ITパスポート過去問 令和2年度（2020年）問91
IoT機器やスマートフォンなどの端末に搭載されているGPS機能を利用して，この端末が自らの位置情報を得る仕組みとして，適切なものはどれか。
選択肢
- ア：端末の位置情報の通知要求を電波に乗せて人工衛星に送信し，これに対する応答を受信することによって位置情報を得る。
- イ：端末の位置情報の通知要求を電波に乗せて地上の無線基地局に送信し，これに対する応答を受信することによって位置情報を得る。
- ウ：三つ以上の人工衛星が発信している電波を受信して，電波の発信時刻と受信時刻の差などから端末の位置情報を得る。
- エ：三つ以上の地上の無線基地局が発信している電波を受信して，電波の発信時刻と受信時刻の差などから端末の位置情報を得る。
- ア
- イ
- ウ
- エ
正解と解き方・学習ポイント（AI解説）
GPSは、端末が複数の人工衛星から送られてくる電波を受信し、電波の発信時刻と受信時刻の差から各衛星までの距離を計算して位置を求める仕組みです。端末が人工衛星や基地局へ通知要求を送って応答を受け取る方式ではありません。したがって正しいのは「ウ」です。
Point
この問題は、GPS測位が端末からの送信や問い合わせを前提とせず、人工衛星からの信号を受信して到達時間差などから位置を計算する方式である点を理解しているかを確認するものです。あわせて、携帯電話網の基地局を使う位置推定とGPS測位を区別できるかが問われています。
解くために必要な知識
この問題を解くには、GPSがどのように位置を求めるか（人工衛星の信号を受信して計算する）を理解している必要があります。
用語の整理
| 用語 | 意味 |
|---|---|
| GPS（Global Positioning System） | 複数の人工衛星が発信する電波を端末が受信し、端末の位置を測定する衛星測位システムです。 |
| IoT（Internet of Things） | 機器やセンサーなどのモノがネットワークに接続され、データのやり取りを行う仕組みです。 |
| 位置情報 | 緯度・経度・高度などで表される地点の座標データです。 |
| 人工衛星 | 地球の軌道上から測位用の信号（時刻情報など）を送信する衛星です。 |
GPSで位置が求まる基本の考え方
端末が受信する情報
人工衛星は、時刻情報などを含む電波を継続的に発信しています。端末はこれを受信します。
距離の計算（考え方）
電波は一定速度で伝わるため、発信時刻と受信時刻の差から、衛星までの距離を推定します。
- 距離 = 電波の速度 ×（受信時刻 - 発信時刻）
なぜ三つ以上の衛星が必要か
複数の衛星までの距離情報を組み合わせて、端末の位置を計算するためです。試験上は「三つ以上の人工衛星」として扱われます。
他の選択肢に出てくる用語
| 用語 | 意味 |
|---|---|
| 無線基地局 | 携帯電話などが通信するための地上設備です。基地局の電波で位置を推定する方式はありますが、GPSとは別の仕組みです。 |
問題の解法手順
解き方
1. GPSで端末が行うことを確認します
端末は人工衛星が発信している電波を受信し、発信時刻と受信時刻の差などから距離を計算して位置を求めます。
2. 選択肢を2つの観点で確認します
-
電波の向きが「受信」か「送信」か
-
電波の発信元が「人工衛星」か「地上の無線基地局」か
各選択肢の整理
| 選択肢 | 電波の向き | 発信元 | 判定 | 要点 |
|---|---|---|---|---|
| ア | 端末が送信 | 人工衛星 | 誤り | GPSは端末が衛星へ要求を送って応答を受ける方式ではありません。 |
| イ | 端末が送信 | 地上の無線基地局 | 誤り | GPSは基地局との要求応答で位置を求める方式ではありません。 |
| ウ | 端末が受信 | 人工衛星 | 正しい | 人工衛星の電波を受信し、時刻差などから距離を算出して位置を求めます。 |
| エ | 端末が受信 | 地上の無線基地局 | 誤り | 基地局を使う位置推定はあり得ますが、GPSの説明ではありません。 |
選択肢ごとの解説
- ア：不正解
GPSは端末が人工衛星へ通知要求を送信して応答を受ける仕組みではありません。端末は人工衛星からの電波を受信して位置を計算します。
- イ：不正解
地上の無線基地局は携帯電話通信の設備であり、GPSによる測位の説明としては不適切です。また、要求を送信して応答を受ける方式はGPSの仕組みではありません。
- ウ：正解
GPSでは、三つ以上の人工衛星が送信する信号を端末が受信します。信号に含まれる送信時刻と端末での受信時刻の差などから衛星までの距離を推定し、複数衛星との距離関係から端末の位置を計算します。
- エ：不正解
三つ以上の地上の無線基地局を使う方式は存在しますが、GPSは人工衛星の電波を用いる方式なので、GPSの仕組みとしては誤りです。
まとめ
GPSは、端末が複数の人工衛星から送られてくる電波を受信し、電波の発信時刻と受信時刻の差から各衛星までの距離を計算して位置を求める仕組みです。端末が人工衛星や基地局へ通知要求を送って応答を受け取る方式ではありません。したがって正しいのは「ウ」です。
テクノロジ系 > コンピュータシステム > コンピュータ構成要素
GPSは端末が人工衛星へ通知要求を送信して応答を受ける仕組みではありません。端末は人工衛星からの電波を受信して位置を計算します。
地上の無線基地局は携帯電話通信の設備であり、GPSによる測位の説明としては不適切です。また、要求を送信して応答を受ける方式はGPSの仕組みではありません。
GPSでは、三つ以上の人工衛星が送信する信号を端末が受信します。信号に含まれる送信時刻と端末での受信時刻の差などから衛星までの距離を推定し、複数衛星との距離関係から端末の位置を計算します。
三つ以上の地上の無線基地局を使う方式は存在しますが、GPSは人工衛星の電波を用いる方式なので、GPSの仕組みとしては誤りです。