第二章、 科技定位系統與偵查應用
第一節、 GPS 全球定位系統與偵查應用
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第二章、科技定位系統與偵查應用
第一節、GPS 全球定位系統與偵查應用
GPS 全球定位系統，近年來結合智慧型手機與應用程式，已成為普羅大眾 頻繁運用的定位工具，而此技術從軍事用途到開放一般使用，並成為偵查利 器，其發展歷史其實並不算短，在探討GPS 全球定位系統當作為偵查方式之 前，先了解此種技術的發展與原理，可以便於掌握其應用於偵查時，所產生的 刑事訴訟法的意義與可能涉及的權利侵害面向，因此，本節中將扼要的介紹 GPS 全球定位系統的發展歷史與定位原理，進而擴展至此技術的應用層面，並 聚焦在此技術在犯罪偵查所發揮的功能與實際運用的方式。
第一項、GPS 全球定位系統之簡介
第一款、GPS 全球定位系統之發展簡史
GPS 全球定位系統，英文全稱為：「Global Positioning System」正式名稱 為：「NAVigation Satellite with Time and Ranging Global Positioning System」亦稱 為全球衛星定位系統，其發展脈絡與網際網路相似，皆濫觴於軍事部門的需求 而建立；最早的衛星定位系統即GPS 全球定位系統之前身，係美國海軍所建立 之TRANSIT 衛星星系，即經緯儀系統1或子午儀衛星定位系統，此系統透過都 卜勒頻移原理(Doppler Frequency Shift)，由人造衛星發射無線電波傳達至地面 接受台，透過都卜勒頻移量度來推算接收者位置，而接收方如有運動(移動)，
則亦會影響都卜勒偏移量2，其精確度須視接收方及其設備而定3，如接收方為 雙頻率接收器，平均誤差在15~25 公尺；如為單頻率接收器，則平均誤差將擴 大至80~100 公尺，且其定位間隔為 70~100 分鐘4，可見其定位較慢，且對接收 使用者之運動過於敏感5，不利於快速移動者，如飛機等高動態定位，是以經緯 儀系統多於用於航海等低動態定位。
1 關於經緯儀系統之介紹可詳見陳詩經，衛星定位系統，船舶科技，9 期，1992 年 4 月，頁 93
2 GPS 與都卜勒勒偏移量的基礎介紹，參見安守中，GPS 定位原理及應用，全華科技圖書股份 有限公司，初版，2005 年 10 月，頁 2-84 – 2-85；黃正中，漫談全球定位系統，國研科技，7 期，2005 年 07 月，頁 53。
3 黃正中，同前註 2，頁 53。
4 陳詩經，衛星定位系統，船舶科技，9 期，1992 年 4 月，頁 94。
5 黃正中，同前註 2，頁 51。
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嗣後，美國海軍見此系統效果不佳，無法提供較精確的資訊，因此提出 TIMATION 計畫，欲在上開系統經驗的基礎上，建立更精確的全球定位系統(然 仍是二維定位)，同時，因空軍亦有定位需求，提出 NAVSTAR 計畫，此一計畫 基本上與海軍類似，但定位更精準、系統更複雜(為高動態三維定位)，由於同 時開發兩個類似的計畫，不僅疊床架屋，更須付出巨額的開發費用，美國國防 部避免過鉅的計畫費用結合海軍的TIMATION 計畫和空軍的 NAVSTAR 計畫
6，設計一套具即時性、可適用於二度及三度空間的精準定位系統7， 是以，現 代GPS 全球定位系統至此確定，嗣後美國政府因應民間對於 GPS 全球定位系 統的需求，於1984 年宣布開放 GPS 定位系統的部分功能(加入 SA 干擾碼加以 控制，降低定位速度與精準度)，隨著 GPS 定位技術運用的層面越來越廣，終 於在2000 年，美國政府取消 SA 干擾碼的限制，提升現今使用 GPS 定位技術 精準度。
第二款 GPS 全球定位之原理與結組成
本文並非電子、電機類論文，是以，僅簡略介紹GPS 全球定位系統之原理
8與組成，如下：
第一目 定位原理
GPS 全球定位系統之定位於三度空間中，係以三顆衛星以球狀發射無線電 訊號，提供X、Y、Z 三個未知座標之資訊，即透過無線電訊號從衛星傳送至接 收端之傳送時間，推算出衛星與接收端之距離(公式為 d=vt，v= 3 × 108 m/s)，
取得X、Y、Z 座標交集點，然現實上述三維定位模式，其前提是，接收端與三 個衛星時間必須是同步一致的，方能透過衛星發射時間與接收端接收時間之時 間延遲差計算二者距離，此即所謂「同步對時」9，如一個衛星時間與接收端僅 差一毫秒(1/1000 秒)，誤差即可達約三百公里，此誤差即不可忍受10，是以，現 運行之衛星均有配置銣、銫原子鐘各兩個，銫原子鐘誤差為每三十萬年一秒，
6 吳昭興，應用 GPS/GIS 於汽車導航系統設計之研究，國立臺灣大學造船及海洋工程學研究所 碩士論文，2000 年，頁 4。
7 安守中，同前註 2，頁 2-2 – 2-9。
8 安守中，同前註 2，頁 2-7 - 2-9；吳昭興，同前註 6，頁 11-14；詳細的幾何分析，吳國華，
運用視覺偵測可視衛星遮蔽在GPS 定位精準度之改善，國立臺灣科技大學電子工程系碩士論 文，2015 年，頁 7-8。
9 黃正中，同前註 2，頁 52。
10 黃正中，同前註 2，頁 52。
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銣原子鐘則每三萬年一秒11，以同步、精確時間，然而接收器部分，僅能以石 英鐘提供大約時間，況三顆衛星於傳送過程中，均可能形成誤差，此時，即需 要第四顆衛星進行「回歸修正」12，將各個衛星之定位信號所提供之向度，作 增量或減量，並修正接收端使用石英鐘所形成的誤差，有學者稱第四顆衛星是
「整個GPS 定位系統的重點」13，由上述原理可知，整個GPS 全球定位系統的 組成，勢必需要衛星與接收端，事實上，除接收端與衛星外，還需地面控制端 監控衛星於太空的運作情形，方能確保整個GPS 全球定位系統正常運作。
第二目 太空衛星部分
關於GPS 太空衛星，目前共有三代，第一代衛星為 BlockⅠ，亦稱 NAVSTAR(Navigation System with Timing And Range)，於 1978~1985 年間，共 發射11 顆，因該時代太陽能電池技術並未發展完全，電池壽命僅在 3~5 年14， 是以，第一代GPS 衛星 BlockⅠ設計壽命為 4.5 年；第二代 GPS 衛星又有分
Ⅱ、ⅡA、ⅡR、ⅡR-M 與ⅡF 五種，分別有 9、19、12、8 和 12 顆15，全系列 共60 顆衛星，最後一顆第二代衛星 BlockⅡF 於 2016 年 2 月 5 日成功發射，第 二代GPS 衛星除改良太陽能電池外，更增加原子鐘及核子試爆偵測感應器等設 備，增加衛星的使用性；而第三代衛星BlockⅢ目前預計於 2018 年發射16，並 延長其使用年限，希冀至2030 年仍可繼續使用。
GPS 太空衛星須維持共有 24 顆衛星，其中 21 顆為工作衛星，3 顆為備用 衛星，平均分配於距地表約2 萬 200 公里的高空，分布於以赤道 360 度圓周，
每60 度為一軌道的 6 個軌道上，每個軌道有 4 顆衛星，每顆衛星維持 90 度，
以約12 小時(11 小時 58 分)繞行地球一周，上述分部設計，均係為能確保地表 於任何時間、地點均能提供有效的定位，另外，於2000 年前，美軍雖開放 GPS 給予民間使用，惟為確保GPS 不淪為不法用途，加入 SA 干擾降低 GPS 精準 度，嗣後因為鼓勵民用、商業與科學發展，且已發展出新的SA 技術可針對特 定地區予以干擾，是以，取消SA 干擾，大幅提高民用 GPS 的精準度17，一般
11 詹明華、李文章，全球衛星定位系統在犯罪偵防上之應用，刑事科學，第 59 期，2005 年 09 月，頁3。
12 安守中，同前註 2，頁 2-11。
13 安守中，同前註 2，頁 2-11。
14 安守中，同前註 2，頁 1-14。
15 安守中，同前註 2，頁 1-15 – 1-16。
16 可詳見：http://gpsworld.com/gps-iii-satellite-delivery-slips-because-of-capacitor/，最後瀏覽日：
2017 年 12 月 9 日。
17 關於取消 SA 干擾後精準度的國餒研究，詳見羅逢源，“SA”取消後 GPS 的精確度，海運 研究學刊，10 期，2001 年 4 月，頁 23-32。
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定位誤差可達15 公尺以內18，甚至達公分級的水平19。 第三目 地面控制部分
地面控制部分20，係由一個主控制站、六個監控站與四個地面天線所組 成，主要負責追蹤與檢查之任務，詳言之，即追蹤各個衛星的位置、檢查各衛 星是否正常運作：
一、主控制站部分
主控制站，目前僅有一個，位於美國科羅拉多州Schriver 空軍基地，負責 管理所有GPS 衛星、監控站、地面天線與中繼站之資訊，並下載各衛星資訊，
修正誤差再透過地面天線回傳給衛星。
二、監控站部分
監控站，目前共有六個，分布於美國科羅拉多州、夏威夷、南太平洋、大 西洋、印度洋等地，主要是監控各衛星資訊，協助主控制站修正衛星資訊，並 有相應的原子鐘，對衛星進行每天兩次的詳細檢查。
三、地面天線
地面天線係接收、發射信號介面，為避免地面雜訊干擾，其必須於偏遠地 區建置基地，且因衛星於地球上空進行橢圓形運動，為了能隨時監控衛星之動 向，地面天線須於赤道附近等距離分布，每90 度一個地面天線，地面天線基本 上為無人，自動運作，但仍有與監控結合之地面天線。
四、使用者部分
接收者部分，係由訊號接受、訊號傳送及訊號處理等三個部分所構成，訊 息接收部分即由接收天線與接收器所組成，而接收器又分為單頻率與雙頻率兩 種21，如接收方為單頻率接收器，容易受外界因素影響，如傳送路線的電子干 擾、季節氣候等因素，僅能透過修正公式加以處理；如為雙頻率接收器，因具 有兩個信號可組合為特殊的線性組合，能消弭來自電離層等電子性的干擾；傳 送部分，則由接收器內裝載的GSM 行動電話，透過 GSM 基地台傳送 GPS 定
18 安守中，同前註 2，頁 1-9。
19 曾清涼，衛星定位最新發展，地籍測量：中華民國地籍測量學會會刊，19 卷 2 期，2000 年 06 年，頁 13。
20 此部份係參考安守中，同前註 2，頁 1-11 – 1-31；吳昭興，同前註 6，頁 5-9。
21 安守中，同前註 2，頁 2-60–2-61。
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位訊號至另一台行動電話上，是以，在使用GPS 接收器時，須有任一電信公司 的開通SIM 卡，方能發揮傳送運號的功能，最後訊息處理部分，則由訊息解碼 器解讀後，結合電腦內的電子地圖，將定位資訊呈現於使用者面前。
第二項、GPS 全球定位系統之應用
第一款、軍事部分
承前述，GPS 全球定位系統建置之濫觴係軍事需求22，軍事上的應用自無 須多言，有文獻23指出，定位系統應用於現代戰場中，有覆蓋性、即時性、精 準性、安全性與擴充性等特點，而從原先的導航需求，於戰略上作為航母、戰 艦、潛艦和戰機等導航、定位24，延伸至實際戰術運用，如飛彈的精準打擊、
全天候地形偵察、遠距遙攻及無人機遙控，甚至，攔截飛彈等25，突破原先預 設的應用範圍，大幅應用於實戰當中，其中，最著名的即是1991 的波斯灣戰爭
全天候地形偵察、遠距遙攻及無人機遙控，甚至，攔截飛彈等25，突破原先預 設的應用範圍，大幅應用於實戰當中，其中，最著名的即是1991 的波斯灣戰爭