スマートフォンにとって GPS が重要な理由 — そしてどうしてもオーバーホールが必要な理由

スマートフォンを含む最新のテクノロジーのほとんどは、GPS で動作します。しかし、システムは、あなたが思っているよりも障害に対して脆弱である可能性があります。米国には予備の位置情報技術が不足しているため、機能停止や干渉が壊滅的なものになる可能性があります。ロシアはGPS衛星を破壊すると脅しており、最近では GPS 信号の故障によりダラス空港が一時的に閉鎖されました。

ありがたいことに、企業は GPS の保護に乗り出しています。 NextNav は最近、既存の LTE および 5G ネットワークを使用して、GPS のバックアップとして機能する TerraPoiNT と呼ばれる新しい技術を提供する契約を結びました。 「TerraPoiNT の信号は GPS の 100,000 倍以上の強度があり、信号の暗号化により妨害やスプーフィングに対する耐性が向上します」と、NextNav の CEO である Ganesh Pattabiraman 氏は Digital Trends のインタビューで語っています。これは興味深い統計であり、GPS をどのように保護できるか (そして保護すべきか) を垣間見ることができます。

GPS が非常に重要でありながら壊れやすい理由

Apple Watch Ultra と Apple Watch Series 8 の GPS マップ データを iPhone 14 Pro と iPhone SE 2022 に表示。
Apple Watch Ultra と Apple Watch Series 8 の GPS マップ データを iPhone 14 Pro と iPhone SE 2022 に表示。 Andy Boxall/Digital Trends

GPS は、測位、ナビゲーション、タイミング サービス、および携帯電話の位置情報サービスを提供します。その広範な可用性により、電力網から 911 緊急サービス、金融取引に至るまで、業界やインフラストラクチャに不可欠なグローバル ユーティリティとなっています。しかし、パタビラマン氏によると、システムは妨害やスプーフィングなどの干渉に対して「信じられないほど脆弱」です。

OneSDRで無線周波数のブログを運営しているプロの無線技術者であるサム・ブラウン氏はインタビューで、入手が簡単で安価なジャマーを使ってGPS通信受信機を妨害することがよくあると語っています。

「ジャマーは信号の受信を妨害する信号を発し、その結果、GPS 受信機は位置情報を提供できなくなります」と彼は付け加えました。

最近の例では、GPS 信号の問題により、ダラス/フォートワース国際空港でフライトが運航停止になった.問題の原因は謎の干渉源にあると突き止められ、空港は 2 日間閉鎖されました。

早朝のニューアーク空港の写真。
ジョー・マリング/デジタルトレンド

潜在的な外国の干渉は別の問題です。ロシアは、GPS を提供する衛星を破壊できると自慢しています。

「大規模な太陽フレアや商用衛星の損傷などの事件は、私たちが毎日頼っている多くの重要なサービスを潜在的に破壊する可能性があります」とパタビラマンは言いました。 「そのため、米国連邦政府は、PNT の代替技術を実装して GPS の回復力を確保することの重要性を認識しており、その中には、「PNT サービスの責任ある使用を特定し、促進するために官民セクターに働きかける」という大統領令などがあります。

業界団体である GPS Innovation Alliance のエグゼクティブ ディレクター代理である Alex Damato 氏はインタビューで、GPS ソリューションのバックアップに関しては、彼の組織はテクノロジーに中立な姿勢を維持していると述べました。

しかし、GPSIA は、「回復力のある PNT サービスを実現するための最善の戦略は、PNT 機能の多様性を促進するために複数の技術を追求することである」ことに同意していると彼は述べました。また、バックアップ ソリューションが、GPS テクノロジと同等の機能とパフォーマンス レベルを提供でき、政府の命令ではなく、各業界の PNT 要件によって推進されることも不可欠です。

何十年も前からある問題

ロッキード マーチン GPS-III-オン オービット
ロッキード・マーチン

GPS の問題の一部は、冷戦の遺物としての設計に起因しています。 Integrated Roadways の創業者兼 CEO である Tim Sylvester 氏は、インタビューで、GPS は、民間ネットワークが利用できない紛争地域での軍事利用のために設計されました。平和な都市部で歩行者や車両をナビゲートすることを意図したものではありません。

「この設計と使用の不一致は、精度の低さや遅延の高さなど、GPS にいくつかの重大な欠陥があることを意味します」と Sylvester 氏は述べています。これらの課題は、数千マイル離れた衛星からの GPS 信号の産物であり、欠点は修正できない物理学の結果です。」

新世代の自動運転車に関して言えば、GPS には欠点があります。 GPS の精度が低いということは、誰かがどの車線にいるのかを知るために効果的に使用できないことを意味し、これは運転中に大きな問題になります。また、遅延が大きいということは、高速で移動しているときに位置情報が悪化することを意味します。運転するときの大きな問題です、とシルベスターは言いました。 GPS は何千マイルも離れたところから送信されているため、高層ビルがたくさんある都市部では、高層ビルが正確な位置にない衛星をブロックして建物を通り過ぎて送信するため、精度はさらに悪くなります。

次世代の Apple CarPlay インターフェイス。
アップル

「これらの制限は、コネクテッド カーや自動運転車に GPS を使用することと完全に矛盾しています。GPS では、すべての交通量が密集している都市部での高精度、低遅延、信頼性の高い操作が必要です」と Sylvester 氏は述べています。 「新聞がオンライン ニュースに取って代わられたように、GPS は大きな足がかりでしたが、それを乗り越える時が来ました。実際、ほとんどのアプリはすでに GPS を無視しており、Bluetooth などの代替手段を静かに代用していますが、ユーザーが気にかけているのは優れたサービスであり、入手方法ではないため、これは通常ユーザーから隠されています。」

来る自動運転車の波には、より優れた位置情報システムが必要になるかもしれません。 Sylvester 氏は、コネクテッドおよび自動運転車向けの GPS に代わる最も有望な代替手段は APNT と呼ばれると述べました。 PNT は「位置、ナビゲーション、テレメトリー」の略です。誰に尋ねるかによって、「A」は支援、拡張、保証、代替、またはその他の同義語に近い用語を表す場合があります。

APNT は、セル アンテナ、Bluetooth ビーコン、Wi-Fi、または車両のテレメトリを測位、ナビゲート、および受信するためのその他の「代替」手段を含むローカル インフラストラクチャに組み込まれています。

「これらの方法は、過去 15 年間にわたって、スマートフォン コンポーネントとすぐに利用できる通信方法を組み合わせて使用​​されてきました。これらの方法は、マーケット ストリートやタイムズ スクエアを歩き回り、30 ドル未満のサンドイッチを見つけようとする観光客には最適ですが、その場しのぎの性質は、自律性を当てにできないことを意味します」とシルベスター氏は言います。

Integrated Roadways は、APNT 機能を道路に直接組み込む Smart Pavement を開発してきました。これは、高精度の路上センサーを使用し、超低遅延のエッジ ネットワークによってサポートされています。道路に組み込まれ、次世代モビリティの需要に必要な機能を提供する、信頼性、安全性、セキュリティが確保された産業品質のネットワークとしてゼロから設計された、コネクテッドおよび自動運転車に必要な APNT 機能」と Sylvester 氏は述べています。

GPSの後はどこへ行くの?

緊急 SOS 衛星を探している iPhone 14 を持っている人。
アップル

NextNav のシステムは、GPS バックアップとしての唯一のオプションではありません。 ColdQuanta の研究およびセキュリティ ソリューション担当バイス プレジデントである Max Perez 氏は、インタビューで、Quantum Positioning Systems (QPS) には GPS の代替として機能する可能性があると述べました。量子特性は測位システムを強化し、GPS とは異なり、QPS は実行するために外部信号による継続的なキャリブレーションを必要としません。

「QPS は機能するために開始点を知るだけでよく、移動速度、移動時間、移動方向を計算して、現在の位置を特定できます」と Perez 氏は述べています。 「量子測位システム (QPS) は、大幅に改善されたナビゲーション セキュリティを提供するため、世界中で GPS を強化します。 QPS のユース ケースには、航空機、潜水艦、自動運転車などのナビゲーションが含まれます。 GPS に対する QPS の利点には、精度、衛星への依存がないこと、屋内での使用、ハッキングに対する脆弱性が少ないことが含まれます。」

Damato 氏によると、GPS 業界は急速に技術革新を進めており、GPS をより正確で回復力のあるものにするソリューションを開発しています。これらのソリューションには、GPS 受信機、これらの GPS 信号を配信する衛星、および GPS パフォーマンスを追跡および監視する地上管制セグメントが含まれます。

「GPSコンステレーションの大規模な近代化は順調に進んでおり、完了すると、数十の新しい衛星が提供され、精度が大幅に向上し、妨害防止機能が向上します」と彼は付け加えました.