在 ISO 9000（CNS 12680）品質管理及品質保證標準，對於檢驗、量測及試 驗設備（包括測試軟體）強調應予管制、校正及維護。檢驗、量測及試驗設備應 在確保已知其量測不確定度，且與所需量測能力相一致時方可使用【經濟部，
1996】，另量測設備應符合預期使用所要求的計量特性（如準確度、穩定性、範 圍及解析力），在 ISO/IEC 17025 也敘述實驗室報告應包含校正及測試結果的不
確定度【ISO, 1996】 J。
全球定位系統已是大地測量主要的定位測量方法之一，且已普遍應用於工程 測量、地籍測量、汽車導航、地殼監測以及地體動力學等領域。然而為了確保各 型 GPS 接收儀觀測定位結果能否符合原預期定位準確度，應用高準確度校正網，
並追溯連繫至國際 IGS 固定站 ITRF 坐標系，依校正程序，對 GPS 接收儀進行 評估，應是有效的方法之一。因此，建置 GPS 定位校正系統，具備衛星定位儀 校正能量及提供相關校正
5-1 系統簡介
GPS 定位超短基線校正場及 GPS 定位短基線校正場，用以提供基線標準距 離及各校正基點 IERS 地面參考框架（IERS Terrestrial Reference Frame, ITRF）坐 標，作為校正之主要依據【量測中心，2002a】。而基線標準距離及校正基點 ITRF 坐標係由測距單元及 GPS 定位單元評定，茲分別說明如下：
(1) GPS 定位超短基線校正場座落於工業技術研究院量測技術發展中心 16 館頂 樓，校正場係由兩個全天候觀測的 IGS 固定基站 TNML 及 TCMS（基樁設置 型式如圖 5-1），及五個校正基點 NML3&4&5&6&7（基樁設置型式如圖 5-2）
組合而成，其相關位置如圖 5-3 所示。而各基樁頂面皆安裝可旋轉式強制定 心基座，以利旋轉天線盤及整置儀器，減少人為定心誤差。
(2) GPS 定位短基線校正場係由一個固定基站 TNML 及三個校正基點所組成。整 個網形橫跨新竹市區，各校正基點選擇在穩固且不易受破壞的位置埋設鋼 架，頂面裝置強制定心基座，以利整置儀器進行連續觀測，基線網分布示意 如圖 5-4。
，而常用計量學術語請參考附錄
服務確實是相當重要的課題。
(3) 電子 並輔以 精密溫濕計及壓力計，在實際作業，以測線兩端氣象平均值，進行大氣折射 率改正 基線距離擴充不確定度U = [(0.3 mm)2 + (1.1 × 10-6
× D) ] ，D係距離【量測中心，2000】。
測距單元包括精密電子測距儀Mekometer ME5000 及反射稜鏡，
，在 95%信賴水準， S
2 1/2
圖 5-1 固定基站基樁設置型式
圖5-2 校正基點NML3&4&5基樁設置型式
圖 5-3 超短基線校正場平面示意圖
圖 5-4 短基線校正場平面示意圖
(4) GPS定位單元包括：（1）精密衛星定位儀AOA BenchMark，定位準確度 2 mm + 0.002 × 10-6 × D；（2）衛星定位儀Leica RS500，定位準確度 3 mm + 0.5 × 10-6
× D；（3）Ashtech Z-Surveyor，定位準確度 5 mm + 1 × 10-6 × D，D係距離【GPS World, 2003】，及抗多路徑效應的環型天線盤，並輔以精密的氣象設備 MET3A，自動記錄溫度、濕度及氣壓，藉以提高GPS定位之精度【量測中心，
2001b】。另外 TF，為IGS固定
站，作為本校正系統參考站。
，由國家時間與頻率標準實驗室建立固定站TW
5-2 量測系統追溯圖
GPS 接收儀定位係參考瞬間時刻下已知衛星坐標，計算衛星至接收儀之距 離後，在空間交會解得。其中，衛星至接收儀之距離，可由時間偏移量得虛擬距 離，或由載波相位未定值，計算載波傳送所經過的距離，而衛星坐標可經由 GPS 衛星以即時提供廣播軌道，或數天後經由國際 GPS 地體動力服務組織網站直接 取得經後級處理且準確度高的 IGS 軌道。
根據 GPS 定位理論，為準確評估固定基站與校正基點 ITRF 坐標，必須引用 到 GPS 定位之全球組織所公布的參考標準，主要包含有：
(1) 衛 星 定 位 儀 天 線 相 位 中 心 偏 移 量 與 變 化 量 改 正 資 料 ， 可 經 由 網 址
http://www.ngs.noaa.gov/ANTCAL/取得【Mader, 2004】
，這些改正數值由美國國家大地測量局（ ）率定。
(2) 應用IGS固定站坐標，選取日本USUD（Usuda Deep Space T racking Station）、 美國GUAM（USGS Guam Observatory）、新加坡NTUS（Nanyang Technological University）及中國大陸WUHN（WUHAN）等四個國際IGS固定站如圖 5-5。
坐 標 經 網 址
http://lareg.ensg.ign.fr/ITRF/ITRF2000/results/ITRF2000_GPS.SSC
National Geodetic Survey, NGS取得，準確度達 3~6 mm【IGS, 2004】。
圖 5-5 四個國際 IGS 固定站位置示意圖
(3) IGS精密軌道，可以從網址http://igscb.jpl.nasa.gov/components/ prods_cb.html取 得，準確度達
(4)
2004
http://hpiers.obspm.fr/
5 cm【Neilan et al., 1997】。
地球轉動參數，極運動改正資料及大氣延遲改正模式，這些數值由國際地球 旋轉服務組織（International Earth Rotation Service, IERS）提供服務【IERS,
】，網址 。
(5) GPS定位解算研究軟體，採用瑞士伯恩大學天文研究所（AIUB）研發的Bernese 軟體
VCO 2-3
，該軟體也是全球定位系統大學聯盟（University NAVSTAR Consortium, UNA ） 所 推 薦 ， 其 功 能 詳 見 第 節 的 說 明 ， 或 參 考 網 址
http://www.unavco.ucar.edu/processing/。
此外，TNML 衛星定位儀接收衛星訊號時，內部頻率源穩定性的校正，經 至國家時間與頻率標準實驗室（目前經濟部標準檢驗局委託
追溯 中華電信研究所
個資 -9
為 -14
表示 -10
表示 -13 Lesage and Ayi, 1984】。
代管負責維持），其校正結果以Modified Allan Deviation表示如圖 5-6，1 秒取 1 料點，共 239389 點，經線性分析得時間偏移量為 7.1 × 10 秒，頻率偏移量 4.9 × 10 。顯示 1 秒平均觀測間隔時間，頻率穩定性以Modified Allan Deviation 約 2 × 10 ，1 天平均觀測間隔時間，頻率穩定性以Modified Allan Deviation 約 10 ，符合長短期頻率穩定性要求【
圖 5-6 TNML 衛星定位儀頻率校正結果
國際 GPS 相關組織，利用甚長干涉基線（Very Long Baseline Interferometry, BI）及衛星雷射測距（Satellite Laser Range,
VL SLR）技術，查驗上述 GPS 定位
（R
準， 993】。因此，GPS 定位校正系統追溯圖
之全球組織所公布的參考標準【Teunissen and Kleusberg, 1998】。而參考標準 eference Standard）為在計量已知地區或組織內，通常具有最高計量特性的標
在該處所作量測均由它導出【ISO, 1 整理如圖 5-7。
圖5-7 GPS相對定位處理單元追溯性示意圖
5-3 不確定度分析程序
依國際標準組織（ISO）建議評估方法，將各項誤差來源予以量化為 A 類及 B 類不確定度。其中，A 類以統計方法評估，B 類則用非統計方法評估，兩者皆 以假設性機率分佈為基礎，估得各標準不確定度（Standard uncertainty），再合併 成組合標準不確定度（Combined standard uncertainty），依特定信賴水準與有效自 由度，決定擴充係數，再計算擴充不確定度（Expanded uncertainty）。而有關各 項校正作業誤差來源（Error sources）及校正系統之擴充不確定度，茲分析說明 如下：
5-3-1
性u1：從 2001 年元月起，選定四個國際IGS追蹤固定站（日本 USUD、美國GUAM、新加坡NTUS及中國大陸WUHN），每隔 5 天，取一整 天資料為單位，以Bernese軟體解算【量測中心，2001c】，推求固定基站TNML 坐標，得到 38 組ITRF地心坐標，各減去平均值後之較差量折線圖如圖 5-8。
分析ITRF97 地心坐標三軸較差量標準差，X軸向標準差
σ
X1 = 8.6 mm、Y軸向 標準差σ
Y1 = 10.9 mm、Z軸向標準差σ
Z1 = 8.8 mm。從固定基站TNML至中國 大陸WUHN、日本USUD、美國GUAM及新加坡NTUS基線距離，分別為 910748.364 m、2074041.283 m、2772342.865 m及 3159947.724 m，顯示這段 期間內，固定基站TNML位置及GPS定位單元穩定。固定基站 TNML 坐標之不確定度
在本系統中，影響固定基站 TNML 坐標的主要誤差來源有：量測定位重複 性、整置定平及定心、GPS 衛星接收儀頻率、相位中心偏移量、IGS 衛星軌道、
氣象修正模式及改正及 IGS 聯測網固定站坐標【量測中心，2002a】。茲分析影 響量，並分別說明如下：
(1) 量測定位重複
-1 0
Differen
-4 -3 -2
1 2 3 4 55 65 75 85 95 105 115 125 135 14 200 210 220 230
Day of Year (2001) 1
2 3 4
5 5 5 5 5 5
ces (cm
dX dY dZ
圖 5-8 TNML_ITRF97 坐標較差量折線圖（Day of Year 5~240, 2001）
同樣地，取從 2001 年 7 月至 8 月，擷取 30 天完整的觀測資料，取一整 天
σ
Z2 = 7.5 mm，同樣顯示這段期間內，固定基站TNML 資料為單位，以Bernese研究軟體解算，推求固定基站TNML坐標，得到 30 組ITRF97 地心坐標，各減去平均值後之較差量折線圖如圖 5-9。分析ITRF97 地心坐標三軸較差量標準差，X軸向標準差σ
X2 = 9.0 mm、Y軸向標準差σ
Y2 = 10.3 mm、Z軸向標準差位置及GPS定位單元穩定。
-4 -3 -2 -1 2 3 4
198 200 202 204 206 211 213 15 17 19 3
22 0
1
2 2 2 22 6
228
232 234 Day of Year (2001)
Differences (cm
dN dE dH
圖 5-9 TNML_ITRF97 坐標較差量折線圖（Day of Year 198~240, 2001）
同樣地，從 2002 年 1 月至 8 月期間，擷取 45 天完整的觀測資料，取一 整天資料為單位，以Bernese研究軟體解算，推求固定基站TNML坐標，得到 45 組ITRF2000 地心坐標，各減去平均值後之較差量折線圖如圖 5-10。分析 ITRF2000 地心坐標三軸較差量標準差，X軸向標準差
σ
X3 = 8.6 mm，Y軸向標 準差σ
Y3 = 11.9 mm，Z軸向標準差σ
Z3 = 8.5 mm。-4
205 220 235
Day of Year (2002)
Difference (cm)
dX dY dZ
圖 5-10 TNML_ITRF2000 坐標較差量折線圖（Day of Year 24~240, 2002）
綜整上述固定基站TNML連續觀測定位成果，取三軸方向較大的標準差
(3) 衛星定位儀頻率u3：固定基站TNML採用AOA BenchMark衛星定位儀，內部 頻率源穩定性校正，或外接銣震盪器作為參考頻率源，經追溯至國家時間與
量以AOA BenchMark定位單向度規格 2 mm + 0.002 × 10-6 × D估計，距離D以 選定四個國際IGS追蹤固定站平均距離 2200 km代入，影響量為 2 + 0.002 × 10-6 × 2.2 × 109 = 6.2 mm，假設為矩形分布，則衛星定位儀頻率的標準不確定 度u3 = 6.2 / 31/2 = 3.6 mm，估算其相對不確定度為 10%，則自由度ν3 = (1/2) × (10/100)-2 = 50。
(4) 相位中心偏移量u4：GPS觀測值是以接收儀天線的相位中心位置為準，而本 校正系統使用廠牌天線型號的相位中心與幾何中心，經過相位中心偏移修正 後單向度平均差異約為 0.1 mm【Mader, 2004】，假設為矩形分布，則相位中 心偏移量的標準不確定度u4 = 0.1 / 31/2 = 0.1 mm，估算其相對不確定度為 25%，自由度ν4 = (1/2) × (25/100)-2 = 8。
(5) IGS衛星軌道u5：GPS衛星星曆從IGS取得精密軌道，估計準確度在 5 cm內。
距離約 20000 km，約為 10-6 × D，假設為矩形分布，距離D以 2200 km
代入 . ×
(6)
射率有關，經大氣模式改正後，在天頂路徑延遲，主要影響垂直向。
差 本項誤差在相對定位計算過程，大部份在解算
在處理GPS觀測資料時，其對單向度基線所造成的影響量等於 5 cm除以衛星 0.003 ×
，影響量為 0 003 × 10-6 × 2.2 109 = 6.6 mm，則IGS衛星軌道的標準不確 定度u5 = 6.6 / 31/2 = 3.8 mm，估算其相對不確定度為 20%，則自由度ν5 = (1/2)
× (20/100)-2 = 12.5。
氣象修正模式及改正u6：GPS訊號在對流層的折射量乃與訊號傳播路徑上的 空氣折
而電離層分佈於地球大氣層的頂部，約自地表起算 50 公里至 2000 公里之範 圍，GPS衛星發射無線電訊號傳播速度，主要是受到訊號傳播路徑上自由電 子之折射影響所致，與頻率有關，若衛星定位儀採雙頻觀測及建立電離層延 遲模式，可減少誤 量。綜合
過程中已被消除，留下殘差對單向度基線所造成的影響量，約為 0.002 × 10-6 × D【Teunissen and Kleusberg, 1998】，假設為矩形分布，距離D以 2200 km代入，
過程中已被消除，留下殘差對單向度基線所造成的影響量，約為 0.002 × 10-6 × D【Teunissen and Kleusberg, 1998】，假設為矩形分布，距離D以 2200 km代入，