全球定位衛星系統 老師：劉文雄
全球定位系統（GPS） 前身為「海軍導航衛星系統」，該系統使得研發部門對衛星定位取得了初步的經驗，並驗證了由衛星系統進行定位的可行性，為GPS系統的研製埋下了鋪墊。 目前擁有24顆GPS衛星，最少只需其中4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。
在測試架上的GPS衛星，圖片來自維基百科 位於軌道中的GPS衛星，圖片來自NASA
GPS架構分為三大部份 太空部份 傳送用戶端所需導航資料 監控站 GPS 主控中心 地面天線傳回資訊 --- 關島 --- 夏威夷 --- 阿拉斯加 --- 溫登堡空軍基地 --- 加州 GPS 主控中心 地面天線傳回資訊
GPS的六大特點 全天候，不受任何天氣的影響 全球覆蓋（高達98%） 三維定點定速定時高精度 快速、省時、高效率 應用廣泛、多功能 可移動定位
影響GPS訊號接收之因素 全球定位衛星GPS因為其接收方便，定位精確度高，目前已被廣泛使用於導航及測量等方面。影響GPS接收訊號的因素而造成誤差，其來源可以歸納成三個方面。 選擇性使用 多路徑效應 週波差
選擇性使用 Selective Availability 美國國防部執行，這個功能可以設定將衛星訊號辨識的抽樣錯誤率提高，導致地形地物的精確度降低到100公尺以上，以避免作為巡弋飛彈的精確導引之用。 前美國柯林頓總統在2000年5月1日宣布全面解除GPS衛星訊號的「選擇性干擾」
多路徑效應 Multi-path effect GPS接收機於車內、接近於高建物或隆起之高地，皆造成衛星訊號阻擋 接收到的衛星數目減少，接收機周邊越多阻礙物時，接收機就越難定位。
週波差 Cycle slips 衛星訊號傳送過程中，因外界干擾導致訊號中斷，因而無法持續作相位追蹤。此時，整數週波值將會產生不連續的現象，影響相位觀測測距 。 經由解出並補足其不連續的整數週波值，或以相位差方式消除其影響。
GPS之導航定位基本原理 GPS之原理，是以衛星為已知控制(參考)點來進行地面上的三角交會測量，並增加一些技術細節的設計，使得測距的處理更簡易且準確。 GPS衛星離地面距離的量測可透過二種方式計算 虛擬距離量測 載波相位量測
虛擬距離量測 GPS衛星其上之振盪器產生之頻率藉由無線電波以光速傳送到地面，接收器接收到GPS衛星的訊號後往前推，即可比對出相同的訊號為多久前產生 。 時間差與光速的相乘積即為GPS衛星與地面接收器間的距離，亦稱虛擬距離。
載波相位量測 利用載波相位量測GPS衛星離地面的距離，其原理亦同虛擬距離之量測，亦即GPS衛星本身廣播之載波相對位置與接收器所產生之相對位置間的差值，此差值與載波波長之相乘積即得距離量。
地球質量中心
X Z Y P N b a λ Ψ
台灣地區GPS接收狀況 全球定位衛星軌道分布與傾角，對於地球上的任何一個經緯度不同的區域，在不同時間下接收到全球定位衛星訊號的可用性有相當大的差異，但在飛航條件下，各地區進行研發區域擴增系統。 課本7-17頁~7~25頁的圖顯示可用性結果
GPS的應用 美國ITA 一九九八年全球GPS在各類產品銷售依序為汽車衛星導航系統、消費性產品、位置定位、追蹤、原廠委託代工、航空、軍事 。 前四大項與一般大眾日常生活有關，佔了83.4％，到西元二00三年更高達89.1％。
全民GPS時代 CASIO Pathfinder PAT1GP-1 GARMIN NavTalk