GPS發展概況

所謂 GPS 是全球衛星定位系統(Global Position System)簡稱,為美國國防 部為軍事上定位及導航目的所發展的，GPS 可以極準確地提供七種定位所需 的訊息,三度空間位置、三度空間的速度、以及時間。因為它的全天候、高 準確定位的特性，不但成功地應用在現代軍事化設備上，而且在民間用途方 面，也因其實用潛力雄厚而深受矚目，而 GPS 的優越性能已漸漸應用於各 方面，例如：船艦及飛機的導航定位，可以在瞬間獲得位置及速度的數值；

港灣內將導航及追蹤結合，以減少碰撞的可能性，增加航道安全性的管理；

油井鑽勘平台的定位；礦產源位置的定位；飛彈上的導航；航空、海上、陸 地之測量等等，都應為有 GPS 的加入，而更趨於完善的目標。

2.1.1 GPS 的緣起

1958 年 12 月，美國海軍武器實驗室開始建立為美國海軍軍艦導航服務 的衛星系統，即「海軍導航衛星系統」（Navy Navigation Satellite System，

NNSS），此系統中衛星運行的軌道大多通過地球南北極，因此也稱為「子午

（Transit）衛星系統」。1964 年該系統建構完成，提供美國軍方使用，1967 年 7 月 29 日，美國政府宣佈將該系統解密並提供民間使用，為衛星定位系 統運用的開始。

由於該系統不受氣候條件影響、自動化程度較高、且具有良好的定位精 度，所以解密之後立即引起各方學者的研究與應用。雖然 NNSS 把導航技術 的發展推向另一個新時代，但由於該系統的衛星數量較少（5-6 顆），衛星運 轉的高度較低（平均運行高度約 1000km），從地面站觀測到衛星的時間間隔 較長（平均約 1.5 小時），因而無法提供連續的三維導航。且獲得一次導航 求解所需的時間較長，無法滿足軍事方面（由其是高速飛行目標，如飛機、

導彈）導航需求。

於是，美國國防部為軍事定時、定位與導航目的，將美國海軍所開發的 TIMATION（Time And Navigation）系統和美國空軍的 621B 兩個專案予以合 併後並改名為「全球衛星定位系統」（NAVSTAR／GPS，Navigation Satellite Timing And Ranging／Global Positioning System，直接簡稱為 GPS），希望能 以衛星導航為基礎的技術可構成主要的無線電導航系統，滿足各方面科技的 應用。

2.1.2 GPS 的發展

全球定位系統所使用的衛星稱為 NAVSTAR，第一顆 GPS 衛星於 1978 年 2 月 22 日發射。GPS 為美國繼阿波羅登月與太空梭發展計劃後的第三大 太空國防計劃，此一計劃係利用 GPS 衛星發射電波訊號以提供定時、定位 及導航使用，其精確度極高，且不受電波干擾及時間、地點和天候的影響，

提供使用者全天候、即時的位置與時間資訊，所能達到的精度較以往的導航 及測量方法都來得高。

在 1993 年 12 月 8 日第 24 顆 GPS 衛星進入太空軌道運行後，GPS 已達 到初步操作能力（Initial Operational Capability，IOC），24 顆 GPS 衛星（包 含初期測試用的 Block I 與量產型 Block II/IIA）提供全世界 24 小時全天候定 位與導航資訊。

美國空軍太空司令部（U.S. Air Force Space Command，AFSC）於 1995 年 4 月 27 日宣布 GPS 已達到完整操作能力（Full Operational Capability，

FOC），將 IOC 中的 Block I 衛星加以汰換，24 顆衛星全部為 Block II/IIA 衛 星所組成，成功地滿足軍事實務的操作。

GPS 衛星佈署在離地球表面約 20,200 公里上空的圓形軌道上，採圓形 軌道的目的在於可增大地面可見範圍及增強全球均勻覆蓋。它們平均分佈於

6 個軌道面上，每個軌道面上各有 4 顆，呈 55° 角傾斜繞行地球運轉，每 11 小時 58 分繞行地球一周，不論任何時間、地點，同時至少有 4 顆以上的 衛星出現在我們的上空。

由於 GPS 的運用技術迅速發展，使得民間的應用需求與日俱增，對傳 統導航方式更有革命性的影響。

由於 GPS 操作簡便、迅速，成果精確，其用途甚為廣泛，除軍事用途外，

更大量運用在民用航空、航海、車輛控制、油源探測、大氣、地球科學等，

特別是協助交通運輸、環境、生態、森林、地質等資訊之調查管理與土地測 量等。目前國內外已大量在汽車上安裝 GPS 接收儀並配合電子地圖，以幫 助駕駛者找到捷運及目的地，同時如徒步、登山及狩獵者亦可利用 GPS 提 供方位不致迷失。我們可以肯定一點，日後 GPS 在航電、國防、交通甚至 日常生活都將佔有非常重要的地位。

2.1.3 GPS 的應用

一、陸地應用

(一) 大地測量：國家及區域控制網建立，精密工程測量。

(二) 測量及製圖：地籍測量、地理資訊系統之資料測量、工程測量。

(三) 交通路網圖繪製。

(四) 地球動力研究與變形監測。

(五) 高精度時間比對。

(六) 陸上導航：支援緊急車輛（警車、救護車、消防、保全等），車輛 監控派遣（計程車、危險性車輛、貨櫃運輸、火車等）。

(七) 森林巡視員之搜救任務，如登山意外事故、山崩、雪崩等。

(八) 森林資源管理。

二、空中應用

(一) 機場精密進場著陸，國內線、國際線民航機及直昇機導航。

(二)空中交通管制作業。

(三) 航空攝影測量導引與控制、空中重力及磁力測量之定位。

(四)農藥噴灑。

(五)休閒娛樂：滑翔機、飛行傘、輕航機等。