GPS定位系統的實現原理詳細分析

我們一般民間所能擁有及應用的，就是第三部份。計算原理為：每個太空衛星在運行時，任一時刻都有一個坐標值來代表其位置所在(已知值)，接收機所在的位置坐標為未知值，而太空衛星的訊息在傳送過程中，所需耗費的時間，可經由比對衛星時鐘與接收機內的時鐘計算之，將此時間差值乘以電波傳送速度(一般定為光速)，就可計算出太空衛星與使用者接收機間的距離，如此就可依三角向量關係來列出一個相關的方程式。

一般我們使用的接收機就是依上述原理來計算出所在位置的坐標數據，每接收到一顆衛星就可列出一個相關的方程式，因此在至少收到三衛星後，即可計算出平面坐標(經緯度)值，收到四顆則加上高程值，五顆以上更可提高準確度，這就是 GPS的基本定位原理。一般來說，使用者接收機每一秒鐘的坐標數據都是最新的，也就是說接收機會自動不斷地接收衛星訊息，並實時地計算其所在位置的坐標數據，如此使用者便不需擔心是否接收機顯示的數據太舊或是不準確了。

由於衛星是處在相當高的運行軌道上，其傳送的訊號是相當的微弱，因此它不像一般通訊無線電或大哥大等可在室內使用或收到訊號，在使用時需注意下列事項：

1.需在室外及天空開闊度較佳之地方才能使用，否則若大部份之衛星信號被建築物、金屬遮蓋物、濃密樹林等所阻擋，接收機將無法獲得足夠的衛星訊息來計算出所在位置之坐標。

2.請勿在具 1.57 GHz 左右之強電波環境下使用，因此環境易將衛星訊號遮蓋掉，造成接收機無法獲得足夠的衛星訊息來計算出所在位置之坐標，尤其是高壓電塔下方。

3.單純 GPS 所計算出的高程值，並非是我們一般所說的海拔高度及氣壓計量測的飛行高度，原因在於所使用的海平面基準點不同，因此在使用時請務必注意此點。

GPS 的基本應用就是導航與定位，定位方面在上文已描述過，而導航方面就是利用所求出的定位數據來計算。接收機所計算出的任何時刻坐標數據，在GPS 裡我們都稱為一個航點(WAYPOINT)，也就是說每個航點所表示的就是一個坐標值，比較重要的航點，我們就可以把它儲存在接收機內，並編上一個名字，讓我們可以辨別。

由於在地球表面上的任何位置，都以不同的坐標值來表示，因此只要知道兩個不同航點的坐標數據，接收機就可馬上計算出兩個航點間的直線距離、相對方位及航行速度，這就是 GPS 接收機導航數據的來源。

例如：目前我們在廣州南沙港，希望往南行駛，第一個目的地是虎門，第二個目的地是香港為終站；從起點至終點，每站就都是一個航點，航點與航點間的行程稱為航段(LEG)，從起點依序經過各點至終點琉球等，整個行程我們稱之為一條航線或是一條路徑(ROUTE)，圖標如下：

(航點)       航段   (航點)     航段   (航點)

廣州南沙港   →     虎門     →    香港

全程稱為：Route

我們只要事先將各點的坐標數據(利用地圖或查詢相關數據)輸入GPS接收機內，我們就可建立許多航點數據，要使用時候將其叫出，利用 GPS接收機的導航功能做各航段間的導航。而當進行導航時，為使我們的行進方向不致於偏移太多，有些 GPS 提供了航線寬度─ CDI的設定功能，只要我們行進時偏離我們所設定的航線寬度限制，GPS 就會自動提示我們，這就是CDI的作用。由此可知，要利用 GPS 做導航功能，最基本的就是先建立航點的數據，然後儲存在接收機內，如此不管是要做航點與航點間的導航，或是要編輯一條航線，就可直接利用內存內的航點數據了，也可以說〞航點〞是GPS 接收機導航功能所需最基本的數據了。

本文來源：網易汽車頻道 責任編輯：王曉易_NE0011