GPS的原理

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       全球卫星定位系统实际上是由24颗卫星所组成，其中有3颗为备用卫星，这些卫星分布于距地表20,200公里的上空，而且分属于6个轨道面；卫星轨道面倾斜角为55度﹐提供全球全天候﹐每秒一次﹐持续不断的定位讯号。这些卫星每11小时58分环绕地球一次，即每天绕过您的头顶二次，就像是月球一样不停地绕着地球旋转，其速度约每秒1.8哩。这些卫星需要地面管制站随时加以监控是否GPS卫星在其正确的轨道上及正常运作，另外监控中心可上传数据给卫星，卫星再将这些信息下传给GPS使用者使用。地面共有五个监控中心，四个上传数据站及一个控制中心，这些控制站以纬度来划分其所控制的卫星。
      在概念上﹐GPS是代表着整个系统﹐包括天空上的卫星、地面控制站及GPS接收机。不过一般而言﹐GPS即意指一个GPS接收机﹐这是因为我们在使用上多半只会接触GPS接收机的缘故。一般所使用之GPS接收机且在任何时刻GPS手机接收到4颗或更多的卫星。

      这里所指的GPS卫星是以美国所发射的以NAVSTAR为主的卫星，这里不讨论苏俄之卫星系统。美国第一颗GPS卫星于1978年发射，此颗卫星大约2000磅17呎宽含有太阳能板，传输功率50W或是更小。每颗卫星预计寿命为十年，替代卫星会一直制造及发射。其所发射之讯号(参见"GPS卫星所传输之信号")在地球上几乎都可接收到。GPS最大的好处是它可使用于任何的天候之下随时定位，让您知道自己的方位。

       那么GPS卫星究竟传输那些数据呢？卫星所传输的讯号包含有伪乱码(Pseudo random code)、星历数据(Ephemeris:英语发音为ee-fem-er-is)及Almanac。

       1、伪乱码可帮助我们知道卫星讯号是由那一颗卫星所传输下来，所以伪乱码即是一颗卫星的身份证(ID code)。其卫星编码从1至32。因此我们可从GPS接收机上看到所接收到的卫星编号。但为何超过24个伪乱码呢？这是因为当有新的替代卫星发射启用时，可马上给与这颗替代卫星一个新编号，当真正被淘汰的卫星不能使用时，就取代淘汰的卫星。

       2、星历数据含有卫星是否健康或不健康之信息、现在日期、时间，这些数据使您的接收机知道现再时间日期其决定您目前的位置。

       3、Almanac传输轨道信息告知接收机各卫星所在天空之位置。

       简单的说GPS时如何运作：每一颗卫星会告诉您使用的接收机三件事，我是第几号卫星，我现位置在那里，我什么时候送这讯息给您。当您的GPS接收机接收到这些数据后会将星历数据及Almanac存起来使用，这些数据也用做修正GPS接收机上的时间。

       GPS接收机比较每一卫星讯号接收到的时间及本身接收机的时间的不同，而计算出每一卫星道接收机的距离。接收机若在接收到更多卫星时，它可利用三角公式计算出接收机所在位置。三颗卫星可做所谓2D定位(经度及纬度)，四颗或更多卫星可做所谓3D定位(经度、纬度及高度)。接收机继续不段地更新您的位置，所以它可计算出您的移动方向及速度(参见"GPS如何决定速度时间及距离")。

        既然GPS接收机有这样的好处，但为使接收机无法达到那么精确，有几样误差因素加入以防您的接收机能定到很准的位置。第一个最大的误差源为Selective Availability (or SA)，它是美国国防部故意加入的误差，使一般民间使用的接收机在95%接收状况最大达100公尺(328呎)的误差，另外5%的接收状况可能在300公尺内的误差。但不是都是时时有100公尺的误差，但至少有30公尺是避免不了的(参见"卫星精确定位及标准精度定位")。到底GPS接收机准确度如何呢？一般民间使用之接收机会提供60呎至225呎的准确 度(参见"GPS的标准精度定位")，另外SA、卫星数目及卫星于天空之位置接有关。而更复杂及昂贵的接收机可接收到一个以上地讯号准确度可达公分级。而一般间使用之接收机可经由差分修正(DGPS，参见"DGPS差分定位")达15呎或更加之准确度。但使用DGPS讯号需付费，一般使用者应考虑成本及使用目地是否需要到如此精准。如做汽车导航您所需要知道的是您的相对位置配合您所使用之电子地图，无需使用到那么高精度之定位。

       为何要有SA存在呢？因当出GPS是为设计给美军使用，但随着系统的演进，一般民间会有各种不同的应用。因此美国总统里根于1980年代宣称将开放一般民间使用，但其准确度无法跟军用之GPS接收机一样，自此SA加入卫星发射讯号中。另一加入SA的目地是避免敌军或恐怖组织使用此一准确度极高的卫星讯号。

       另外影响GPS接收机准确度的因素是卫星(satellite geometry)，(satellite geometry)是指以接收机为基准，各卫星的相对位置。GPS接收机与它所接收到讯号的卫星所构成的角度，会影响到定位的精准度﹐角度过小﹐或者接收到的卫星太过聚集﹐都会降低定位的精准度。卫星与卫星的角度小时，相对于角度大时，会产生较大的定位误差。现在以二颗卫星为例说明，请看图标(Please wait)假设卫星A及B于瞬间不移动，而且假设卫星A没有受到其它干扰既卫星A提供非常准确的定位信息，此时假设卫星B启动SA或受其它干扰造成定位讯号有误差时，接收机会认为卫星B的位置会是在卫星B1之位置，结果造成CD线段的误差量，两卫星的夹角大时CD线段较小，因此定位会较准确。如果这四颗卫星分布在各不同方向，其定位的准确度会大大提升。若四颗卫星各分布在东、西、南、北，则此时各卫星讯号交会面会更小，会使定位精度更高，既使有SA也可达100呎或更好的准确度。

       当我们使用GPS接收机于车内、接近于高建物或隆起之高地，这都会造成卫星讯号被阻挡，所接收到的卫星数目减少，当接收机周边越多阻碍物时，接收机就越难定位。但接收机接受到很多卫星时并不一定更精确，这还与卫星在天空的位置(azimuth and elevation)也会影响其精确度。

       另外会影响其精确度的是叫"多重路径"。简单的说多重路径就是无线电波被障碍物所反射。多重路径的实例就是以往黑白及彩色电视机利用天线接收时，电视会发生多重影像，现在电视接电缆线再也不会发生这种情况。卫星讯号也会发生讯号受到反射而延迟到达接收机的时间，这会使接收机认为卫星北实际位置更远，但这误差不会超过15呎。

       其它误差还有受大气层的影响含离子层及对流层(参见"大气的影响")，内部时钟误差。

       常有初学者问买怎样的GPS接收机最好？这没有正确的答案，可从下面来讨论：首先您要问自己要做何应用？买接收机是要买适合您的应用，如果您有特别需求若是要放在车上，一掌上型的接收机就可使用(参见"登山休闲卫星定位仪采购指南")。若您需要海上或航空使用时就需要含有导航的信息，此时您需要一更经确的接收机或含有所在地地图之接收机。若是海上使用您还可能需要可看深度之接收机。

       当您决定所使用之范围，通常您就可选择一适当之接收机，而通常都会有好几种机种及价格。是否选择高单价机种或额外的付属套件，端视是否符合您的需求。如果发现有好几种机种可要求试用是否符合自己所需，有的在操作上一机种较另一机种较容易。

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GPS选购
     1、买一个GPS，不要把她当收音机，你要谨慎的选择，否则你不会喜欢她的，选购GPS有一些得注意的事项是否可以使用内政部贩卖的地图上所使用的坐标系统，(以虎子山基点投影，TM2二度分带显示)，不然南湖变成中央尖了。中文化的显示及操作，不要小看为什么要中文，好学易用。有航迹图显示及导航功能，航迹图可帮助你确认行经路径，导航可以带领你快速到达。要有电源状态显示，不要小看这个东西，走到半路，没电了，看你有何招数。

      2、可以将数据储存及传送到计算机，你希望能将你登山行径及经验能分享给羡慕你的人。

      3、要有吊带，一个上万元的东西，其内含各精密的仪器和电子组件，拿在手上若不小心滑落了，非本尊分身，吊带可以防止这情形发生。

       4、维修和服务完整，你可曾听过，送修一个产品到国外，轻则3个月，重则半年，选择一个信任的GPS制造厂和维修厂是非常重要的。

GPS配件的选择

       1、外接天线

        你可知道，无线电手机上都有一个天线，天线的目地是要作什么，这是很重要的，人没有了味蕾是尝不出食物的美味，没有了天线，GPS运作为艰，一般所见的GPS都有天线一只，但这个天线都有一些特点，这在一般情况而言不是一件坏事，但如果遇到你的用途不一样时，你会顿然的发现，短的确不好用，因此GPS都能提供外接天线供你使用，外接的天线价位不贵，但又能提升接收的状态，何乐而不为，但你得注意，不要以便宜为考虑，以目前市
        面上所能看到的GPS天线，多为仿制的，其能骗得消费者。但接收常会受其它因素阻饶，不要相信你的GPS有问题，天线更有问题，选择信誉卓著的天线和厂(Garmin)是一大要件。

        2、讯号传输线

         PC是目前使用率最高的数据处理设备，你若欲将GPS内所存放的数据，能够永久的存放于自己的数据库内的话，你便需要这个东西来完成你的目的地。

        3、卫星数据处理软件

        卫星定位完后的数据，利用卫星数据处理软件可以套上其它不同的资料来进行导航，你也可将这数据与地图结合应用。

        使用卫星定位系统的目地，首要目地便是得知现在的位置，那现在的位置如何对应到真实的地点，这个部份就需要地图的协助，那么首先便需要了解你所用的地图。一般的地图均以国家所生产的地图为标准，一般以内政部所贩卖的两万五千分之一及五万分之一地形图为基准，若要更精确的地图那便要与农林航空测量所购买五千分之一相片基本图，然而市面上所卖的旅游图便没有办法从事定位。

        目前所使用的图，所使用的定位方法便牵涉到一坐标体系，由于有了这个坐标体系之后方有目前所广泛使用的坐标系统，目前所使用的有国际所订定的经纬坐标体系，这个坐标通常被拿来做为测量用途，另一种使用的坐标系统而这个坐标系统在民间便称之为TM2(TM二度分带)，在军方便称之为TM6(TM六度分带)，这是一种方格坐标系统，使用的是横麦卡托投影法(TransverseM ercator Projection)一但你决定了所使用的坐标系统之后，此时你所要卫星定位器便要有这个功能方能符合你的需要。

cfd2006

楼主，请问：使用GPS网络要收费吗？比如汽车GPS防盗系统，要交GPS网络使
用费吗？如果要交，向谁交呢？在哪办手续？谢谢！

E-xiaodong

GPS网络使用是免费的，第三方提供商提供的服务是付费的，比如GPS地图的更新服务就有可能是收费的，还有软件提供商也可是收费的。

E-xiaodong

如你所说，汽车GPS防盗系统显然是要花钱买的。

cfd2006

楼主您好：我的意思是比如说我一次性购置了GPS设备和软件，假如设备和软
件不用更新和维护，还要不要每月交什么费用？

E-xiaodong

应该是不用了