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【唐鎮宇專題報導】 GPS(全球衛星定位系統)應用廣泛，但GPS也有失去準頭的時候。為什麼？從GPS衛星發送訊號到地面接收器，距離長達2萬多公里，中間必須穿越對流層、電離層等，還要抵抗太陽輻射或電磁波的干擾，高樓、高山對信號的反射以及軟體設計的好壞等，都會影響GPS定位，進而產生誤差。 淡江大學運輸管理系副教授張勝雄表示，都會區最常見的就是「多路徑傳送誤差」，這是造成GPS誤差最主要原因之一。當GPS信號到達地球還沒有進到接收器前，有時會被高樓等建築物反彈，當接收器收到主要訊號後，可能還會收到延遲的反彈信號，如果反彈信號太強， GPS系統就會錯判位置。 遇高樓、高山反彈 易錯判位置 另外，由於地球是一個赤道直徑大於南北極直徑的「中廣型」稍扁球體，GPS信號傳到地球時，也會因地球的不規則形狀產生誤差。 亞力通訊研發部經理柳明峰指出，GPS信號在傳送途中，還容易受到各種不同磁場的影響。當GPS信號通過地表上方50至500公里處的電離層時，會因電離層中的離子濃度不同，使信號產生不規則延遲效應。而由氫質子、氦離子等構成的太陽輻射，其磁場也會干擾GPS通信。 電離層、太陽輻射 也是干擾源 柳明峰表示，GPS信號是電子信號的一種，當接收器靠近較強電磁波的裝備如基地台、大型電力系統等，會使GPS設備無法搜尋到正確訊號。GPS信號通過對流層時，也會因對流層中水氣、溫度、壓力等不同，產生不同程度的延遲。 不過，因電離層與對流層產生的誤差，可藉數學模式修正。張勝雄認為，這些誤差對一般使用者影響不大，但如用在監測橋樑、地形變化上，這樣的誤差就事關重要，必須透過更大型的GPS衛星追蹤站來接收信號。 監測橋樑、地形 需用大追蹤站 柳明峰表示，在精密測量GPS技術應用中，已可用來觀測電離層、平流層、中氣層等變化，學術界已發表有關地震前電離層變化的論文，未來或許可藉由GPS來預測地震、氣象等訊息。但因大型GPS觀測站密度不足，仍須持續累積記錄才有進一步發展。 只要需要知道「在哪裡」的東西都可以應用GPS，應用及市場能否擴大的關鍵，繫於開發者的創意。----------------------------------------------------------------------------------- 求精準 GPS衛星攜原子鐘測距【唐鎮宇專題報導】 全球衛星定位系統GPS自1983年開放民間使用以來，衍伸出許多應用，很多人以為衛星定位需要很複雜的計算，事實上，它靠的是最基礎的物理數學公式：距離＝速度×時間。 由於電子信號的速度與光速相同，所以公式中的「速度」就以每秒約30萬公里計算。 信號從衛星傳送到地球會有0.06秒的誤差，由於衛星距離地球達2 0200公里，如此會使定位誤差達超過300公里。故時間誤差除了要在訊號中加入「偽亂碼」使兩方時間一致外，還必須要設立非常精準的時鐘，GPS系統多半以「原子鐘」做為時間基準。 原子鐘是以特殊原子的震盪頻率作為測量單位，每顆GPS衛星都會攜帶數個銫原子鐘。由於銫原子鐘每140萬年才會出現1秒誤差，用在 GPS上才能夠確保計算時間正確，定位才不會出現大幅誤差。 各國為了降低對美國GPS系統的依賴，紛紛投入衛星定位系統的發展，目前除了GPS，還有歐洲的Galileo系統、俄國的GLONASS系統與中國的「北斗」系統。 俄國GLONASS系統發展約與GPS同期，但GPS商用市場開始蓬勃之際，俄國正崩解中，也由於GLONASS衛星壽命只有8到10年，比美國GPS 衛星平均15年的壽命短，使俄國維護非常不易。1995年時，GLONASS 系統已無法全球覆蓋，衛星數更是長期處於10顆以下。近1、2年在大陸的支持下，今年才漸漸恢復到20顆衛星，但由於其採用頻率與GPS 不同，加上不穩定因素較多，商用規模一直很小。 歐洲Galileo系統仍在發展中，原先由歐洲民間企業籌辦，後來因財力無法支持，改由歐盟接手，並加入中國、印度、以色列、摩洛哥、沙烏地阿拉伯和烏克蘭等非歐盟國家等。去年經濟部技術局曾針對 Galileo系統舉辦商機說明會，希望透過台法合作會議，讓國內廠商也能參與Galileo系統的發展。目前Galileo系統已發射2顆衛星，預計2013年完成建置。 中國的北斗系統（CNSS）是將用戶需定位之信號，通過衛星轉發至地面控制中心後，由控制中心解算出位置，再藉衛星轉發給使用端，原理與其他系統不太相同。「北斗系統」現今的5顆衛星僅用於中國及周邊地區導航與軍事用途，籌備中「北斗二代」25顆衛星建構完成，就可覆蓋全球。-----------------------------------------------------------------------------------導航、監控、救援都用它【唐鎮宇專題報導】 原先GPS是作為軍事用途，亞力通訊研發部經理柳明峰表示，舉凡飛彈導航定位，部隊位置確認及救援，戰略規劃等，都可透過GPS掌握整體情勢。 開放民用後，GPS最先與地理資訊系統(GIS)結合，除了一般車輛導航定位，運用在計程車與公車等商用車輛上，也可以增進乘車安全與車輛調派管理。若裝在嫌犯車輛，則可以協助警察辦案，甚至可用來管控盜採砂石或病死豬的流向。 GPS技術還可以應用到「人」的身上，日本除了在小孩的書包裝GP S外，還研發在老人用的柺杖中裝GPS，若柺杖倒置超過10分鐘，便會自動透過GPS發射求救信號。韓國今年9月份則開始針對性犯罪者進行 GPS監控，被監控者要在右足踝裝上信號裝置，若靠近校園、被害者的住所或特定場所，就會有專人立即趕赴現場處理。 GPS搭配其他專業資料，除可分析商店最適區位外，還可分析並預防竊盜發生，或少年易滋事的地點等，甚至預測虎頭蜂出沒最頻繁的危險區域。 由於GPS上的原子鐘誤差極小，在時間校正上也有相關應用，除了交通號誌內部的時鐘可以和GPS衛星同步外，還有手錶可發送信號與 GPS衛星聯繫來校對時間。 近年來GPS更進一步結合其他領域，如加上地圖資訊、古蹟導覽、旅遊景點等，可用於教學、導覽或旅遊輔助資訊，甚至可在高爾夫球場上幫助球友分析障礙物距離，記錄每一支球桿在不同的氣候與地形下擊出的距離。 柳明峰透露，目前透過2G、3G與網際網路等管道，載有GPS系統的手機可額外發送年曆、星曆、粗略位置和時間等來輔助衛星定位(A- GPS)，使得GPS在手機上的應用更加普及。 未來其他衛星系統開始營運後，柳明峰認為，台灣在晶片供應、天線製造、成品設計等應會扮演非常重要的角色。原文轉載自【2008-09-28/中國時報/B4版/科學周報】
