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文章  阿俊 2016-04-30 16:10
文:(新萬達)80期會訊

都是說廣告惹的禍,不然怎麼會繞著GPS的題目,再度延申,也可再深入為大家介紹深入我們生活的GPS。
全球定位系統(簡稱GPS)的研究始於60年代,當美、蘇競相發射人造衛星,也發展出利用無波電波長與電波到達的時間,用三角定位法來計算位置,以前的無線電基地台在地面,有什麼比高掛在天空的衛星有更好的涵蓋面積。 美國國防部從1978年開始發射衛星到1993年正式運轉,切期的開發是為了支持軍事,航空上的機能,但到今天卻處處可見GPS的效能,待我細細說來。

GPS的系統可分為三部份:(一)為太空單元,(二)為地面控制站,(三)為使用者接收器。

(一)太空單元指的是太空中的GPS衛星,整套系統共有二十八顆衛星(含正常運轉之二十四顆與備用之四顆衛星)分佈在六個軌道面(見圖一),距離地球二萬公里之上空,以每12小時繞行地球一週,不斷的發射無線電波訊號其壽命大約8~10年,由於衛星的相對於地球的位置不斷變動屬於非定位衛星,衛星的控制與訊號的修正也相對重要,則由地面控制站接手。

(二)地面控制站其中包含一個主控站、三個地面天線及五個監視站,每個監視站均擁有GPS雙頻接收器,原子鐘,感測器與資料處理機,24小時不停的追每一顆衛星,每15分鐘算出平均數據送到主控站來綜合名項數據,每八小時對導航衛星做出軌道修正或是資料調整,衛星的訊號則由我們使用者所持的接收器來使用。

(三)接收器的種類繁多,大致可分為固定式與可攜式,隨著近年來電子產業的發達,GPS接收器也多樣發展更朝縮小化來進行,(見圖二,手表式的接收器),本文也將細細的說明GPS在生活上的運用,基本上皆是由「定位」功能的延伸。 一般來說接收器皆標榜可同時接收12顆衛星,但基於地形障礙最多只能收到10顆左右,其實我們只需要四顆訊號強的衛星即可測得經緯度與高度(俗稱三口),三顆只能求得經緯度,多接收的訊號有什麼用?多的訊號可以提高資料的準確度,另外由於衛星為非定位衛星,訊號的強度會有變化,而接收器的功能在於計算較強的訊號以完成定位資訊,不過因為導航衛星是用虛擬距離量測,所以誤差較大,只能參考。

GPS的用途廣泛,只要是有關地面定位的皆可用GPS來達成:

導航定位:運用於航空、車輛、航海等用途,因為GPS仍有誤差,所以有關單位仍建議使用為輔助系統,目前幾乎所有交通工具已將GPS列為基本配備,但我們仍需避免系統故障時的應變處理。 

軍事用途:本是GPS最初發展的目的,目前更廣泛的用於戰機、航鑑、戰車、軍事人員、飛彈等用途,一般來說軍用的接收器較精準定位,並有防干擾的裝置,1991第一次美國對伊拉克的戰爭,只有20%是用GPS導引的炸彈,而去年的第二次戰爭已有97%的炸彈與飛彈是GPS來導引,精準的打擊軍事目標而非造成民眾的大量傷亡。

資源調查、大地測量、地圖製作:政府在各地建立GPS量測點,經量測點可比對座標變化,傳統的三角測量,耗時且必須有明顯的地標,而GPS的量測完全超越空間障礙,山區、森林的違法違規使用是無所遁形。 

登山定位與山海難救助,這一部份發揮很大的功效,登山出遊最怕迷路,有了GPS隨時可以知道自己的位置,一遇到困難要救助時,搜救人員可以準確定位,目前接收器還把無線電與GPS結合在一起,可以互傳座標。

大眾運輸、消防、貨運、警政:無線電配合GPS,可以將車輛所在地的位置傳回派車中心,以方便調度,(副作用可是再也不能摸魚了)。

確定時間:每個衛星皆配有原子鐘,因為GPS的定位需要準確的時間,接收器所接收到的時間可是比報時台所提供的還要準確。

防盜、防竊:目前大多裝置在車輛上,車輛失竊後會自動以GPRS或GSM傳送訊號,在國外連運送貨幣時也使用,把GPS接收器夾在貨幣中,萬一有什麼狀況,也可以隨時定位。

目前全世界共有二套GPS系統,一套屬於美國,另一套屬於蘇聯,第三套則是由歐洲開發中,目前全世界幾乎是接收美國系統的衛星訊號,訊號是無償使用,每個衛星造價不便宜,以最近發射的第三代系統,每顆是四千伍佰萬美元,無償使用的背後,當然是系統控制,美國有權更改訊號使某些重要據點在必要時經緯度數據會位移。 目前第三代的系統從2003年開始運用,提供更強訊號,再加上P碼(精準碼)的開放,好一點的測量設備已達一公尺內的誤差,而軍用的更可達釐米內,我們民間的接收器較不精細,誤差值在25~50公尺間,對我們而言已足夠了,已在目視的距離了。

GPS的接收器種類繁多,哪一種才是符合每個人的需求?有興趣的人不妨上上下列網站尋找一些答案 www.mobile01.com ,我也介紹一些種類:

(一)隨車內建的衛星導航:價格在五萬至八萬不等,目前各車系皆以GPS為標準配備,好處在於車內螢幕大(與車內音響影音相結合),圖資也大,另外一個重要因素是電子陀螺儀,當收不到訊號時,陀螺儀會依目前行進的方向、速度來推估位置,內建的防盜系統會將不斷的將位置傳回服務中心(這一部份可要付費的),如失竊時車主可透過警方尋獲車輛。

(二)戶外手持式的接收器:價格在一萬五∼五萬間,其中最知名的廠牌是Garmin,Garmin可是台灣之光(MIT產品),在國外初買到其產品,也為品質感到光榮,其大部份的產品皆具防水功能,好一點的防水等級七,可是丟在水中會浮在水面上,30分鐘不進水,另外防震也是一大特色,戶外活動常有碰撞,不能小心,不過Garmin的產品幾乎是單一功能。(最近也有新複合產品)

(三)電子產品(PDA)外加導航功能:這一部份在一萬伍仟元內可購得,好處是可運用本身的電子產品如PDA數位助理加購導航軟體與接收器即可,壞處是產品不耐震不防水,由於多功能,電子產品當機的機會也加大,如果想要大一點的螢幕就把手提電腦搬上車,也可導航,不過固定電腦倒是一種挑戰,價錢不含電腦可在伍仟元內達成。

拉拉雜雜的寫了許多,不知大家對GPS有無初步的認識,隨著電子產品的發展,手機內建GPS功能,老人小孩防護警示器(含GPS),琳瑯滿目的附加功能,讓我們的錢包大為縮水,最後總要問一句,「你GPS了嗎?」




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