GPS系統的架構是什麼.... - 手錶
By Steve
at 2005-03-29T00:00
GPS 系統的架構是什麼....
請問一下他要有哪些東西.....
GPS系統說明 全球定位系統（NAVSTAR GPS，NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System，以下簡稱GPS）原是美國國防部為了軍事定時、定位與導航的目的所發展，希望以衛星導航為基礎的技術可構成主要的無線電導航系統，未來並能滿足下一個世紀的應用。第一顆GPS衛星在1978年發射，首十顆衛星稱為BLOCK I試驗型衛星，從1989年到1993年所發射的衛星稱為BLOCK II/IIA量產型衛星，第二十四顆BLOCK II/IIA衛星在1994年發射後，GPS已達到初步操作能力（Initial Operational Capability，IOC），24顆GPS衛星提供全世界24小時全天候的定位與導航資訊。美國空軍太空司令部於1995年4月27號宣布GPS已達到完整操作能力（Full Operational Capability），將BLOCK I衛星加以汰換而24顆衛星全部為BLOCK II/IIA衛星，之後又發射四顆BLOCK IIA及一顆BLOCK IIR衛星，成功地滿足軍事實務的操作。由於此技術的迅速發展，使得民間應用的需求與日遽增，對於傳統導航方式更有革命性的影響。為了區別一般（民間用途）與受認可（軍事用途）的定位層級，GPS依所得的觀測量精度分成標準定位服務（Standard Positioning Service，SPS）與精密定位服務（Precise Positioning Service，PPS），其間的差異在於導航精度及所依據的電碼不同，SPS預期的絕對精度為平面100公尺，高程156公尺（95％可信水平），所依據的電碼是單頻中的C/A（Coarse Acquisition）電碼；而PPS預期的絕對精度為平面22公尺，高程27.7公尺（95％可信水平），所依據的電碼是雙頻中的P（Precise）電碼。在距地球20180公里的六個軌道上，GPS衛星所發射的訊號型態包括：電碼觀測量（Code）與載波相位觀測量（Carrier phase），其載波為L波段的無線電微波，依頻率又可分成L1（頻率1575.42MHz）、L2（頻率1227.60MHz）兩種。將電碼觀測量與星曆訊息（衛星位置）調制於載波上提供地面接收機量測衛星距離，以距離交會的概念計算相對於衛星的相對距離。L1載波上所調制的電碼觀測量為C/A電碼與P1電碼，而L2載波上只調制P2電碼。對於一般用戶所使用的SPS系統中含有SA（Selective Availability）效應（已於2000/5/1關閉），透過更改廣播星曆與衛星時錶以蓄意降低C/A電碼精度；而在受認可的PPS系統中實施了AS（Anti Spoofing）效應，將P電碼皆鎖碼成Y電碼，一般用戶已無法獲得，為接收機製造廠商仍能以特殊技術（例如Ashtech Z-tracking）取得較高精度的電碼觀測量。GPS系統包含三大主要部分：（1）太空部分（2）地面部分（3）使用者部分。（1）太空部分：包括27顆衛星，其裝備有相當高精確度的銫或銣原子鐘，其精確度可到達3ns（3x10-9秒），精確的測時是相當重要的，因為接收機必須知道信號從衛星上發射到接收機接收所花的時間，藉此精確的時間方可得到從衛星到接收機精確的距離。當可收到四顆衛星時，可做三維空間的定位。（2）地面部分：包括一個主控制站，三個地面天線及五個監視站。五個監視站均勻分佈在全球各地，主控制站位於Colorado Springs。五個監視站中之三個同時亦為地面天線所在。每個監視站均有一個GPS雙頻接收機、標準原子鐘、感測器及資料處理機，且其座標均經過美國國防部製圖局精密測量而得。每個監視站，每天24小時不停地連續追蹤觀測每一顆衛星，並將每1.5秒之虛擬距離觀測量及觀測所得之氣象資料及電離層資料聯合求解得每15分鐘一組之勻化數據，然後將數據再傳送到主控制站，主控制站即統合各監視站之資料並據以計算衛星星曆、衛星時表改正量及電離層改正係數等，並且將所得結果匯集成導航信息先傳遞到地面天線處，再由地面天線傳回到各衛星上，用以更新衛星內之資料。地面天線利用S頻道之無線電波傳送資料到衛星。正常情形下每隔8小時就會傳一次資料回到衛星上。（3）使用者部分：可以是一個手持型或是安裝於載具上的GPS接收機，其裝備之接收機時鐘不如衛星時鐘精確，這是考慮到成本問題，所以在之後所提到的偽距公式中會多出一項接收機時錶誤差。
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