第一章 緒論
第一節 研究背景與動機
全球定位系統（Global Positioning System，簡稱 GPS），是以衛星定位服務為基 礎並應用於使用者的導航定位服務。GPS 是由美國國防部（U.S. Department of Defense）
所開發的定位導航系統，原本用於軍事應用上，為防止敵國利用全球定位系統影響到自 身國家安全，故實施了選擇性效應（Selective Availability，簡稱 SA 效應），該效應 於星曆中加入誤差值以及使衛星時鐘頻產生抖動來降低即時單點定位的精準度。在西元 2000 年後，GPS 產業蓬勃發展，加上差分全球定位系統(DGPS)技術的產生以及軍方已可 在特定時地的情況實施 SA 的因素下，美國政府決定中止 SA 技術，此時導航技術慢慢轉 移到民間商業用途以及科學的研究，現今已廣泛運用於日常可見的汽車、飛機、船等交 通工具導航輔助。
GPS 總共使用了二十四個衛星來組成星座(Constellation)，其分布在六個軌道上 (如圖 1)[11]，每個軌道平均分佈四個衛星，在理想狀況下(亦即在無遮蔽、無建築、無 地形、不受天候情況影響下)，全球 98%地區可接收到四至八個衛星的訊號進行定位服務。
在戶外的情形下，傳統的 GPS 定位服務運作通常會非常良好。但在文獻[1]提及，在室 內或衛星訊號無法到達的地方（即多障礙、遮蔽，及城市峽谷地形），效果則會變得較 差，若使用者位於未滿四顆衛星訊號可到達的地方，系統便無法實施定位服務。
圖 1 GPS 衛星分佈示意圖（林傳傑繪圖）
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文獻[1]中提出了另一定位服務技術，該技術是以手機基地台為主的無線蜂窩定位 系統。目前的無線蜂窩定位技術可分為以下列不同參數計算來求出正確坐標的四種方法：
(1)TOA( Time of Arrival ) 到 達 時 間 、 (2)AOA( Angle of Arrival) 到 達 角 度 、 (3)RSSI(Received Signal Strength Indication)訊號強度、(4) TDOA(Time Difference of Arrival)到達時間差。TOA 定位法利用三個以上的基地台與行動裝置之間的訊號傳播 延遲時間來計算距離，進而算出行動裝置的位置，訊號傳播速度若以光速計(2x108m ～
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(2)可見衛星數量不滿四個的情況。
在考慮上述提過的四種無線蜂窩定位方法優缺點後，我們認為 TOA 方法適合在擁有 第一項特質的城市環境中，因此將 TOA 做為測距與定位的方法。在第二項特質中，文獻 [2]所提之 GPSone 方法是在缺乏衛星的情況下，以基地台與行動裝置間測距所得到的位 置測量值做為補足衛星定位中所缺少的位置測量值，避免計算使用者位置時可能會出現 的問題，我們採用 TOA 定位法以及基地台與衛星混合定位法等兩種方式合作，來解決可 視衛星缺乏區域中觀測值數量缺乏以及精準度不佳的問題，進而提出一混合之定位方法 以降低定位誤差。
第三節 論文架構
本學位論文共分六章節，內容如下：
第一章節為緒論，包含研究背景與動機、研究目的及論文架構；第二章為文獻探討，
將探討 GPS 衛星定位、無線蜂窩定位、基地台與衛星混合定位等相關定位方法之文獻；
第三章為探討如何利用多個基地台來提升精準度；第四章為本學位論文所提出的混合定 位提升方法(Hybrid Positioning Improved Method, HPIM)，HPIM 使用 TOA 定位法實施測 距、並利用基地台與衛星混合定位來得出估計座標；第五章為實驗模擬結果；第六章則 為結論。
4 石英震盪器，定位誤差值為14m，相對頻率穩定度為10-11秒。1974年以後，變成使用銣 原子鐘，定位誤差值為8m，相對頻率穩定度為10-12秒。1977年以後，改採用銫原子鐘，
定位誤差值為2.9m，相對頻率穩定度降為10-13秒。1981年以後，再改採用氫原子鐘，定 位誤差值甚至可降低至1m之內，相對頻率穩定度為10-1４秒。
2. 地面控制站（Control segment）
控制系統包含一座主控制站（Master monitor station）、五座監控站（Monitor station）
及三座地面天線（Ground antenna）。因衛星軌道會受到星體重力、太陽風、輻射塵 等干擾而出現擾動現象，因此地面控制站主要功能為追蹤GPS衛星傳送之訊號，並