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GPS 環球衛星無線電定位系統簡介

No.38   1996 Mar.   p 38~39,   by 吳尊周 / BV2AP



    寰宇之大,欲知身在何處,總要有一份地圖才能略知方位,而有了地圖也要知道地物、地標,才能進一步獲知方位。在科技進步的今天,利用 G.P.S. 系統,更可獲知詳細的經緯,精確度約達 30~100 公尺。

    G.P.S. 即 Global Positioning System 「環球衛星無線電定位系統」的簡稱,它是利用發射到地球上空約 20180 公里高的六組同步人造衛星軌道 (每組四顆,共二十四顆),發射 1575.42MHz 無線電訊號,檢知訊號的時差而回作精確的全球定位,精確度約達 30~100 公尺誤差的經緯度顯示。

Fig 01

    由於地球本身並非正圓形的球體,其赤道半徑長為 6378.14 公里,而兩極半徑長則為 6356.755 公里,赤道一周長約 40075.04 公里,而光速速度每秒達 299792.458 公里 (定義值)。若將赤道一週分成 360 度,即每 l 度 (1°)=40075.04 公里÷ 360 度 =111.31955 公里;再分成 60 個分,即每 1 分 (1')=111.31955 公里÷ 60 分 =1.8553258 公里;再分成 60 個秒,即每 1 秒 (1")= 1.8553258 公里÷ 60 秒 =30.92 公尺。

    註:1 哩 =1760 碼 x 3 呎 =5280 呎 =1609.35 公尺;1 浬 = 6076.1 呎 = 1.516 哩 = 1852.00 公尺。1 浬 = 1852 公尺,即約略 1 分的距離 (經緯度為 360°,1°=60',1'=60")。

    G.P.S. 上的位置標示可設定為經緯度的度、分、秒,每秒差約 30 公尺,故精確度約 30 公尺。而每分在北緯 25 度時,東西經差約 1.682 公里,南北緯差約 111.2KM,即每秒 = 30.888 公尺 (111.2 公里÷ 60 分 = 1.8533 公里÷ 60 秒 =30.888 公尺)。注意為 60 進位,若定為 10 或 100 進位,得小心換算,以免失誤。

    G.P.S. 衛星於約 2 萬至 2 萬 5 千公里高空,1.8GHz 信號的路徑損失約 180~185dB,以約 700W 功率抵達接收天線,其間若無阻擋,應當都有 0.1-1uV 的信號強度。衛星為恆星同步方式,每天出現差 4 分鐘,詳細軌道資料及信號強度請詳細查閱已輸入 G.P.S. 軌道資料的 IT 程式 (BV2AP 輸入衛星資料的版本)。

Fig 02
一台輕便的 G.P.S. 接收機搭配電腦顯示地圖幕,外接串聯信號輸出介面,亦不可缺。(背景為本文作者)

    G.P.S. 的操作首先得設定內部開機原始參數,包括單位為公制的公里、公尺;經緯度的度、分、秒 (60 進位);本地時間與 UTC 時間差及最重要的地圖製圖投影標準。

    由於各國海圖的基準不同,得選設不同的 DATUM,若為 GPS 可統一設為 WGS84 標準,否則與手上的地圖差誤數公里是很正常的。而因 G.P.S. 讀數為 R.M.S. 平均值,故最好連續數次查驗讀數再作記錄,測量愈多次愈準;依據的衛星數量多也愈準,以五顆同時接收最佳,正常差誤約 30 公尺。(兩伊戰爭後,美國國防部已將精確度降低至 100 公尺左右)

    G.P.S. 的原始使用可找空曠地開機數十分鐘,自動接收記憶衛星軌跡資料,如此可使每次使用的開機 30~90 秒同步讀數加快 (即 Power On 開機至顯示經緯度 30 秒即可,且每 1~3 秒顯示一次)。

    一台好的 G.P.S. 總是希望能夠省電、體積小、重量輕、可同步接收更多顆衛星訊號,在市區使用最好可顯示衛星數量、位置、信號強度,若能配合 ROM 或 PC 顯示地圖幕當然更好,外接串聯信號輸出介面標準,亦不可缺;現在台灣市面上已有多種型式,讀者可自行選購,亦歡迎來信切磋 (台北市 93 號信箱)。 END



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