第二章 GPS 全球衛星定位系統分析
2.3 衛星訊號結構
GPS衛星發射訊號，包含有載波與信號兩種頻率，利用衛星內部精密的 振盪器產生10.23MHz 的基頻 ，並採用倍頻的方式產生L1載波與L2載波如 圖2-6。載波L1與L2的頻率分別為：
f0
L1=154 f0=1575.42MHz L2=120 f0=1227.60MHz
同時可藉由這兩種載波調變為兩種虛擬隨機雜訊碼(PRN Cord)，一種為 C/A 碼，長度為 1023 Chips，頻率為 1.023MHz，所以每 1msec 可重複完整 的 C/A 碼。
另一種為 P 碼，則由 X1 長度 15345000 Chips 與 X2 長度 15345037 Chips 所 構 成 ， 頻 率 為 10.23MHz ， 故 P 碼 重 複 一 次 的 時 間 為 267 天 (15345000×15345037/10.23×10E6)，經過調變後的 GPS 載波上主要有 C/A 電 碼、P 電碼及廣播星曆三種訊息，GPS 接收器經由這三種訊息便可計算出目 前所在的位置。
圖 2-6 衛星訊號結構[15]
2.3.1 衛星信號格式
模組每秒更新一次的高精確度輸出可用於需要精確時間測量場合，一般 GPS 誤差小於 10 公尺，使用 RTCM 標準的 Differential GPS(DGPS)誤差小於 5 公尺，RTCM 為一國際性機構，用以制定 GPS 接收器與各種無線電信標台 間的鏈結通信協定標準，包括差分定位廣播協定，本系統未使用 DGPS 協 定，故誤差約為 10 公尺。模組輸出的資料格式分析中，由於 GPS 信號格式 有許多資料，各自的開頭字串皆不相同，其中移動系統選取的是$GPGGA 字 串開頭的資料，所以在這裡將資料格式表示如下：
$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh<
CR><LF>
<1>UTC(Universal Time Coordinated )國際標準時間(也稱為格林威治時 間)-格式固定為 hhmmss。
<2>緯度-格式固定為 ddmm.mmmm(高位元的 0 不會省略)。
<3>緯度南北半球表示：N-北半球或 S-南半球。
<4>經度：格式固定為 dddmm.mmmm(高位元的 0 不會省略)。
<5>經度東西半球表示：E-東半球或 W-西半球。
<6>GPS 指示：0-資料無效，1-GPS 信號(資料有效)，2-DGPS 信號
(資料有效)，6-估測中。
<7>接收到衛星數目 00~12(高位元的 0 不會省略)。
<8>水平精確性 0.5~99.9
<9>天線高度位於高於/低於平均海平面高度-9999.9~99999.9 公尺。
<10>地平面高度-999.9~9999.9 公尺。
<11>DGPS(RTCM SC-104)資料時間，最後有效的 RTCM 傳送至今 所經過的秒數(非 DGPS 則無此欄位)。
<12>DGPS 參考站 ID-0000~1023(高位元的 0 不會省略，非 DGPS 則 無此欄位)。
所以程式首先判斷程式暫存區的簡訊開頭字串是否為$GPGGA，開頭字 串不是$GPGGA表示非移動系統所發出的定位信號，程式將不處理結束處理 副程式，反之程式會顯示國際標準時間、移動系統的所在經緯度、GPS指示 及衛星數目其中的國際標準時間比台灣的本地時間慢8小時，所以處理方式 就是將國際標準時間的小時數加上8後除24取餘數即可，最後舉2個範例說明 程式處理GPS格式的方式：
範例1：有收到GPS 信號情況
訊息：$GPGGA,064046,2501.1254,N,12132.8535,E,1, 07,1.0,40.5,M,17.1,M,,*7E
分析：國際標準時間：06:40:46，本地時間：14:40:46 緯度：2501.1254,N(北半球)
經度：12132.8535,E(東半球)
GPS指示：(1)GPS 信號衛星數目：07 顆
範例2：沒有收到GPS 信號情況
訊息：$GPGGA,060444,2503.6454,N,12138.7213,E,0,00,,,M,,M,,*56 分析：國際標準時間：06: 04:44，本地時間：14: 04:44
緯度：2503.6454,N(北半球) 經度：12138.7213,E(東半球)
GPS 指示：(0)資料無效衛星數目：00 顆
在定位定位量測方法中，有虛擬距離(Pseudorange) 觀測與載波相位 (Carrier phase) 兩種方式。但虛擬距離觀測比較適合即時的定位，因此我們 採用虛擬距離觀測應用於在導航定位上。虛擬距離是利用 GPS 接收器本身 所產生的 GPS 複製電碼和所接收到的衛星訊號電碼相關性而得到時間延遲 (Time Delay) 或時間偏移(Time Shift) 與光速的乘積轉換成距離，由於此距 離受到存在於衛星和 GPS 接收器的時錶差影響，故與實際的距離會有一偏