衛星定位系統基本構成

全球衛星定位系統必須包含空中衛星群、地面控制站系統、使用者接收器三部份。

一.衛星群 :

    在衛星定位系統中,共有24 顆定位衛星圍繞著地球,24顆定衛星有提供兩種 L-Band載波,分別為 : L1 ( 1575.42MHz ) and L2 ( 1227.60MHz )。L1負責傳送導航訊號, L2 頻率則負責傳送精確的延遲訊號供給PPS ( Precise Position Service ) 使用。

載波訊號又分為採用三種碼調制,分別為調制導航訊號的粗略擷取C/A 碼( Coarse / Acquisition Code )。第二個與第三個調制碼則分別為P碼 ( Precise Code ) 與Y碼。C/A 碼現在只有在 L1 載波才有,P 碼則無論在 L1,L2 皆有。這些電碼稱為虛擬隨機雜訊 PRN ( Pseudo Random Noise ),雙相調制於載波上。C/A 碼每 1/1000 秒重覆一次,波長 300m。P 碼則每 38 週重覆一次,波長約 30m 。

不易被干擾的P電碼 ( 10.23 MHz ) ,因頻率較高不易被干擾,現在為軍方採用,而民間使用的則為C/A電碼 ( 1.023 MHz )。其中P 碼已經為軍方使用多年,美國國防部又增加一種 A.S.碼 ( Anti-Spoofing ) 將 P 碼轉換成 Y 碼,接收器必須加上解碼器才能使用 Y 碼。

GPS 所有的導航資訊都在 L1 及 L2 上廣播,並可用 C/A 碼及 P 碼傳送,調制頻率為 50 Hz,這些數據包括 GPS 導航資訊,衛星星曆及接收器點位資料等。

二. 地面控制站 :

    地面控制系統由監測站 ( Monitor Station )、主控制站 ( Master Monitor Station )、地面天線 ( Ground Antenna ) 三部份所組成的。

    現在全球計有5個地面衛星監控站,負責傳送衛星瞬時常數 ( Ephemera’s Constant ) 及時脈偏差 ( Clock Offsets ) 之修正,讓衛星能及時提供接收器使用者更精確之定位運用。這些地面衛星監空站,分佈於瓜加林島、科羅拉多泉、夏威夷、亞森欣島、底亞歌加西亞等地。地面控制站負責收集由衛星傳回之訊息,並計算衛星星歷、相對據離,大氣校正等數據。

主控制站位於美國科羅拉多州春田市 ( Colorado Spring ),其功能為收集監測傳來的數據並計算出衛星星曆、衛星時錶修正量及電離層校正係數。同時將此校正資訊送到地面天線傳送回衛星,衛星就能把修正後的訊息廣播給使用者。

三. 接收器 :

GPS 的接收器是唯一使用者可以接觸到通訊設備。它可以以不同的形狀方式出現在我們的生活當中,如手持式的衛星定位器、結合 GPS 的 PDA、GPS功能的手機、GPS 手錶、GPS and E-Map Function Notebook、GPS Car PC System 等等。GPS 接收器的主要功能就是把接收衛星廣播出來的導航訊號訊息呈現給使用者知道。