搬送波位相とは？GNSSの観測量の種類と測量士補での意味

GNSS測量で「搬送波位相」という言葉が出てきたとき、何のことかピンとこない人は多いと思います。でも仕組みを知ると、なぜGNSS測量が高精度なのかがよくわかります。

衛星から届く電波には、大きく分けて2つの「使い方」があります。ひとつは電波の「到着時刻」を使う方法、もうひとつは電波の「波の形」を使う方法です。

RTK測量とスタティック測量の違いは？

サイクルスリップとは？GNSSで観測データが突然ずれる原因

ザックリ言うと、GPSの電波の「波の位相そのもの」を使って距離を計測する方法です。波1周（約20cm）単位で精度を出せるため、コード測距の数百〜千倍の精度になります。cm精度の測量を可能にする技術です。

コード測距：到着時刻で距離を求める

衛星は電波に「自分が出た時刻」を乗せて送信しています。受信機はその時刻を受け取り、「今の時刻との差＝電波が届くまでの時間」から距離を計算します。これをコード測距（疑似距離測距）といいます。

コード測距は仕組みがシンプルで、スマホのGPSや単独測位で使われています。ただし精度はm〜数m程度が限界です。電波の「到着時刻」の読み取り精度に限界があるためです。

搬送波位相測距：波の数を数えて距離を求める

一方、搬送波位相測距は電波の波形（搬送波）そのものを使います。

衛星から届く電波は規則的な波形をしています。受信機はこの波の「山と谷」を連続して数え続けることで、衛星との距離を非常に精密に求められます。GPS衛星のL1帯では波長が約19cmなので、コード測距とは比べものにならない精度が出ます。

プールのコースロープに例えると、「端から端まで何メートルか」をロープの波の数で測るイメージです。波1個が約19cmなので、波の数をちゃんと数えれば、数mmの精度で距離がわかります。

これがスタティック測量やRTK測量がmm〜cm級の精度を出せる理由です。

搬送波位相の弱点：整数値バイアス問題

搬送波位相には、コード測距にはない問題があります。

受信機が観測を始めたとき、「衛星から受信機まで波が何周分あるか（整数部分）」がわかりません。波長の「端数の部分」は精密に測れても、「何周分か」という整数の部分が最初は不確定なのです。

この未知の整数を整数値バイアス（アンビギュイティ）といいます。これを正しく決定する処理を「初期化」と呼び、アンビギュイティが確定して初めて精度の高い測量が始まります。

また、観測の途中で衛星からの信号が一時的に途切れると、波の数え方がリセットされてしまいます。これがサイクルスリップです。

試験での出題ポイント

測量士補試験で搬送波位相が問われるときは、主に次の形です。

R4 No.8（令和4年第8問）では「（ア）搬送波位相を用いた干渉測位」で「同一衛星の位相差により（イ）衛星時計誤差が消去」「異なる衛星の位相差により（ウ）受信機時計誤差が消去」という空欄補充が出題されました（正答5）。

R6 No.9（令和6年第9問）では「2周波基線解析により対流圏誤差を軽減できる」が誤り（正しくは電離層誤差）として出題されました（正答5）。搬送波位相の2周波観測で電離層遅延誤差を軽減できる点は頻出知識です。

一問一答

まとめ

今回は搬送波位相について整理しました。

GNSS測量の精度を支えているのは、電波の波形そのものを使う搬送波位相測距です。コード測距が「到着時刻」を使うのに対し、搬送波位相は「波の数」を数えるため、はるかに高い精度が出ます。

ただし観測開始時に整数値バイアス（アンビギュイティ）という未知の整数が生じるため、これを決定する初期化処理が必要になります。そして観測中に波の数え方がずれる現象がサイクルスリップです。

この3つ（搬送波位相・アンビギュイティ・サイクルスリップ）はセットで理解しておくと試験で迷いにくくなります。

整数値バイアス（アンビギュイティ）とは？

サイクルスリップとは？GNSSで観測データが突然ずれる原因