概觀
從波音 747 客機的導航操作、汽車駕駛每天都會使用的 GPS 導航系統，到尋寶者要找到深藏于森林某處的寶藏，GPS 技術已經迅速融入于多種應用中。
正當創新技術不斷提升 GPS 接收器效能的同時，相關的技術特性亦越來越完整。時至今日，軟件甚至可建立 GPS 波形，以精確仿真實際的訊號。除此之外，儀器總線技術亦不斷提升，目前即可透過 PXI 儀控功能，以記錄并播放實時的 GPS 訊號。
介紹
由于 GPS 技術已于一般商用市場逐漸普及，因此多項設計均著眼于提升相關特性，如：
1)降低耗電量
2)可尋找微弱的衛星訊號
3)較快的擷取次數
4)更精確的定位功能
透過此應用說明，將可了解進行多項 GPS 接收器量測的方法：敏感度、噪聲系數、定位精確度、首次定位時間，與位置誤差。此篇技術文件是要能讓工程師徹底了解 GPS 的量測技術。對剛開始接觸 GPS 接收器量測作業的工程師來說，可對常見的量測作業略知一二。若工程師已具有 GPS 量測的相關經驗，亦可透過此篇技術文件初步了解新的儀控技術。此篇應用說明將分為下列數個段落：
GPS 技術的基礎 GPS 量測系統 常見量測概述
a.敏感度
b.首次定位時間 (TTFF)
c.定位精確度與重復性
d.追蹤精確度與重復性
每個段落均將提供數項實作秘訣與技巧。更重要的是，讀者可將自己的結果與 GPS 接收器獲得的結果進行比較。透過自己的結果、接收器的結果，再搭配理論量測的結果，即可進一步檢視自己的量測數據。
GPS 導航系統介紹
全球定位系統 (GPS) 為空間架構的無線電導航系統，本由美國空軍所研發。雖然 GPS 原是開發做為軍事定位系統之用，卻也對民間產生重要影響。事實上，您目前就可能在車輛、船舶，甚至移動電話中使用 GPS 接收器。GPS 導航系統包含由 24 組衛星，均以 L1 與 L2 頻帶 (Band) 進行多重訊號的傳輸。透過 1.57542 GHz 的 L1 頻帶，各組衛星均產生 1.023 Mchips BPSK (二進制相位鍵移) 的展頻訊號。展頻序列則使用稱為 C/A (coarse acquisition) 碼的虛擬隨機數 (PN) 序列。雖然展頻序列為 1.023 Mchips，但實際的訊號數據傳輸率為 50 Hz [1]。在系統的原始布署作業中，一般 GPS 接收器可達 20 ~ 30 公尺以上的精確度誤差。此種誤差肇因于美國軍方依安全理由所附加的隨機頻率誤差所致。然而，此稱為選擇性可靠度 (Selective availability) 誤差訊號源，已于 2000 年 5 月 2 日取消。在今天，接收器的最大誤差不超過 5 公尺，而一般誤差已降至 1 ~ 2 公尺。
不論是 L1 或 L2 (1.2276 GHz) 頻帶，GPS 衛星均會產生所謂的「P 碼」附屬訊號。此訊號為 10.23 Mbps BPSK 的調變訊號，亦使用 PN 序列做為展頻碼。軍方即透過 P 碼的傳輸，進行更精確的定位作業。在 L1 頻帶中，P 碼是透過 C/A 碼進行反相位 (Out of phase) 的 90 度傳輸，以確?？捎谙嗤d波上測得此 2 種訊號碼 [2]。P 碼于 L1 頻帶中可達 -163 dBW 的訊號功率；于 L2 頻帶中可達 -166 dBW。相對來說，若在地球表面的 C/A 碼，則可于 L1 頻帶中達到最小 -160 dBW的廣播功率。
GPS 導航訊號
針對 C/A 碼來說，導航訊號是由數據的 25 個框架(Frame) 所構成，而每個框架則包含 1500 個位 [2]。此外，每組框架均可分為 5 組 300 個位的子框架。當接收器擷取 C/A 碼時，將耗費 6 秒鐘擷取 1 個子框架，亦即 1 個框架必須耗費 30 秒鐘。請注意，其實某些較為深入的量測作業，才有可能真正花費 30 秒鐘以擷取完整框架；我們將于稍后討論之。事實上，30 秒鐘僅為擷取完整框架的平均最短時間；系統的首次定位時間 (TTFF) 往往超過 30 秒鐘。
為了進行定位作業，大多數的接收器均必須更新衛星星歷 (Almanac) 與星歷表 (Ephemeris) 的信息。該筆信息均包含于人造衛星所傳輸的訊號數據中，，而每個子框架亦包含專屬的信息集。一般來說，我們可透過子框架的類別，進而辨識出其中所包含的信息 [2][7]：
Sub-frame 1：包含時序修正 (Clock correction)、精確度，與人造衛星的運作情形
Sub-frame 2-3：包含精確的軌道參數，可計算衛星的確實位置
Sub-frames 4-5：包含粗略的衛星軌道數據、時序修正，與運作信息。
而接收器必須透過衛星星歷與星歷表的信息，才能夠進行定位作業。一旦得到各組衛星的確實距離，則高階 GPS 接收器將透過簡單的三角表達式 (Triangulation algorithm) 回傳位置信息。事實上，若能整合虛擬距離 (Pseudorange) 與衛星位置的信息，將可讓接收器精確識別其位置。 大功率電感廠家 |大電流電感工廠
