設計段階から組み込みやすい。
信号認証によって、受信した信号が正しい衛星から送信されたものかを確認できれば、偽の測位信号によって誤った位置や時刻を計算させる「スプーフィング」への耐性を高められる。
アークエッジ・スペースは、JAXAの委託事業において、L帯に加えたC帯の利用、暗号化、信号認証、GNSSに依存しない軌道・時刻決定方法などを検討している。
スプーフィングとは、本物に似せた偽の測位信号を送信し、受信機に誤った位置や時刻を計算させる攻撃である。
LEO-PNTが抱える課題
LEO-PNTには、強い測位信号を届けやすいことや、既存GNSSを補完できることなど、多くの利点が期待されている。一方、実用化や普及に向けては、低軌道衛星ならではの課題も残されている。
1. 多数の衛星が必要になる
低軌道衛星は、1機あたりが地上をカバーできる範囲が狭く、同じ地域から見える時間も短い。
さらに、測位には複数の衛星から同時に信号を受信する必要があるため、継続的にサービスを提供するには、各地域から十分な数の衛星が見えるように多数の衛星を配置する必要がある。
そのため、衛星の量産や打ち上げ、地上設備、運用、故障した衛星の補充などを含め、大規模なシステム構築が必要になる。
2. 衛星の正確な位置と時刻を把握する必要がある
衛星測位では、測位信号を送信する衛星自身の位置と時刻が正確に分かっている必要がある。衛星の軌道や時計に誤差があれば、その情報をもとに位置を計算する利用者側の測位結果にも誤差が生じる。
LEO-PNT衛星の位置や時刻を既存GNSSを利用して決定する方法もあるが、その場合、GNSSが妨害された際にLEO-PNT側も影響を受ける可能性がある。
そのため、既存GNSSに依存せずに衛星の軌道や時刻を決定する技術も重要になる。
3. 周波数や国際調整が必要になる
LEO-PNTで新たな測位信号を送信するには、利用する周波数を確保し、既存の衛星通信や地上通信などに干渉しないよう調整する必要がある。
衛星からの電波は国境を越えて届くため、周波数の利用には国際的な調整や各国での手続きが必要になる。ITUでは、衛星システムについて周波数の国際調整や登録などの手続きが定められている。
周波数の重要性を示す事例として、Rocket Labは2026年6月、衛星通信事業者Iridiumを買収する契約を締結した。買収の目的は衛星通信網や顧客基盤、PNT事業などの獲得にもあるが、Rocket LabはIridiumが使用する世界的に調整済みのL帯周波数も主要な戦略資産として挙げている。
4. 対応する受信機が必要になる
衛星を打ち上げただけでは、LEO-PNTを利用することはできない。
既存のGNSS受信機は、対応する周波数や信号形式が決められているため、LEO-PNTが異なる周波数や信号方式を採用する場合、そのまま利用できるとは限らない。
そのため、スマートフォン、自動車、ドローン、測量機器などに搭載されるアンテナや受信機、半導体などをLEO-PNTに対応させる必要がある。また、低軌道衛星は地上から見ると高速で移動するため、周波数が変化して受信されるドップラーシフトや、利用する衛星が短時間で切り替わることにも対応する必要がある。
LEO-PNTを広く普及させるには、既存GNSSとLEO-PNTの両方を利用できる受信機や半導体を低コストで普及させられるかも重要になる。
LEO-PNTに取り組む主な企業・プロジェクト
2026年7月時点では、米国と欧州を中心にLEO-PNTの軌道上実証が進んでおり、日本でも、JAXAとアークエッジ・スペースが独立性の高いLEO-PNTの検討を進めている。
Xona Space Systems
Xona Space Systemsは、低軌道衛星測位サービス「Pulsar」を開発する米国企業である。
2025年6月には、量産設計に近い初号機「Pulsar-0」を打ち上げた。打ち上げから1年間で、4大陸において350回以上の信号送信パスを実施し、複数の商用受信機による信号追跡や顧客向けの実証を進めている。※7
2026年3月には1億7,000万ドルのシリーズC資金調達を発表し、衛星コンステレーションの展開とカリフォルニア州の新工場における生産拡大を進めている。※8
TrustPoint
TrustPointは、C帯の測位信号を利用する商用LEO-PNTシステムを開発する米国企業である。
2025年6月には、2年間で3機目となる実証衛星「Time Flies」を打ち上げた。同衛星にはC帯の測位ペイロードが搭載され、対応受信機の実証や信号試験に利用されている。※9
同社は、自動運転、重要インフラ、防衛などを主な対象として、既存GNSSを補完または代替できる測位・時刻サービスの構築を目指している。
ESA「Celeste」
欧州宇宙機関は、LEO-PNT実証ミッション「Celeste」を進めている。
Celesteの軌道上実証フェーズでは、11機の衛星による実証コンステレーションを構築し、複数の周波数帯や新しい信号方式を軌道上で検証する計画である。
2026年3月28日には最初の2機が打ち上げられ、同年4月8日にはCeleste IOD-1から初めての測位信号を受信した。ESAは、CelesteをGalileoやEGNOSと組み合わせることで、複数の軌道やシステムを組み合わせた欧州の多層型PNTの実現につなげる方針である。※10
アークエッジ・スペース／JAXA
日本では、アークエッジ・スペースがJAXAから委託を受け、既存GNSSに依存しない「Dedicated LEO-PNT」の技術検討を進めている。
2026年5月には、必要な要素技術、信号設計、受信技術、衛星配置、軌道・時刻決定方法などの検討を完了したと発表した。
既存GNSSに依存せずに衛星の軌道と時刻を決定するため、地上の精密時刻源と衛星間光通信などを組み合わせ、複数の低軌道衛星で時刻情報を共有する構成を検討している。
XonaやTrustPointがすでに複数の実証衛星を軌道へ投入しているのに対し、Dedicated LEO-PNTは、2026年5月に技術検討を完了し、現在はその成果を次の開発段階につなげるフェーズにある。
今後は、実証衛星の開発、周波数の確保、受信機の開発、民間企業との連携をどの程度の速度で進められるかが重要になる。
LEO-PNTはGNSSを置き換えるのか
短期的には、LEO-PNTがGPSやGalileoなどを完全に置き換える可能性は低いと言える。
既存GNSSは、すでに世界規模の衛星、地上設備、受信機、半導体、利用サービスを持つ巨大なインフラである。スマートフォンや自動車を含む膨大な機器が対応しており、LEO-PNTへ一度に置き換えるのは現実的ではない。
そのため、当面は従来型GNSSとLEO-PNTを組み合わせる方式が中心になると考えられる。
通常時はGPS、Galileo、みちびきなどを利用し、都市部や妨害環境ではLEO-PNTを追加する。GNSSが利用できない場合は、LEO-PNTをバックアップとして使用する構成である。
将来的には、次のような複数の技術を統合した「多層型PNT」が形成される可能性がある。
- 中軌道のGNSS
- 低軌道のLEO-PNT
- 携帯電話基地局
- Wi-FiやBluetooth
- 地上測位システム
一つのシステムだけに依存するのではなく、複数の位置・時刻情報を照合しながら利用することで、測位精度と信頼性を高める考え方である。
さいごに
GNSSが停止したときに失われるのは、スマートフォンの地図機能だけではなく、通信、金融、電力、物流なども正確な位置・時刻情報に依存しており、GNSSは社会を支える「見えない基盤」となっている。
LEO-PNTの本質は、強い測位信号を届けることに加え、既存GNSSとは異なる軌道や周波数、運用主体を持つ測位網を構築し、特定システムへの依存を分散できる点にある。
今後はXona Space SystemsやTrustPointなどの民間企業も測位インフラを競うことになる。衛星の量産・運用だけでなく、対応する受信機や半導体まで普及させられるかが重要だ。
LEO-PNTはGNSSを置き換える技術というより、GNSSや地上通信網などを組み合わせ、位置と時刻を失わない多層型PNTを構築するための1つの技術といえる。
宇宙業界では現在、様々な企業が人材を募集している。興味のある方は、業界特化型の転職プラットフォーム「スペジョブ」をチェックしていただきたい。
参考
※1：内閣府「みちびき」用語集
※5：アークエッジ・スペース「Dedicated LEO PNTの検討完了」
※10：ESA「Celeste」
