GPS information-20090610

全球定位系統

全球定位系統（Global Positioning System，通常簡稱GPS）是一個中距離圓型軌道衛星導航系統。它可以為地球表面絕大部分地區（98%）提供準確的定位、測速和高精度的時間標準。系統由美國國防部研製和維護，可滿足位於全球任何地方或近地空間的軍事用戶連續精確的確定三維位置、三維運動和時間的需要。該系統包括太空中的24顆GPS衛星；地面上的1個主控站、3個數據注入站和5個監測站及作為用戶端的GPS接收機。最少只需其中3顆衛星，就能迅速確定用戶端在地球上所處的位置及海拔高度；所能收聯接到的衛星數越多，解碼出來的位置就越精確。
該系統是由美國政府于20世紀70年代開始進行研製於1994年全面建成。使用者只需擁有GPS接收機，無需另外付費。GPS信號分為民用的標準定位服務（SPS，Standard Positioning Service)和軍規的精確定位服務（PPS，Precise Positioning Service)兩類。由於SPS無須任何授權即可任意使用，原本美國因為擔心敵對國家或組織會利用SPS對美國發動攻擊，故在民用訊號中人為地加入誤差以降低其精確度，使其最終定位精確度大概在100米左右；軍規的精度在十米以下。2000年以後，柯林頓政府決定取消對民用訊號的干擾。因此，現在民用GPS也可以達到十米左右的定位精度。
GPS系統擁有如下多種優點：全天候，不受任何天氣的影響；全球覆蓋（高達98%）；三維定速定時高精度；快速、省時、高效率；應用廣泛、多功能；可移動定位；不同於雙星定位系統，使用過程中接收機不需要發出任何信號增加了隱蔽性，提高了其軍事應用效能。

全 球 衛 星 定 位 系 統Global Positioning System,GPS 是由美國政府所發展，整個系統約分成下列三個部份：1.太空衛星部份：由 24 顆繞極衛星所組成，分成六個軌道，運行於約 20200 公里的高空，繞行地球一周約12小時。每個衛星均持續著發射載 有衛星軌道資料及時間的無線電波，提供地球上的各種接收機來應用。2.地面管制部份：這是為了追蹤及控制上述衛星運轉，所設置的地面 管制站，主要工作為負責修正與維護每個衛星能保持正常運轉的各項參 數資料，以確保每個衛星都能提供正確的訊息給使用者接收機來接收。3.使用者接收機：追蹤所有的 GPS衛星，並即時地計算出接收機所在 位置的座標、移動速度及時間，GARMIN GPS 即屬於此部份。

我們一般民間所能擁有及應用的，就是第三部份。計算原理為 ： 每個太空衛星在運行時，任一時刻都有一個座標值來代表其位置所在(已知值)，接收機所在的位置座標為未知值，而太空衛星的訊息在傳送過程中，所需耗費的時間，可經由比對衛星時鐘與接收機內的時鐘計算之，將此時間差值乘以電波傳送速度(一般定為光速)，就可計算出太空衛星與使用者接收機間的距離，如此就可依三角向量關係來列出一個相關的方程式。
一般我們使用的接收機就是依上述原理來計算出所在位置的座標資料，每接收到一顆衛星就可列出一個相關的方程式，因此在至少收到三衛星後，即可計算出平面座標(經緯度)值，收到四顆則加上高程值，五顆以上更可提高準確度，這就是 GPS 的基本定位原理。一般來說，使用者接收機每一秒鐘的座標資料都是最新的，也就是說接收機會自動不斷地接收衛星訊息，並即時地計算其所在位置的座標資料，如此使用者便不需擔心是否接收機顯示的資料太舊或是不準確了。
由於衛星是處在相當高的運行軌道上，其傳送的訊號是相當的微弱，因此它不像一般通訊無線電或大哥大等可在室內使用或收到訊號，在使用時需注意下列事項：1.需在室外及天空開闊度較佳之地方才能使用，否則若大部份之衛星信號被建築物、金屬遮蓋物、濃密樹林等所阻擋，接收機將無法獲得足夠的衛星訊息來計算出所在位置之座標。 2.請勿在具 1.57 GHz 左右之強電波環境下使用，因此環境易將衛星訊號遮蓋掉，造成接收機無法獲得足夠的衛星訊息來計算出所在位置之座標，尤其是高壓電塔下方。3.單純 GPS 所計算出的高程值，並非是我們一般所說的海拔高度及氣壓計量測的飛行高度，原因在於所使用的海平面基準點不同，因此在使用時請務必注意此點。
GPS 的基本應用就是導航與定位，定位方面在上文已描述過，而導航方面就是利用所求出的定位資料來計算。接收機所計算出的任何時刻座標資料，在GPS 裏我們都稱為一個航點(WAYPOINT)，也就是說每個航點所表示的就是一個座標值，比較重要的航點，我們就可以把它儲存在接收機內，並編上一個名字，讓我們可以辨別。 由於在地球表面上的任何位置，都以不同的座標值來表示，因此只要知道兩個不同航點的座標資料，接收機就可馬上計算出兩個航點間的直線距離、相對方位及航行速度，這就是 GPS 接收機導航資料的來源。 例如：目前我們在基隆港，希望往北行駛，第一個目的地是釣魚台，第二個目的地是琉球為終站；從起點至終點，每站就都是一個航點，航點與航點間的行程稱為航段(LEG)，從起點依序經過各點至終點琉球等，整個行程我們稱之為一條航線或是一條路徑(ROUTE)，圖示如下：
(航點)
基隆港
航段
→
(航點)
釣魚台
航段
→
(航點)
琉球
全程稱為：Route
我們只要事先將各點的座標資料(利用地圖或查詢相關資料)輸入GPS 接收機內，我們就可建立許多航點資料，要使用時候將其叫出，利用 GPS 接收機的導航功能做各航段間的導航。而當進行導航時，為使我們的行進方向不致於偏移太多，有些 GPS 提供了航線寬度─ CDI的設定功能，只要我們行進時偏離我們所設定的航線寬度限制，GPS 就會自動提示我們，這就是CDI的作用。由此可知，要利用 GPS 做導航功能，最基本的就是先建立航點的資料，然後儲存在接收機內，如此不管是要做航點與航點間的導航，或是要編輯一條航線，就可直接利用記憶體內的航點資料了，也可以說〞航點〞是GPS 接收機導航功能所需最基本的資料了。