北斗衛星ナビゲーションシステム解説：GPSとの違いと独自の強み

中国国家航天局（CNSA）は世界最古でも最大でもない宇宙機関ですが、過去にわずかな国しか成し遂げていない偉業、完全に機能する全球測位衛星システム（GNSS）の確立を目前にしています。

GNSSとは、地球規模で様々な地理空間サービスを提供する衛星測位システムのこと。現時点で運用されているのは、アメリカのGPSとロシアのGLONASSの2システムのみです。

多くの読者がGPS（全地球測位システム）や、やや知名度の低い競合GLONASSについてはご存知でしょう。では「北斗（BeiDou、BDS）」という名はご存知ですか？知らない方のために説明すると、北斗はCNSAが単独で運営する中国初の衛星測位システムです。

この壮大なプロジェクトの構想は、1980年代にアメリカの軍事宇宙技術の進歩への対抗として中国政府によって最初に考案されたとされています。北斗の名は、おおぐま座にある北斗七星（ひしゃく星）に由来します。

GPS、GLONASS、ガリレオ、開発中の他システムと同様、北斗の最終目標は、他のGNSSより高い精度で全球的なサービスを提供することです。

これを達成するため、プロジェクトは慎重に3段階で進行しました。第1段階（北斗1号）は2000年開始、第2段階は2007年、第3最終段階は2015年開始。北斗システムは2020年頃に全球運用を開始する予定です。

簡単に言えば、北斗は中国版GPSですが、現時点では地域規模です。アジアで運用中の第2の地域測位システム（もう1つはインドのNAVIC）であり、順調に進めばGPSやGLONASSと世界規模で競合することになります。

北斗1号と2号：静止軌道から中高度軌道へ

北斗の最初の探査段階は、2000年10月30日の北斗1A打ち上げで幕を開けました。続く北斗1B（2000年12月20日）、北斗1C（2003年5月25日）が打ち上げられ、予備衛星（北斗1D）も後から打ち上げられました。

興味深いことに、北斗1号の全4基は静止軌道（GEO）に配置されました。GPSやGLONASSが中高度軌道（MEO）を使用するのとは対照的です。静止軌道衛星を用いることで、大規模な衛星コンステレーションを必要としませんでしたが、カバー範囲は東経70°〜140°、北緯5°〜55°に限定されました。北斗1号は2012年に完全廃止されました。

2008年当時、北斗1号受信機は約2,929ドル（約2万元）と、GPS端末の約10倍の価格でした。高価な輸入チップが原因でしたが、国内生産開始後は大幅に値下がりしました。

第2段階の北斗2号（COMPASS/コンパス）は2007年に導入され、大幅なアップグレードとなりました。2008年まで軍と政府機関専用でしたが、その後民間・商用にも開放。計19基（うち2基は退役）が展開され、2019年に1基追加予定でした。初期の測位精度25mは、衛星増加で大幅に改善。2011年12月に本格運用開始、2012年末にはアジア太平洋諸国へサービス提供を開始。現在のカバレッジは東経55°〜180°、南北緯55°です。

精度と周波数帯

GPSやガリレオと同様、北斗も民間向け無料サービスと軍事向け制限サービスの2段階を提供。民間サービスは位置精度10m、時計同期精度10ナノ秒。制限サービスは10cm精度と高度なデータ通信機能を持ち、アクセスは中国軍とパキスタン軍に限定されています。測位信号はCDMA（符号分割多元接続）方式を採用。

北斗2号にはE1、E2、E6、E5Bの4周波数帯があり、全てガリレオの帯域と重複しています。この重複は受信機設計の簡素化には役立ちますが、特にE1とE2帯（ガリレオの民間サービス帯域）で深刻な信号干渉を引き起こす懸念があります。

国際電気通信連合（ITU）は「先着順」の原則で周波数権利を管理しており、先に放送を開始した国が優先権を得ます。北斗2号がこれらの帯域で先に送信を開始する可能性が高く、その場合は優先権を獲得できます。

北斗3号：真のグローバルシステムへ

第3段階は2015年3月30日、四川省西昌衛星発射センターからBDS-3衛星の初打ち上げで開始。計35基の衛星を配備予定で、うち19基がすでに軌道投入済みです。

北斗3号は新周波数帯B1C/B1I/B1A（1575.42MHz）、B2a/B2b（1191.795MHz）、B3I/B3Q/B3A（1268.52MHz）、試験用Bs（2492.028MHz）を導入。35基のうち27基がMEO、5基が傾斜静止軌道（IGSO）、3基がGEO衛星です。GPSやGLONASSと同様にSAR（合成開口レーダー）とSBAS（衛星航法補強システム）機能も搭載。

商業的成功と普及

北斗システムは中国で商業的成功を収めています。中国日報によると、2015年には中国航天科工集団やAutoNavi Holdingsなどの民間・国営企業が北斗関連で310億ドル（2,000億元）以上の収益を上げ、2020年には4,000億元に達する見込みです。

2013年以降、中国の多くのスマホメーカーが北斗対応機種を発売。数百万台の商用車、数千隻の漁船（中国）に搭載され、今後さらなる普及が見込まれます。GPSとGLONASSの両対応端末が増えているように、北斗も近い将来標準搭載されるでしょう。

GPSとの違い：独立性と精度

衛星測位システムは国家にとって極めて重要な技術であり、現在の地政学的・経済的状況を考慮すると、中国にとってさらに価値があります。GPSはアメリカ軍の管理下にあり、世界のどの地域でもサービスを停止できるため、多くの国が独自システムを開発しています。

GPSと北斗の違いは主に精度にあります。GPSは31基の衛星コンステレーションですが、完成時の北斗は約35基。2020年までに全面運用開始すれば、GPSより高精度な位置情報サービスを提供する見込みです。

2016年には、北斗が後処理でミリメートル級精度（最精密GPSの10倍）を達成するとの報道もありました。一方、アメリカではWAAS（広域拡張システム）でGPS精度を北米大陸で大幅向上させています。最新のGPS III（第7世代）開発も進行中です。

GPSの垂直精度は水平より劣ることが知られていますが、両成分とも北斗（水平25m、垂直30m）より高精度です。しかし中国航空学報によれば、北斗は水平1cm、垂直3cmの精度を達成可能で、現在の基準ではGPSを大きく上回るとされています。

他の衛星測位システム

ガリレオ: EUの多十億ドルプロジェクト。地政学的理由からヨーロッパ諸国に高精度・独立した測位システムを提供するために開始。全26基のコンステレーションに今後10年で6基追加予定。

NAVIC（IRNSS）: インドの自律測位システム。4基のコンステレーション（さらに3基予定）。ISROが独立開発・運用。公開サービス10m、制限サービス10cm精度。即座の全球サービス提供計画はなし。

QZSS（準天頂衛星システム）: 日本のGPS互換拡張システム。日本と周辺地域でGPSの精度・信頼性を向上。現在4基、2023年までに7基へ拡大予定。3基が高傾斜静止軌道（約120°間隔）にあり、独自の非対称軌道（アナレンマ）で日本上空に常時存在。信号はGPS（L1C/A、L1C、L2C）と同一で連携容易。

GPSに完全依存せず経済・政治的ニーズを満たせる時代が近づいています。今後、中国の北斗がアメリカ、ロシア、ヨーロッパのシステムとどう競合するか、非常に興味深い展開が予想されます。