このＰＤＦは，ＣＱ出版社発売の「GPSのしくみと応用技術」の一部分の見本です．
内容・購入方法などにつきましては以下のホームページをご覧下さい．
<http://shop.cqpub.co.jp/hanbai/books/45/45451.htm>
GPS のしくみと応用技術

第7章

ノート PC を使った簡易ナビゲーションの試作
衛星モニタ・ツールで受信状態もチェック

本章では，市販の GPS 受信モジュール GPS − 72（ポジション）を使用して，ノート・パソコンにカー・ナビゲーション機能を追加してみます．

写真 7-1 は本試作器を車中に持ち込んで，実際に使用しているところです．写真
7-2 は製作した基板の外観，図 7-1 はノート・パソコンのディスプレイに表示された地図ソフトウェアと移動の軌跡です．
◆ 製作に必要なもの準備する必要があるのは，下記の 2 点です．
（1）地図ソフトウェア： 0 円〜 2 万円
（2）GPS モジュールと周辺部品： 1 万〜 2 万円
地図ソフトウェアは，体験版でよければフリーのものがあります．ここでは，試用期間が 1 か月の「プロアトラス SV3 体験版（アルプス社）」を使います．
安くなってきたとはいえ，カー・ナビゲーションは諸費用込みで数万円以上します．ノート・パソコンを所有していれば，1 万〜 2 万円ほどでログ機能つきのポータブル・ナビゲーションを作ることが可能です．
s 本格的ではないけれど十分な精度
市販のカー・ナビゲーションの現在地表示マークは，ほとんど路線をはみ出すことはありません．これは，GPS 衛星の情報だけに頼らず，地図の道路情報を併用する「マップ・マッチング」という技術を使っているからです．屋内を移動中，GPS の電波が途絶えても，車速パルスや角速度を検出して位置を推測する自律航ノート PC を使った簡易ナビゲーションの試作

第7章

151

リチウム・イオン電池

RS−232−Cケーブル
ケーブル
RS−232−C
ドライバ

銅テープ（グラウンド・プレーン）
GPS モジュール（GPS − 72）

写真 7-2製作した基板の外観

写真 7-1 本器を車に乗せて運転していることろ現在地

これらの点が走行した軌跡図 7-1 ノート・パソ
コンに表示された地図
ソフトウェア法が可能なカー・ナビゲーションもあります．
本章で製作したナビゲーションは，GPS で得られた情報だけを頼りに現在地を表示します．ここで使用した GPS −72 をはじめとする最近の受信機は，感度が高く位置精度が良好なので十分使用することができるでしょう．

152

第7章

ノート PC を使った簡易ナビゲーションの試作

GPS のしくみと応用技術

第8章

GPS モジュールを高精度クロック源として利用する方法
周波数偏差± 0.1 Hz の発振器を評価できる周波数カウンタを製作

GPS 受信モジュールは，安定した高精度な 1 Hz のパルス信号（1PPS 信号）を出力する発振モジュールとしても利用できます．この 1PPS 信号を基準クロックとして取り込み，機器の内部クロックと比較し校正することで，常に製品の内部クロックを高精度に保つことができます．

◆ GPS モジュールは長期安定，超高精度なクロック源第 1 章 Appendix に，高精度高安定の GPS 周波数発生器が紹介されています．表
8-1 は，そこで紹介されている主な周波数発生器の安定度です．TCXO（Temperature Compensated X'tal Oscillator ；温度補償型水晶発振器），OCXO（Oven Controlled X'tal Oscillator ；恒温槽付き水晶発振器）までは，比較的容易に入手可能ですが，周波数精度，安定度が良くなるとそれだけ高価になります．またルビジウム発振器やセシウム発振器は一般的ではありません．
表 8-1（1） GPS モジュールは手軽に得られる超高精度クロック信号源
第 1 章 Appendix の表 1A-1 を引用した
種 類
TCXO
OCXO
Rb（ルビジウム）Cs（ セシウム）GPS制御

1秒
1×10−91×10−11＊
1×10−11＊1日
1×10−7
5×10−101×10−12
1×10−13
5×10−13

経過時間
1か月
5×10−7
5×10−95×10−11
5×10−14
5×10−13

1年
1×10−62×10−85×10−10
5×10−13
5×10−13

10年−−−−5×10−13＊ 使用する水晶発振器の精度によるGPS モジュールを高精度クロック源として利用する方法

第8章

163高精度に周波数を測定するためには，定期的に校正される周波数カウンタが必要です．しかし一般的に高価で，メンテナンス費用もかかります．
一方，GPS の場合，その安定度は 5 × 10 −13 であり，極めて高安定で，かつメンテナンスはまったく不要です．この安定したクロック情報は，1 PPS（Pulse PerSecond）の信号が出力されている GPS モジュールを使えば，簡単に利用できます．
そこで，この 1 PPS を基準クロックとしたユニバーサル・カウンタ（以降，GPSカウンタ）を製作しました．簡単かつ高精度に周波数を測定できるので，個人でもつ周波数標準としても十分に使えます．

8-1

GPS カウンタを作る◆ 周波数と周期を測定できる
図 8-1 に GPS カウンタの全体構成を，表 8-2 に仕様を，写真 8-1 に外観を示します．
GPS モジュールから正確に出力される 1 PPS のパルスを基準信号として利用し，入力信号の周波数をカウントします．カウンタとしてはマイコンに内蔵の 16 ビット・カウンタを使いました．カウンタのオーバー・フロー割り込み回数をカウントすることにより，実質的なカウント数は 48 ビット相当で，周波数表示のけた数が不足することはないでしょう．

SDメモリ
カード
32.768
kHz

18MHz

マイコン
SPI

128×64ドット
グラフィック
表示液晶
モジュール

UART

GPS受信
モジュール

16ビット･カウンタ
1PPS（基準クロック）

キー入力
測定モードの切り替えなど

図 8-1

164

製作する GPS カウンタの構成

第8章

GPS モジュールを高精度クロック源として利用する方法

カウンタ用ロジック

入力GPS のしくみと応用技術

第9章

測位ロガーの製作とGoogle マップの活用法
Google 社地図サーバと通信しながらSD カードに貯めた位置データを表示

本章では移動の軌跡を記録・表示する装置の製作事例を紹介します．SD カードに緯度，経度，高度の情報を保存したあと，Google マップ上に軌跡を描きます．

近ごろでは，GPS 用受信モジュールも廉価に入手できるので，パソコンとワンボード・マイコンとを組み合わせて，簡単に位置情報ロガー・システムを構築できます．本システムを使うと長時間にわたって位置情報を記録できるほか，移動の軌跡をパソコンの地図上に表示できます（図 9-1）．登山やオリエンテーリングのルートの記録や，長距離運送トラックの運行管理に使えます．
10 年以上前に製作した GPS ロガーでは，それほどの位置精度は得られず，川の中を走行しているようなデータが得られることもありました．現在では，どの車線を走行しているのか判別できそうなほどの高精度で位置を表示してくれます．

9-1

製作したシステムの概要◆ 位置情報の取得と保存，表示と解析
図 9-2 に製作したシステムの概要を示します．次に示す二つの情報をもっています．
（1）GPS 受信機による位置情報の取得（2）保存したデータの表示と解析製作した GPS ロガーの外観を写真 9-1 に示します．
Z GPS で位置情報を取得しデータを保存

9-1 製作したシステムの概要

第9章179図 9-1 GPSロガーに記録した走行データをGoogle Map上に表示

衛星からの信号を受信受信した信号から位置情報などを取り出す

GPS外部
アンテナ

位置情報のログをSDカードに保存．
SDカードからパソコンに取り込み，地図上に軌跡を表示

SD
カード
256M
バイト

GPS
受信モジュール

位置情報を記録する
パソコン
マイコン
H8/3069

USB
ホストI C
SL811HST

USBインターフェース

図 9-2 製作したシステムの概要
位置情報の取得と保存，表示と解析を行う

180

第9章

測位ロガーの製作と Google マップの活用法

リモート・センシング用．
携帯電話をつなぐGPS のしくみと応用技術

第10章

現在地と目的地を表示する
誘導システムの製作
ノート PC，補助ディスプレイ
そして GPS モジュールを組み合せて作る

現在地から仮想の目的地への距離と方向を求め，液晶ディスプレイに表示する GPS付き誘導装置を製作します．特に GPS モジュールから得た緯度と経度の情報を平面に誤差なく展開・表示するプログラムについて解説します．計算や表示のためのプ
ログラムは無償で提供されている VisualC# ExpressEdition で開発します．

◆ フォックス・ハンティング・ゲーム機の製作
GPS 受信機は携帯電話に標準で搭載されるようになりました．また，GPS モジ
ュールを内蔵したパソコンもあります．マイコンに接続して使用する TTL レベルの出力や，RS − 232 − C レベルを出力する品種もありますが，パソコンと接続して使用するには USB 接続品が便利です．SSD（Solid State Drive）内蔵のミニ・ノート・パソコンを使用すれば，従来，マイコンでコントロールしていた携帯型のシステムも容易にパソコン・ベースに置き換えられると思います．
本章では，GPS モジュールから得られる現在位置と目標地点までの距離を，パソコンに接続したグラフィック液晶にリアルタイム表示し，その距離データを基に目標地点にたどり着く「フォックス・ハンティング・ゲーム機」の製作事例を紹介します．開発環境は米国マイクロソフト社の VisualC# 2008 ExpressEdition を使用しました．
本製作を通じて次の方法をマスタできます．
（1）USB 接続された GPS モジュールから NMEA − 0183 フォーマットのデータを取得し，現在地の緯度と経度を求める方法（2）2 地点の緯度と経度から測量法に規定された直角座標（平面直角座標）を用い現在地と目的地を表示する誘導システムの製作

第 10 章215

て距離を求める方法（3）USB −パラレル変換モジュールを使用してグラフィック液晶をパソコンと接続し VisualC# からコントロールする方法

10-1

システムの構成

製作したシステムを写真 10-1 に，ブロック図を図 10-1 に示します．使用した部

パソコン画面はふだんは使わない．主に設定などに用いるGPSモジュール
モジュール

グラフィック液晶モジュー
ル．主に移動の軌跡を表示

写真 10-1 フォックス・ハンティング機として利用する GPS モジュールとグラフィック液晶ディスプレイ・モジュールおよびパソコン

216

第 10 章現在地と目的地を表示する誘導システムの製作