全球定位系統

全球定位系統（Global Positioning System，GPS）[6]，是一個中距離圓型 軌道衛星定位系統。它可以為地球表面絕大部分地區提供準確的定位和高精度 的時間基準。該系統是透過太空中的 24 顆 GPS 衛星來完成的。最少只需其中

3 顆衛星，就能迅速確定在地球上的位置；所能收接收到的衛星數越多，解碼 出來的位置就越精確。圖 2.5 為一個基本的 GPS 系統搭配車機的系統架構圖：

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圖 2.5 GPS 搭配車機架構圖

（資料來源：http://www.rfid.org.tw/content.php?sn=94）

大部份的 GPS Receiver 都具被有美國國家海洋電子學會（National Marine

Electronics Association，NMEA）所制定的標準規格，其制定了所有航海電子儀 器間的通訊標準，包括了資料的格式及傳輸資料的通訊協定。NMEA 規格有

0180、0182、0183 等三種，NMEA-0183 是架構在 0180 及 0182 的基礎上，增 加 了 GPS Receiver 輸 出 的 內 容 而 完 成 的 。 在 電 子 傳 輸 的 實 體 界 面 上 ，

NMEA-0183 包括了 NMEA-0180 及 NMEA-0182 所定的 RS232 界面格式，而且 又 多 增 加 了 EIA-422 的 工 業 標 準 界 面 ， 在 傳 輸 的 資 料 內 容 方 面 ， 也 比

NMEA-0180 及 NMEA-0182 來得多。目前廣泛使用的 NMEA-0183 的版本為 Ver.

2.01。圖 2.6 表示衛星分布在地球軌道的圖示：

圖 2.6 GPS 衛星分布圖

計算原理：每個太空衛星在運行時，任一時刻都有一個座標值來代表其位 置所在（已知值），接收機所在的位置座標為未知值，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[7]。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座標資料，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 面座標（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。在接收 GPS 訊號時有以下三點要注意的部份：

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座標。

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2. 若在強電波環境下使用，該強電波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座標，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。