单元2讲义全球卫星定位系统970103.doc.doc
文本预览下载声明
單元2講義全球衛星定位系統970103
PAGE 9/ NUMPAGES 9
全球衛星定位系統(GPS)
一、GPS 衛星定位簡介
1.引言
前蘇聯於1957年10月4日發射第一顆人造衛星史波尼克一號(SputnikI),自此宣告人類進入太空時代,對於太空資源的利用,遂成為冷戰時期美蘇兩國競相研究發展的重要課題。1958年美國遂著手研究定位的問題,是為今日GPS衛星定位的肇端。
GPS的發展是源於美國海軍為導航而發展,其後為美國國防部接續該計畫,完成全球性(Global)以衛星為定位(Positioning)工具的系統(System)。經過二十多年國際間的熱烈討論研究,並在美伊「沙漠風暴」展現其在國防上應用的具體成效。GPS系統遂成為舉世注目的焦點。
事實上,就美國國防部發展GPS的計畫,將整個計畫區分成三個階段包括有研發期、試驗期與成熟期。於1993年10月,美國宣佈整個計畫邁入成熟期,開放給民間的運用,GPS的應用得以嘉惠世人???
2.定位的概念
所謂定位有兩種情形,其一為「相對定位」即選定一個參考的系統為標的而以某種型態表示各點間相對關係者。舉例而言,以本局松山專案而言,我們可以描述復興與光復兩個緊急停靠站間的相對關係,即使將整個松山專案搬移到美國去,兩個緊急停靠站間的相對關係仍然保持不變,而以復興緊急停靠站來標定光復緊急停靠站而不問其所在位置為「相對定位」,一般而言在一個封閉獨立的系統(例本處的地籍系統)其定位工作皆是。其二為「絕對定位」即對應全球唯一存在的位置,對全世界而言,其座標為獨一無二的,就前例而言,若將整個松山專案搬移到美國,則兩個緊急停靠站的世界座標(經緯度)將隨之改變,其定位方式必須採用一個絕對的系統(例:TM二度分帶座標系統)來從事。
3.天文定位時代
從中古世紀開始,北歐的航海已經有相當好的基礎,然而,在茫茫大海中,又沒有羅盤的協助,他們是如何導航的?哥侖布橫渡大西洋,雖有羅盤可以協助但又如何確知其航向為最短航距呢?他們所依靠的就是天上不變的星辰。
自古埃及以來,人們即已在天文學上投注了相當大的心血,尤其自從人們開始農耕、丈良土地後,便觀察星辰變化,編製星曆,並以之為指引方向的標的。
所謂天文定位,是假定以地球球心為座標系統的原點,於天體上作一虛擬的球,並與地球成為同心球,將所有的星體投映在該球面上。在定位點上,採用精確的觀測儀器(例:WildT3天文經緯儀)、精確時表,記錄觀測星体的觀測角度,查閱星曆(可由天文台提供),就可以計算觀測點的經緯度與天文方位角。通常為提昇定位的精確度,通常測設一個基準點(通常稱此點為拉普拉斯點或天文點)需要連續一週的夜間天文觀測。不僅費時又需要有相當的專業知識,而且為達觀測良好(觀星必需避開光害)與引測通視,該類點又常被選在遠離都市的山上,交通甚為不便。今日臺灣地區所引測三角點是由聯勤測量隊施行天文觀測與網形平差得來,限於儀器與臺灣省地形限制(影響網形的圖形強度)所得的成果並不理想,精度約1/8000。在GPS未發展成熟前,無論是全國性的土地丈量或大型的工程施作,對於絕對位置的求取自必要忍受此精度的限制,至於離島(如澎湖、綠島)的連測更是困難重重。
4.衛星定位時代
自從1957年蘇聯發射第一顆人造衛星,開啟了人類的太空時代以來,冷戰對峙的美蘇兩國無不競相在太空科技盡力發展,於是太空梭發明了,GPS系統研發成功。當初雷根政府在其「星戰計畫」中就曾提出以GPS為殺手衛星定位,使其能在太空中摧毀蘇聯的洲際飛彈。如今,蘇聯解體、東西德合併,正式結束了冷戰時代,然而,GPS並因其不再擔負國防任務而結束,反而在民間大放異彩。
所謂GPS衛星定位,原名為全球(Global)定位(Positioning)系統(System)。又因其採行衛星(Satellite)定位,又簡稱為SPS。其發展的沿革是由美國海軍為其軍事用途發展衛星為船艦導航使用。其後該計畫為美國國防部接續,設定計畫於1993年10月前於全球上空發射24顆GPS衛星(高度兩萬公里,周期12小時),現今在世界各地無論何時至少可接受到四顆衛星所播送的訊號。衛星定位的原理是航太科技的結晶,其與天文定位類似但並不相同,其計算的基準已知點為衛星的軌道,而衛星的軌道是經由地面追蹤站,按各追蹤所接收的訊號與當地大氣資料施行改正計算後回饋給衛星,作為軌道修正的依據。在地面任一位置,利用接收器接收衛星播送的訊號(透空性至少需有60°)求取衛星至該站虛擬距離,利用「後方交會」原理求取該站座標。為增加精度可採用一次差分(接收四顆衛星訊號消除衛星時錶差)與二次差分(利用兩個接收站消除大氣電離層影響)。
二、GPS系統架構
1.GPS含義:所謂GPS為Global Positioning System的縮寫,其字義如下
G
显示全部