GPS（Global Positioning System）はアメリカが運用する最も歴史が長く普及している衛星測位システムです。予備機を含む約31機の衛星が高度約2万kmで地球を周回しており、全世界で利用可能です。単独測位での精度は3～5mとされており、最も安定性が高いシステムとして広く認識されています。カーナビゲーションシステムでは、GPS衛星から送信される「電波の発信時刻」と「衛星の軌道情報」をもとに、衛星との距離を計算することで自車位置を検知しています。
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GPSの測位には最低4機以上の衛星からの信号受信が必要です。しかし高層ビルが密集する都市部や山間部では、GPS信号が遮断されたり反射（マルチパス）したりすることで精度が低下する課題があります。このような環境では、GPS単独では安定した測位が困難な場合があり、他の衛星システムとの併用が効果的です。
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GLONASS（Global Navigation Satellite System）はロシアが運用する衛星測位システムで、約24機の衛星で構成されています。単独測位での精度は4～7mとされており、特に高緯度地域での測位に優れた性能を発揮します。GLONASSは軌道傾斜角が64.8度とGPSの55度より高く設定されており、この特性により北極圏や南極圏に近い地域での衛星可視性が向上しています。
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カーナビではGPSとGLONASSを組み合わせて使用することで、利用可能な衛星数が7～12機に増加し、測位精度と安定性が大幅に向上します。複数の衛星システムを併用することで、一方のシステムに障害が発生しても他方でカバーできるため、測位が継続しやすくなります。ただしGLONASS併用時はGPS単独時と比較してバッテリー消費が増加する傾向があります。
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Galileo（ガリレオ）は欧州連合（EU）が運用する比較的新しい衛星測位システムで、約30機の衛星から構成されています。最新技術を採用しているため、単独測位での精度は1～3mと他のシステムより優れており、最も高精度なGNSSとして評価されています。Galileoは民間主導で開発された初のグローバル測位システムであり、商業利用を前提とした設計が特徴です。
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Galileoの信号設計は電離層誤差の補正や複数周波数の利用に最適化されており、都市部の複雑な環境でも安定した測位を提供します。カーナビでGPSとGalileoを併用する設定では、衛星数の増加により測位の初期化時間が短縮され、幾何配置（DOP値）の改善により位置精度が向上します。GLONASS同様、Galileo併用時もバッテリー消費は増加しますが、測位精度の向上というメリットが得られます。
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BeiDou（北斗）は中国が開発した衛星測位システムで、2018年から全世界でのサービスを開始しました。最終的には35～40機の衛星から構成される予定で、高度2万1500kmの円軌道に27機、静止軌道に5機、対地同期軌道に3～8機という3種類の軌道を使用する独特な構成です。この多様な軌道配置により、特に中国本土とその周辺地域でより確実で便利な測位を実現しています。
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BeiDouの測位精度は水平・垂直位置ともに誤差10mで、アジア太平洋地域では5mの精度を提供します。センチメートルレベルの高精度測位にも対応しており、自動航行やマッピングなどの高精度タスクをサポートします。さらにBeiDouは衛星経由でショートメールを送信できる機能を持ち、これはグローバルな衛星測位システムの中でも独自の特徴です。多国間のGNSS統合システムにおいて、BeiDouとGPSを併用することでキネマティックPPP（精密単独測位）の精度が向上することが実証されています。
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みちびき（QZSS：Quasi-Zenith Satellite System）は日本が運用する準天頂衛星システムで、現在4機体制でサービスを提供しています。「日本版GPS」と呼ばれることもありますが、地球全体をカバーするGPSとは異なり、日本を中心とした一部地域をカバーする補助的なシステムです。みちびきはGPSとの互換性を持っており、GPSを補強する形で機能します。
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みちびきの最大の特徴は、日本の上空で8の字を描く準天頂軌道を周回する3機と、赤道上の静止軌道に配置する1機という構成です。この特殊な軌道により、常に1機以上の衛星が日本のほぼ真上（仰角70度以上）に位置し、衛星の電波をほぼ遮られることなく受信できます。これにより、山間部や都市部のビル街など従来GPSの電波が届きにくかった環境でも高精度測位が可能になります。みちびきの複数周波受信機を使用することで、電離圏の誤差が解消され、精度数十cmの高精度測位が実現できます。
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各衛星測位システムの精度を比較すると、単独測位ではGalileoが1～3mで最も優れており、次いでGPSの3～5m、GLONASSの4～7mと続きます。BeiDouは全世界で10m、アジア太平洋地域で5mの精度です。しかし実際のカーナビ利用では、単一システムではなく複数のGNSSを組み合わせた「マルチGNSS」が主流となっています。
マルチGNSSでは利用可能な衛星数が大幅に増加し、幾何配置（DOP値）が改善されることで測位精度が向上します。例えばGPS単独では使用衛星数が4～8機ですが、GPS+みちびきでは5～9機、GPS+GLONASSでは7～12機と増加します。衛星数の増加は測位の初期化時間を短縮し、マルチパス誤差や電離圏誤差の低減にも寄与します。また特定の衛星システムに障害が発生した場合でも、他のシステムで補完できるため測位の継続性が高まります。
カーナビゲーションシステムでは、複数の衛星測位システムを効果的に活用することで、より正確で安定した位置情報を得ることができます。最新のカーナビの多くは「みちびき対応」となっており、ビル街や山間部などGPS信号が不安定な環境でも高精度な測位が可能です。みちびきの衛星測位サービスを利用した高精度測位により、「横風注意」「一時停止」などの道路交通標識に連動した案内も実現でき、安全性が向上します。
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複数周波の受信機を使用することで、電離圏の誤差が解消され、精度数十cmの高精度測位が可能になります。これにより走行している車線まで把握でき、車線変更の指示が出せるようになり、次世代の高度道路交通システム（ITS）を支える要となります。将来的にはすべての車両が高精度位置情報を交換し合うことで、自動運転も可能になると期待されています。
衛星測位の精度に影響を与える誤差は大きく3つに分類されます。第一に「衛星に関する誤差」として、衛星の軌道情報による誤差（約4m）と衛星クロック誤差（約2m）があります。第二に「電波伝達に関する誤差」として、電離層遅延誤差と対流圏遅延誤差が存在します。第三に「受信機に関する誤差」として、マルチパス（反射波）による誤差と受信機クロック誤差があります。
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マルチパスは特に都市部で問題となり、電波が建物に反射して複数のルートで伝播することで測位精度を低下させます。高仰角から発信される衛星の電波は反射波が遠くまで届かないためマルチパスが起きにくく、測位に使用する衛星数が多い場合には高仰角の衛星が含まれるため測位誤差を改善できます。また衛星の配置バランス（DOP）も重要で、上空の衛星がまんべんなく配置されていると測位精度が良くなります。これらの誤差を削減するため、マルチGNSSの活用や補正情報の利用が効果的です。
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衛星測位技術は今後さらなる発展が期待されています。2024年には日本のみちびきが7機体制での運用を計画しており、測位精度と可用性のさらなる向上が見込まれます。また中国のBeiDouは2020年までに追加の衛星打ち上げを行い、システムのサービス可用性を引き上げるとしています。利用可能な測位衛星の総数は100機を超える時代に突入しており、マルチGNSSのフル活用により超高精度測位が実現されつつあります。
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自動運転技術の発展において、衛星測位システムは中核的な役割を果たします。高精度測位により車線レベルでの位置把握が可能になり、車両間での位置情報交換により完全自動運転が実現できると考えられています。またロードプライシング（特定エリアや道路への自動課金システム）など、新しい交通管理システムの基盤としても期待されています。センチメートル級の精度を持つ測位技術は、自動航行、マッピング、農業の精密作業など、幅広い分野での応用が進んでいます。
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