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GPS全球定位系統簡介

何謂全球定位系統

全球定位系統(Global Positioning System,通常簡稱GPS)是美國國防部研製的一種全天候的,空間基準的導航系統,利用太空中衛星提供定位的功能,可滿足位於全球任何地方或近地空間的精確地確定三點位置和三個方向運動及時間的需要。也就是提供某一地點的經緯度、高度位置及時間,並且不斷的量測,可以掌握該點運動的情形。

美國發展的全球定位系統,組成包括:太空中的24顆GPS衛星(這24顆衛星環繞地球);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。這24個衛星不斷環繞太空,不斷發送其所在位置及時間,提供地面接收機機收訊息與計算位置;地面上主控站、數據注入站及監測站為管理衛星系統使用;而大家所用的就是接收機,接收衛星提供訊息,以計算接收機的位置。

 

全球定位系統運作原理:GPS導航系統的基本原理是測量出已知位置的衛星到用戶接收機之間的距離(訊號傳輸的時間乘以光速就可以知道衛星到接收機的距離),然後綜合多顆衛星的數據就可知道接收機的具體位置。要精確瞭解接收機的位置及時間,至少需要4顆衛星的資料,而這些衛星不斷定期發送資訊,使接收機可以不斷定位瞭解自己的位置。

全球定位系統的用途

  瞭解自己在地球上的位置,在很多地方都有非常大的幫助,但GPS系統僅提供接收機所在經緯度及高度數據,還需搭配其他系統才能發揮其功能,例如僅是知道接收機座標在北緯24度,東經121度和100公尺高,對你決定所在位置並不很好用,你還需要知道你在地圖上的位置。GIS地理資訊系統是存於電腦中的地圖資料庫(Database),結合GIS系統才能知道世界實際的真相。GPS系統在各種領域的運用:

1.  導航地位-車輛、航空及航海

利用GPS系統掌握自己的位置比對地圖、航空圖或海圖,瞭解自己有沒有偏離航道,確保航行的安全。車輛導航系統還有道路指引功能,規劃達到目的地的路徑。

2.  測量與繪圖

傳統大地測量與繪圖,必須使用傳統光學測量器材三角測量十分辛苦,有了GPS幫助,協助定位測量,提高作業的效率。而且只要沿著道路行徑並測量GPS數據,很快完成地圖數位化的作業。

3.  登山定位及山難協尋

登山如果攜帶GPS,再與地圖比對,可以知道自己所在位置,防止登山迷路。登山人員利用無線電通信回報GPS位置,可以快速獲得救援。

4.  科學研究

為了瞭解地層變化的情形,在地面上設置許多定位點,定期量測這些定位點位置的改變,協助地震科學研究。

5.  任務派遣-貨運、救護、消防與警政

將GPS裝在車上,並結合無線電通信系統,不斷將位置回報控制中心,控制中心掌握車輛行進路線與位置,管控貨物運輸,如發生劫案時,快速通報警方車輛位置攔截。如果GPS裝在公車上,候車時可以瞭解公車到站時間,便利大家的生活。

6.  軍事用途

GPS系統是由美國軍方發展出來,一開始用來提供軍事用途,在軍事上可用於車輛、戰機與戰艦導航、飛彈武器系統導引攻擊等,提升軍是作戰的效率。

「作戰迷霧」一直是戰爭過程中所有人關切的問題,大家都想知道我在哪裡?敵人在哪裡?而利用GPS系統可以大幅改善這種情形。因此GPS系統在作戰中重要性已愈顯重要,例如美國陸軍於波灣戰爭時,大約一個連至多配備一部接收機,到了伊拉克戰爭時,地面部隊總共配備10萬具精準型全球衛星定位系統接收器,相當於每個班就有一具,配備那麼多的接收器(還不包括官兵自行採購商用型接收器),在作戰中除提供飛機、船艦與飛彈導航外,其他的用途及幫助如何?

 瞭解自己、友軍及敵軍的位置,並且追蹤其動向,掌握部隊與兵力的發揮。

運輸或後勤部隊利用GPS系統描繪出,作戰地區道路位置,掌握自己行進的方向與地形。

參考資料:

各國全球衛星導航系統的發展

GPS教室 http://www.garmin.com.tw/aboutGPS/index.html