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 [應用教學]
什麼是GPS ?
全球衛星定位系統(Global Position System, GPS)為美國國防部開發,利用規模遍及全球的人造衛星之航法系統,由24顆人造衛星所構成,其中包括三顆預備衛星。利用對民間開放的C/A碼標準測法,能得到數十米的精度,為無線電定位法的一種。
衛星定位系統整體運作上可分成三部份:太空部分、地面部分以及訊號部分。

太空部分
目前 GPS 衛星已發展至 Block II 型式的定位衛星, 由Rockwell International 製造,在軌道上重量約 1,900 磅, 太陽能接收板長度約17 呎,預期壽命為7.5年,於 1994年完成第24顆衛星的發射,整個GPS 系統正式宣告建構完成。因此目前太空中有24顆GPS 衛星可供定位運用,它們平均分佈於6個軌道面,每個軌道面上各有 4顆,距離地面高度約10,900海浬 (大約20,000公里), 呈55°角傾斜繞行地球運轉,繞行地球一周需 12 恆星時,每日可繞行地球 2周,這也就是說,不論任何時間,任何地點,包含北極, 南極,至少有 4 顆以上的衛星出現在我們的上空。

訊號部分
GPS衛星產生兩組隨機電碼,一組稱為C/A碼,一組稱為P碼。C/A碼主要開放給民間使用,因此在精度上刻意降低,P碼則是美國國防部保留為其軍事用途的電碼,精度比C/A碼高很多,因此設有密碼,一般民間使用者無法解讀。一般而言,GPS衛星傳送兩種頻率的載波, L1 (Link 1) 載波的頻率為1575.42 MHZ,L2 (Link 2)載波的頻率為1227.60MHZ。

地面部分
地面設施部分主要包含GPS監控站與使用者接收設備兩部份。
監控站
包括一個主要控制站(Master Control Station)、五個監測站(Monitor Station)-分佈於夏威夷、亞森欣島、迪亞哥加西亞、瓜加林島、科羅拉多州、三個地面控制站(Ground Control Station)等。監測站主要負責追蹤所有衛星的運行位置、時間、氣象資料及電離層資料等,將每15秒觀測到所有資料,計算出每15分鐘一組的平滑化數據(Smoothed Data),傳送到主控制站後,由主控制站加以統合,計算出衛星星曆、時錶修正量、電離層改正係數,再轉換成導航訊息,以維護衛星系統的精度與正常運作,此部份由美國國防部負責,使用者無從瞭解也毋需瞭解此部份的技術。
使用者接收設備
主要是一個衛星訊號接收器,依照不同的目的而有不同的定位能力,基本的功能是接收L1載波,分離出C/A電碼,進行最簡單的虛擬距離定位,也是一般車輛定位所使用的機型。其中必須注意的是:GPS衛星產生兩種不同的載波來承載所有電碼與訊息,其中C/A碼僅調置在L1載波上,P碼則分別調置在L1與L2載波上,並區別為P1與P2電碼,但美國軍方目前僅開放C/A碼僅民間使用。而一般間使用之接收機可經由差分修正(DGPS差分定位)達15呎或更加之準確度。但使用DGPS訊號需付費,一般使用者應考量成本及使用目地是否需要到如此精準。如做汽車導航您所需要知道的是您的相對位置配合您所使用之電子地圖,無需使用到那麼高精度之定位。

 
 
   
 

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