Language
繁體中文 選取語系. Select Language
關於茂綸  新訊快報  產品資訊  技術支援  茂綸購物網
 [應用教學]
GPS 的基本定位原理
GPS 的定位是利用衛星基本三角定位原理,GPS 接收裝置以測量無線電信號的傳輸時間來量測距離,以距離來判定衛星在太空中的位置,這是一種高軌道與精密定位的觀測方式。假設衛星在11,000英哩高處,測量我們的距離,首先以11,000英哩為半徑,以此衛星為圓心畫一圓,而我們位置正處於球面上。
  再假設第二顆衛星距離我們12,000英哩,而我們正處於這二顆球所交集的圓周上。現在我們再以第三顆衛星做精密定位,假設高度13,000 英哩,我們即可進一步縮小範圍到二點位置上,但其中一點為非我們所在的位置極有可能在太空中的某一點,因此,我們捨棄這一點參考點,選擇另一點為位置參考點。
  如果要獲得更精確的定位,則必定要再測量第四個顆衛星,從基本物理的觀念上來說,以訊號傳輸的時間乘以速度即是我們與衛星的距離,我們將此測得的距離稱為虛擬距離,在 GPS 的測量上,我們測的是無線信號,速度幾乎達18萬6千英哩/Sec的光速,而時間卻短的驚人,甚至只要0.06秒,時間的測量需要二個不同的時錶,一個時錶裝置於衛星上以記錄無線電信號傳送的時間,另一個時錶則裝置在接收器上,用以記錄無線電信號接收的時間,雖然衛星傳送信號至接收器的時間極短,但時間上並不同步,假設衛星與接收器同時發出聲音給我們,我們會聽到二種不同的聲音,這是因為衛星從11,000英哩遠的地方傳來,所以會有延遲的時間,因此,我們可以延遲接收器的時間,從此延遲的時間╳速度,就是接收器到衛星的距離,此即為 GPS 的基本定位原理。

  那麼GPS衛星究竟傳輸那些資料呢?衛星所傳輸的訊號包含有偽亂碼(Pseudo random code)、星曆資料(Ephemeris:英語發音為ee-fem-er-is)及Almanac。

1、偽亂碼(詳細請參見\\\"GPS測距碼的作用\\\")可幫助我們知道衛星訊號是由那一顆衛星所傳輸下來,所以偽亂碼即是一顆衛星的身份證(ID code)。其衛星編碼從1至32。因此我們可從GPS接收機上看到所接收到的衛星編號。但為何超過24個偽亂碼呢?這是因為當有新的替代衛星發射啟用時,可馬上給與這顆替代衛星一個新編號,當真正被淘汰的衛星不能使用時,就取代淘汰的衛星。

2、星曆資料含有衛星是否健康或不健康之資訊、現在日期、時間,這些資料使您的接收機知道現再時間日期其決定您目前的位置。

3、Almanac傳輸軌道資訊告知接收機各衛星所在天空之位置。

  簡單的說GPS時如何運作:每一顆衛星會告訴您使用的接收機三件事,我是第幾號衛星,我現位置在那裏,我什麼時候送這訊息給您。當您的GPS接收機接收到這些資料後會將星曆資料及Almanac存起來使用,這些資料也用做修正GPS接收機上的時間。

  GPS接收機比較每一衛星訊號接收到的時間及本身接收機的時間的不同,而計算出每一衛星道接收機的距離。接收機若在接收到更多衛星時,它可利用三角公式計算出接收機所在位置。三顆衛星可做所謂2D定位(經度及緯度),四顆或更多衛星可做所謂3D定位(經度、緯度及高度)。接收機繼續不段地更新您的位置,所以它可計算出您的移動方向及速度

  另外影響GPS接收機準確度的因素是衛星(satellite geometry),(satellite geometry)是指以接收機為基準,各衛星的相對位置。GPS接收機與它所接收到訊號的衛星所構成的角度,會影響到定位的精準度﹐角度過小﹐或者接收到的衛星太過聚集﹐都會降低定位的精準度。衛星與衛星的角度小時,相對於角度大時,會產生較大的定位誤差。現在以二顆衛星為例說明,請看圖示(Please wait)假設衛星A及B於瞬間不移動,而且假設衛星A沒有受到其它干擾既衛星A提供非常準確的定位資訊,此時假設衛星B啟動SA或受其它干擾造成定位訊號有誤差時,接收機會認為衛星B的位置會是在衛星B1之位置,結果造成CD線段的誤差量,兩衛星的夾角大時CD線段較小,因此定位會較準確。如果這四顆衛星分佈在各不同方向,其定位的準確度會大大提升。若四顆衛星各分佈在東、西、南、北,則此時各衛星訊號交會面會更小,會使定位精度更高,既使有SA也可達100呎或更好的準確度。

  當我們使用GPS接收機於車內、接近於高建物或隆起之高地,這都會造成衛星訊號被阻擋,所接收到的衛星數目減少,當接收機周邊越多阻礙物時,接收機就越難定位。但接收機接受到很多衛星時並不一定更精確,這還與衛星在天空的位置(azimuth and elevation)也會影響其精確度。

  另外會影響其精確度的是叫\\\"多重路徑\\\"。簡單的說多重路徑就是無線電波被障礙物所反射。多重路徑的實例就是以往黑白及彩色電視機利用天線接收時,電視會發生多重影像,現在電視接電纜線再也不會發生這種情況。衛星訊號也會發生訊號受到反射而延遲到達接收機的時間,這會使接收機認為衛星北實際位置更遠,但這誤差不會超過15呎。

其它誤差還有受大氣層的影響含離子層及對流層,內部時鐘誤差。

  常有初學者問買怎樣的GPS接收機最好?這沒有正確的答案,可從下面來討論:首先您要問自己要做何應用?買接收機是要買適合您的應用,如果您有特別需求若是要放在車上,一掌上型的接收機就可使用。若您需要海上或航空使用時就需要含有導航的資訊,此時您需要一更經確的接收機或含有所在地地圖之接收機。若是海上使用您還可能需要可看深度之接收機。

  當您決定所使用之範圍,通常您就可選擇一適當之接收機,而通常都會有好幾種機種及價格。是否選擇高單價機種或額外的付屬套件,端視是否符合您的需求。如果發現有好幾種機種可要求試用是否符合自己所需,有的在操作上一機種較另一機種較容易。
 
 
   
 

其他應用教學
Altera 相關中文書籍 (2006-10-31)
NIOS II 相關書籍 (2006-02-17)
如何將NIOS II 放進UP3 Education Kit (2005-07-06)
MasterBlaster USB Driver Information for Windows XP (2005-05-03)
與 GPS 同步 (2005-05-03)
什麼是GPS ? (2005-05-03)
GPS相關名詞解釋 (2005-05-03)
GPS 在消費性電子產品上的應用 (2005-05-03)
GPS的市場現況 (2005-05-03)
Quartus II軟體使用的三步驟 (2005-02-10)
回上一頁 TOP
茂綸地圖  聯絡我們  網站導覽 
茂綸股份有限公司 版權所有 Copyright © GALAXY FAR EAST CORP All rights reserved.
地址:231 新北市新店區北新路三段207-5號14樓
電話:(02)8913-2200      傳真:(02)8913-2277
網頁最佳瀏覽:1024X768