GPS全球卫星定位系统 基本原理

定位原理简介
全球卫星定位系统（global positioning system,gps）是由美国政府所发展，整个系统约分成下列三个部份：
1. 太空卫星部份：由24 颗绕极卫星所组成，分成六个轨道，运行于约20200 公里的高空，绕行地球一周约12小时。每个卫星均持续着发射载有卫星轨道资料及时间的无线电波，提供地球上的各种接收机来应用。
2. 地面管制部份：这是为了追踪及控制上述卫星运转，所设置的地面管制站，主要工作为负责修正与维护每个卫星能保持正常运转的各项参数资料，以确保每个卫星都能提供正确的讯息给使用者接收机来接收。
3. 使用者接收机：追踪所有的gps 卫星，并实时地计算出接收机所在位置的坐标、移动速度及时间，garmin gps 即属于此部份。
我们一般民间所能拥有及应用的，就是第三部份。计算原理为：每个太空卫星在运行时，任一时刻都有一个坐标值来代表其位置所在（已知值），接收机所在的位置坐标为未知值，而太空卫星的讯息在传送过程中，所需耗费的时间，可经由比对卫星时钟与接收机内的时钟计算之，将此时间差值乘以电波传送速度（一般定为光速），就可计算出太空卫星与使用者接收机间的距离，如此就可依三角向量关系来列出一个相关的方程式。一般我们使用的接收机就是依上述原理来计算出所在位置的坐标资料，每接收到一颗卫星就可列出一个相关的方程式，因此在至少收到三卫星后，即可计算出平面坐标（经纬度）值，收到四颗则加上高程值，五颗以上更可提高准确度，这就是gps的基本定位原理。一般来说，使用者接收机每一秒钟的坐标资料都是最新的，也就是说接收机会自动不断地接收卫星讯息，并实时地计算其所在位置的坐标资料，如此使用者便不需担心是否接收机显示的资料太旧或是不准确了。
使用环境限制
由于卫星是处在相当高的运行轨道上，其传送的讯号是相当的微弱，因此它不像一般通讯无线电或大哥大等可在室内使用或收到讯号，在使用时需注意下列事项：
1. 需在室外及天空开阔度较佳之地方才能使用，否则若大部份之卫星信号被建筑物、金属遮盖物、浓密树林等所阻挡，接收机将无法获得足够的卫星讯息来计算出所在位置之坐标。
2. 请勿在具1.575 ghz 左右之强电波环境下使用，因此环境易将卫星讯息遮盖掉，造成接收机无法获得足够的卫星讯息来计算出所在位置之坐标，尤其是高压电塔下方。
3. 单纯gps 所计算出的高程值，并非是我们一般所说的海拔高度及气压计量测的飞行高度，原因在于所使用的海平面基准点不同，因此在使用时请务必注意此点。
导航之基本原理（waypoint & route定义）
gps 的基本应用就是导航与定位，定位方面在上文已描述过，而导航方面就是利用所求出的定位资料来计算。接收机所计算出的任何时刻坐标资料，在gps 里我们都称为一个航点(waypoint），也就是说每个航点所表示的就是一个坐标值，比较重要的航点，我们就可把它储存在接收机内，并编上一个名字，让我们可以辨别。由于在地球表面上的任何位置，都以不同的坐标值来表示，因此只要知道两个不同航点的坐标资料，接收机就可马上计算出两个航点间的直线距离、相对方位及航行速度，这就是gps 接收机导航资料的来源。
例如：目前我们在台北市，希望往南旅行，第一个目的地是新竹市，第二个目的地是台中市为终站；从起点至终点，每站就都是一个航点，航点与航点间的行程称为航段（leg），从起点依序经过各点至终点琉球等，整个行程我们称之为：

我们只要事先将各点的坐标资料（利用地图或查询相关资料）输入gps 接收机内，我们就可建立许多航点资料，要使用时再将其叫出，利用gps 接收机的导航功能做各航段间的导航。而当进行导航时，为使我们的行进方向不致于偏移太多，garmin gps 提供了航线偏差（cdi）的指示功能，只要我们行进时偏离原有航道时，gps 就会自动提示我们，这就是cdi 的作用。
由此可知，要利用gps 做导航功能，最基本的就是先建立航点的资料，然后储存在接收机内，如此不管是要做航点与航点间的导航，或是要编辑一条航线，就可直接利用内存内的航点资料了，也可以说〞航点〞是gps 接收机导航功能所需最基本的资料了。