GPS技术简介Satellite Tracking

L-Band载波:L1 (1575.42MHz)与L2(1227.60MHz)调制PRN电码。L1负责传送导航讯号,L2频率则负责传送精确的延迟讯号,供给PPS接收器使用。
　 　 载波讯号分别采用三种码调制,分别为调制导航讯号的粗略撷取码(Coarse Acquisition Code),其负责取得定位讯号与定义每一个卫星基本资料,并负载次一层编码制的导航讯息,以使接收器得到更精确的定位讯号;第二个与第三个调制码则分别为P码与Y码,分别调制L1与L2频率,为军用PPS接收器锁码讯号。不易被干扰的P电码(Precise Code;10.23MHz)为军方采用;而民间使用的则为C/A电码(Coarse/Acquisition Code,1.023MHZ)。
　 地面控制系统由监测站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天线(Ground Antenna)所组成,主控制站位于美国科罗拉多州春田市(Colorado Spring)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息,并计算卫星星历、相对据离,大气校正等数据。其次则为使用者接收器,现有单频与双频两种,但由于价格因素,一般使用者所购买的多为单频接收器。　 　 　

SPS与PPS定位系统
　 GPS提供了一般用SPS(Standard Positioning System)与精密定位系统PPS(Precision Positioning System)两种定位系统。SPS是最常见的定位系统,其水平方向精确度约为30公尺,SPS需经过选择性效益(Selective Availability,SA)处理程序,就是会将卫星讯号的位置或时间资料重新处理,在加入了随机变动参数后误差会加大,因此其精确度不会高于SA的误差值。SA-SPS的精确度水平值100公尺,垂直为156公尺,时间为10亿分之340秒,适合提供现在的一般性商业应用,如汽车导航系统等。
　　 PPS系统则采用锁码讯号,定位精确度水平值为20公尺,垂直为27.7公尺,时间为10亿分之200秒。由于PPS为销码系统,因此不会被加入SA 码干扰,事实上,PPS亦仅提供给军事单位与政府使用,为确保军事安全,美国国防部更会在一般民用GPS加入SA乱码稍加干扰,以确保各项政府与军事机密的安定性。　 　 　

误差控制
　 GPS 为一被动(Passive)系统,使用者的接收器仅能接收单向传来的讯号。由卫星至接收器之间,是依靠测量卫星发射之无线电讯号至接收器所需时间,再乘以光速所得之距离,计算出接收器所在位置的三维坐标值,前提是必须知道由卫星星历轨道资料计算出的每颗卫星位置,如此即可得知每个GPS接收器的正确位置。
　 由于GPS的测量必须采用二个不同的时表,因此在传送时会产生异步的时间偏差量,通常一个极小的误差值会造成实作上的极大误差。现在民间用的 GPS接收器接收准确度大概仅达95%,精确度约在100公尺内,为消除误差,现在的GPS技术借着已知地点的经纬度坐标,误差率约在几十公尺左右,在现行的商业应用中,已可满足大部份需求。
　　 此外,配合各GPS地面接收站同步接收卫星讯号的差分定位(Differential GPS,DGPS)技术,能在讯号接收后与GPS接受器反复确认,藉由此动作消除卫星讯号的误差与干扰,经过差分定位技术后,误差范围可缩小至2-5公尺,已能运用在精确的汽车导航定位系统中。　 　 　

GPS的误差原因
　　 从GPS的基础构成中可得知GPS的原理并不困难,基本上GPS的卫星讯号会不断传送轨道运行资料,其所载之原子钟也会不停产生精确的时间资料。而每个 GPS接收器上也有自己的时钟与无线电接收器,所以最新的资料是不断的接收。同时由于每个卫星都会产生一个不同的球状讯号,因此常连续接收到三个卫星讯号时,便会产生一个交点,此即为GPS之定位功能。
　    但是即使讯号再精准,GPS仍会因各种自然或干扰因素产生误差,造成GPS卫星讯号的误差原因有很多,从自然界的物理因素,到卫星之间的距离所造成之干扰,以及接数器内部误差,都有可能造成GPS产生讯号误差,此点将严重影响GPS的产品性能。