淺談GPS/ GLONASS雙星定位系統

帕斯卡科技股份有限公司總經理 蘇全清

壹、GPS (全球定位系統)

GPS全球定位系統發展至今已有多年,其適用十分廣泛,在1993年更是全面性的發展各領域的使用。目前已有24顆全天候之定位衛星供使用,若以10°仰角之觀測接收角度在台灣及世界各地區隨時均有4個以上的定位衛星供使用。在定位精度上約為15 ~ 20公尺之間 (圖一),但現今美國國防部為某些因素在定位系統上加入了S/A (Selective Availability) 干擾碼,使定位之精度降至100公尺左右,甚至更差。

國土資訊系統通訊第26期

 

貳、GLONASS (蘇聯定位系統)

GLONASS定位系統全名 GLObal NAvigation Satellite System (全球導航衛星系統) ,為蘇聯太空計劃部於1970年開始發展,其功能類似GPS系統,亦是一全球性、全天候24小時使用之定位系統 (表一) ,其與GPS之差異如 (表二) 所列,同為24顆衛星,但只有三個軌道面(圖三) (GPS為6個軌道面) (圖四)。在定位精度上因沒有SA之干擾,故精度上可達15公尺以內 (圖二)。

 

表一 蘇 聯 衛 星 定 位 系 統


表二 GPS / GLONASS 衛 星 系 統 比 較

參 數

GLONASS

GPS

衛星數目

24

24

軌道面數

3

6

傾角

64.08

55

衛星高度

19,100 km

20,180 km

一圈週期

11h15m

11h58m

重覆地面軌跡時間

每 1 星日

每 8 星日

星曆代表方式

直交座標位置、
速度加速度各3分量

6開卜勒元素及
內插系數

大地基準

SGS85 (PE-90)

WGS84

時間基準

GLONASS 時

GPS 時

系統時間改正

相對於UTC[SU]

相對於UTC[USNO]

星曆廣播

每 2.5 分 7,500 bit

每 12.5 分 37,500 bit

訊號區分

以頻率區分

以碼區分

L1頻帶

1.602~1.615 MHZ

1575.42 MHZ

L2頻帶

1.246~1.256MHZ

1227.60 MHZ

每顆衛星皆相同
C/A-code on L1
P-code on L1,L2

每顆衛星皆不同
C/A-code on L1
P-code on L1,L2

碼型式

PRN

"金"碼 (Gold code)

碼之頻率

C/A-code:0.511MHZ(587m)
P-code:5.11MHZ(58.7m)

C/A-code:1.023MHZ(293m)
P-code:10.23MHZ(29.3m)

時錶資料

時間偏移及頻率偏移
(offset)

時間偏移,頻率偏移加漂移
(drift)

 

國土資訊系統通訊第26期國土資訊系統通訊第26期

 

國土資訊系統通訊第26期

 

 

表三 GLONASS 星座表 (已可使用) 98/1月

 

衛星編號

計劃編號

預定日期

啟用日期

星 曆

頻 道

軌道位置

54(769)

2178

1-30-92

2-22-92

8

2

1

55(771)

2179

1-30-92

.

1

23

1

56(774)

2206(2204)

7-30-92

.

.

.

.

57(756)

2204(2205)

7-30-92

8-19-92

21

24

3

58(772)

2205(2206)

7-30-92

.

.

.

.

59(773)

2234

2-17-93

.

.

.

.

60(757)

2236(2235)

2-17-93

3-14-93

2

5

1

61(759)

2235(2236)

2-17-93

8-25-93

7

21

1

62(760)

2276(2275)

4-11-94

5-18-94

17

24

3

63(761)

2277(2276)

4-11-94

5-16-94

23

3

3

64(758)

2275(2277)

4-11-94

9-4-96

18

10

3

65(767)

2287

8-11-94

9-7-94

12

22

2

66(775)

2289(2288)

8-11-94

9-7-94

16

22

2

67(770)

2288(2289)

8-11-94

9-4-94

14

9

2

68(763)

2295(2294)

11-20-94

12-15-94

3

21

1

69(764)

2296(2295)

11-20-94

12-16-94

6

13

1

70(762)

2294(2296)

11-20-94

12-11-94

4

12

1

71(765)

2307

3-7-95

3-30-95

20

1

3

72(766)

2308

3-7-95

4-5-95

22

10

3

73(777)

2309

3-7-95

4-6-95

19

3

3

74(780)

2316

7-24-95

8-26-95

15

4

2

75(781)

2317

7-24-95

8-22-95

10

9

2

76(785)

2318

7-24-95

8-22-95

11

4

2

77(776)

2323

12-14-95

1-7-96

9

6

2

78(778)

2324

12-14-95

.

9

11

2

79(782)

2325

12-14-95

1-18-96

13

6

2

 

 

表四 GPS 星座表 (已可使用) 98/1月

 

衛星編號

衛星編號

計劃階段

時鐘

預定日期

啟用日期

於軌道所在位置

.

.

Block II

.

.

.

.

14

14

.

Cs

2-14-89

4-15-89

E1

13

02

.

Cs

6-10-89

8-10-89

B3

16

16

.

Cs

8-18-89

10-14-89

E5

19

19

.

Rb

10-21-89

11-23-89

A4

17

17

.

Cs

12-11-89

1-6-90

D3

18

18

.

Cs

1-24-90

2-14-90

F3

20

20

.

.

3-26-90

4-18-90

.

21

21

.

Cs

8-2-90

8-22-90

E2

15

15

.

Cs

10-1-90

10-15-90

D2

.

.

Block IIA

.

.

.

.

23

23

.

Cs

11-26-90

12-10-90

E4

24

24

.

Rb

7-4-91

8-30-91

D1

25

25

.

Cs

2-23-92

3-24-92

A2

28

28

.

Cs

4-10-92

4-25-92

C5

26

26

.

Cs

7-7-92

7-23-92

F2

27

27

.

Cs

9-9-92

9-30-92

A3

32

01

.

Cs

11-22-92

12-11-92

F1

29

29

.

Cs

12-18-92

1-5-93

F4

22

22

.

Cs

2-3-93

4-4-93

B1

31

31

.

Rb

3-30-93

4-13-93

C3

37

07

.

Cs

5-13-93

6-12-93

C4

39

09

.

Cs

6-26-93

7-20-93

A1

35

05

.

Cs

8-30-93

9-28-93

B4

34

04

.

Cs

10-26-93

11-22-93

D4

36

06

.

Cs

3-10-94

3-28-94

C1

33

03

.

Cs

3-28-96

4-9-96

C2

40

10

.

Rb

7-16-96

8-15-96

E3

30

30

.

Cs

9-12-96

10-1-96

B2

38

08

.

.

TBA

TBA

.

 

參、GPS+GLONASS (雙星定位系統)

今不論採用何種定位系統,在空闊且無遮避之地區均可快速有效的完成定位,然若是在市區則因大樓及道路變小及其他不明電波干擾因素往往只能接收1 ~2顆衛星,無法完成定位 (圖五),但若是將此兩系統結合,合而為一,則此問題即可全然開解(圖六)。

國土資訊系統通訊第26期

 

 

國土資訊系統通訊第26期

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

下面就雙星定位(以下簡稱GG)與單一系統之差異由下列圖表中作進一步的描述。

由 (圖七) 中得知在同一位置,GPS只收到8顆衛星,而GG則可收到18顆。倘若以接收仰角再50°來接收定位GPS只有3顆星定位(2D),使用GG系統則可接收 4顆星完成3D (三度空間) 定位,在精度中從 (圖八) 得知GPS為38.8公尺(RMS),GG為11.89公尺(RMS),可明確的顯示GG定位精度優於單GPS系統。

國土資訊系統通訊第26期

 

綜論GG雙星定位係將GPS與GLONASS結合為一體,故共有48顆定位衛星,其除定位精度可提高外,在定位的速度亦可大大提昇,亦可填補單一星系衛星接收不足或訊號品質不良的缺失。

為更清楚的表示GG之優點,以下列圖9 ~11表示之。

 

 

國土資訊系統通訊第26期國土資訊系統通訊第26期

 

 

 

 

國土資訊系統通訊第26期

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

肆、GPS / GLONASS應用領域

GG系統應用領域與GPS亦同,除可導航定位外,可作為時間、土地資源、探測、車輛定位、載具導航定位以及精度量測。

因GG系統之應用為一新的嘗試,各家GPS製造商無不全力以赴,目前也只有3-4家成功推出產品(GPS廠家有數十家製造商),現已有Ashtech公司發展出全功能應用領域的GG接收機,其單點定位精度如 (圖十二) , 在精密量測之靜態測量,亦有公分級之成果 (圖十三)。在98年2月亦正式發表GG-RTK(即時動態測量)之設備,其測量精度亦達到1公分精度。

 

 

國土資訊系統通訊第26期

 

國土資訊系統通訊第26期

 

 

 

綜論Glonass系統已正式進行,GG雙星定位系統是未來定位導航、測量的主力系統,依其之優點,其發展之前景是可預見的。尤其是在市區、山谷、森林等高遮蔽地區,GG是您解決無法接收定位的最佳利器。

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GG24雙星定位接收儀

 

 

 

 

國土資訊系統通訊第26期

 

GG RTK全套配件組合