測位・測時(PNT)にまつわるいろいろ(3)陸上の測位・航法

前回は「測位・測時」を理解する上で大切なポイントとして、測位と航法について説明した。今回からは、具体的な測位・測時にまつわる話題に入る。そこで、陸・海・空のどこから始めようかと考えたのだが、やはり最初は、最も身近な陸上から始めてみよう。

湾岸戦争の革命はGPS

陸上における測位で基本となるツールは｢地図｣と｢方位磁石｣である。イギリス陸軍やアメリカ陸軍の特殊作戦部隊では、選抜訓練の一環として、山岳地帯をやたらと歩かせるそうだが、そこで使うのも地図と方位磁石である。なにしろ、バッテリは要らないし、故障もしない(方位磁石は、ときどき狂わされることはあるが)。

ただ、その辺は｢軍事とIT｣ではないので措いておくとして。

湾岸戦争(1991年1～3月)のときに、実戦としては初めて、GPS(Global Positioning System)が使われた。湾岸戦争末期の地上戦における主攻は、クウェートの西方を大きく迂回してイラク軍の後方に攻め込むラインだったが、このエリアは大半が砂漠で、測位の目印に使えるような目立つ地形的変化は少ない。

だから測位・航法には難渋しそうなものだが、GPSがあれば現在位置を精確に把握できる。湾岸戦争のとき、イラクの天候はあまり良くなかったというが、それでは太陽や星は頼りにならない。しかし、GPSなら昼夜・天候を問わず、同じレベルの精度を維持できる。

といいたいところだが、1つ落とし穴があった。GPSで精確に位置を出すには、最低3基、できれば4基の衛星から電波を受ける必要がある。そして、その衛星同士があまり近接していると、自己位置と衛星の位置を結ぶ方位線が狭い角度で交差してしまうので、測位精度が落ちる。

つまり、できるだけ離れた位置にある複数の衛星から電波を受けるほうがよいのだが、湾岸戦争の時はまだGPSで使用するナブスター衛星群が出そろっていなかった。だから、時間帯によってはGPSが使えなかったし、使えたとしても測位精度が劣る場面があったかもしれない。

もちろん、今ならそんな問題はない。ただ、あまりにも皆がGPSを活用するようになってしまったので、敵対勢力の側はGPSの妨害という手を真剣に考えるようになった。すると、今度は「GPSに頼らない測位・航法」という課題が出てくる。そして実際、さまざまな研究開発が行われている。

差し障りなく使えるのであれば、GPSは便利だ。なにしろ、緯度・経度だけでなく、高度や時刻の情報もとれる。複数の部隊が連携して行動して、タイミングを合わせて敵に攻撃を仕掛ける、なんて場面では精確な時計が不可欠だが、それもGPSが参考になる。

なお、GPS以外の測位手段としては、慣性航法装置(INS : Inertial Navigation System)が考えられる。艦艇、航空機、宇宙機ではおなじみの測位手段だが、陸戦では意外と使われていないように見受けられる。

おそらく、理由の1つはINSの値段が高いということだ。ジャイロスコープと加速度計とコンピュータを組み合わせたデリケートな機器だから、構造は複雑になり、サイズは大きくなり、値段は高くなる。

しかも陸戦の場合、東西・南北・上下方向の移動だけでなく、車両の揺れという問題もある。加速度計は車両の移動と揺れの両方に起因する加速度を平等に拾ってしまうから、位置を割り出すための計算量が増えて、面倒なことになりそうだ。

といっても、まったく使われていないわけではない。例えば、榴弾砲や迫撃砲と組み合わせて使用する射撃統制装置(同じFCS : Fire Control Systemだが、なぜか陸戦分野では射撃管制ではなく射撃統制という)で、位置標定の手段としてINSを利用している事例はいくつもある。

地図だけに頼ることができない場面がある

市販のカーナビにはマップマッチングという機能があり、地図に載っている道路の情報を援用して補正をかけるようになっている。GPSの測位結果が多少ずれていても、これがあれば道路からは外れない。道路のないところは走らないという前提なら、こういう考え方は十分に有用である。

ところが、戦場になると話がややこしくなる。映画｢ブラックホーク・ダウン｣を見ると、武装勢力の幹部を捕縛しようとしてモガディシュの市内に突入した車両隊が、道に迷って(?)グルグル走り回る場面が出てくる。市街地だと道路網が入り組んでいるので、それだけでも測位・航法は難しい。

しかも、紛争地帯の市街地であれば、道路がクリアーになっているとは限らない。むしろ、そうではないことのほうが日常的だろう。要するに、｢障害物を避ける｣という課題ができるということだ。

地図をベースにする航法では、地図に載っている道は実際に存在していて、使える、という暗黙の前提があるといえる。ところが、市街戦ではそれが通用しない可能性があるから、道の有無に加えて、「目の前に障害物があるかどうか」という要素も関わってくる。ということは、これも測位・航法に関わる要素となる。地図上では通れそうな道があっても、そこが破壊されていたり、障害物で塞がれていたり、といったことは頻繁に起きる。

だから、飛行機や艦船の自動運転と比べると、陸戦、なかんずく車両の自動運転は難しい。「DARPAアーバン・チャレンジ」みたいな無人車両競走イベントに出場した改造車の写真を見れば一目瞭然だが、測位手段と車両を操縦する手段に加えて、周囲の障害物を捜索・把握するためのセンサー群がてんこ盛りになっている様子がわかる。

• 「DARPAアーバン・チャレンジ」出場車におけるシステム・アーキテクチャの例。下のほうに並んでいる灰色の円の並びがセンサー群で、多種多様な情報を取り込まなければ、自動運転のための意思決定ができない様子が見て取れる Image : DARPA

と、ここまで書いたところで気付いたのだが、民生用のカーナビでも似たような話はあった。渋滞回避である。民生用のカーナビだと「最短経路の道は渋滞しているから、別ルートを探す」という動作があるが、これが軍用車輌の自動運転だと「最短経路の道は障害物があったり通れなかったりするから、別ルートを探す」「先行車が動けなくなってしまって道を塞いでいるので、別ルートを探す」といった動作になるわけだ。