相信大家都用過衛星導航系統，例如在手機上用全球定位系統查地圖，或是在戶外運動時紀錄路程。
你有沒有想過衛星導航系統的原理是甚麼？除了我們最常用的GPS，還有甚麼類似的系統呢？哪一種功能最強，發展潛力最大呢？我們一起來看看。
影片連結：衛星導航系統比一比！GPS最強？俄國GLONASS、中國北斗、歐洲伽利略，會是未來定位系統霸主嗎？
衛星導航系統是甚麼？
衛星導航系統…是覆蓋全球的自主地利空間定位的衛星系統，允許小巧的電子接收器確定它的所在位置（經度、緯度和高度），並且經由衛星廣播沿著視線方向傳送的時間訊號精確到10米的範圍內。
每個覆蓋全球的系統通常都是由20–30顆衛星組成的衛星集群，以中地球軌道分布在幾個軌道平面上。
實際的系統各自不同，但是使用的軌道傾斜都大於50°，和軌道週期大約都是12小時（高度大約20,000公里（12,000英里））。
全球定位系統GPS
現在應用最廣的，是美國的全球定位系統，Global Positioning System，簡稱GPS。
全球定位系統…又稱全球衛星定位系統，是美國國防部研製，美國太空軍運營與維護的中距離圓型軌域衛星導航系統。它可以為地球表面絕大部分地區（98%）提供準確的定位、測速和高精度的標準時間。
該系統包括太空中的31顆GPS人造衛星…最少只需其中4衛星，就能迅速確定用戶端在地球上所處的位置及海拔高度；所能接收到的衛星訊號數越多，解碼出來的位置就越精確。
GPS系統的前身是美軍的子午儀衛星定位系統，在1964年啟用。這套系統的定位精度不高，也不能提供高度的資訊。
到了1970年代，美國政府整合當時海軍與空軍的技術，研發GPS系統，到1990年代才全面建成。
GPS分為民用與軍用兩種部份，無需授權即可任意使用。以前為避免有人惡意攻擊，民用服務加入選擇性誤差。後來美國政府撤銷了這項規定，民用的也能達到軍用的500到30公分精準度。
它的操作原理，是由地面使用設備，接收多個人造衛星發出的訊號。獲得數據後，運用幾何原理計算出地面使用設備的坐標。
GPS系統擁有如下多種優點：
使用低頻訊號，就算天氣不佳仍能保持相當的訊號穿透性；
高達98%的全球覆蓋率；
高精度三維定速定時；
快速、省時、高效率；
應用廣泛、多功能；
可移動定位。不同於雙星定位系統，使用過程中接收機不需要發出任何信號；此舉增加了隱蔽性，提高了其軍事應用效能。
全球定位系統的地面接收裝置，能夠接收GPS衛星的信號，利用收到的資訊，計算身處地點的位置和時間。隨著地球轉動，裝置能夠接收到的衛星信號數量亦會變化。
俄羅斯的GLONASS系統
GPS以外，俄羅斯也有一套衛星導航系統，稱為格洛納斯系統，簡稱GLONASS。它由蘇聯於1980年代研發，後來由俄羅斯繼承，原理與GPS相似。它有3個軌道，各有8顆人造衛星，總共24顆。
在技術方面，GLONASS與GPS有以下幾點不同之處：
衛星發射頻率：GPS的每顆衛星的訊號頻率和調變方式相同，不同衛星的訊號靠不同的偽碼區分。而GLONASS衛星靠頻率不同來區分。基於這個原因，GLONASS可以防止整個衛星導航系統同時被敵方干擾，因而具有更強的抗干擾能力。
坐標系：GPS使用世界大地坐標系。而GLONASS使用的則是1990年蘇聯官方所制定的參考坐標系。
雖然它的技術有優勝之處，而主流的智慧型手機也支援，但普及度遠低於GPS。
中國的北斗衛星導航系統
接下來介紹中國的北斗衛星導航系統。從1990年代開發，現在已發展至第三代。
第一代主要為中國境內提供導航服務。第二代為亞太地區用戶提供區域定位服務。第三代於2020年全面開通，覆蓋全球。
北斗衛星第三代導航系統空間段計劃由30顆衛星組成，包括3顆靜止軌道衛星、24顆中地球軌道衛星、3顆傾斜同步軌道衛星。
除了向全球提供的免費服務，北斗還有需要獲得授權方可使用的服務，包括定位精度高至1公尺，還能收發資訊，可用作圖文簡訊用途。
它的另一特色是支援有源定位，從使用者裝置發出訊號，也就是雙向溝通。這與其他從衛星單向接收訊號的定位系統不同。
歐洲的伽利略定位系統
最後談談歐洲的伽利略定位系統。由歐盟建造，總部設在捷克。
伽利略系統的目的之一是為歐盟國家提供一個自主的高精度定位系統，該系統獨立於俄羅斯的格洛納斯系統和美國的全球定位系統，在這些系統被關閉時，歐盟就可以使用伽利略系統。
該系統的基本服務是提供給所有使用者免費使用的，高精度定位服務僅提供給付費使用者使用。伽利略系統的目標是在水平和垂直方向提供精度1公尺以內的定位服務，並且在高緯度地區提供比其他系統更好的定位服務。
伽利略定位系統有其獨特價值。除了單向提供定位資訊，它有一個回饋訊號功能，可用於危難搜救。
伽利略系統的衛星安裝有轉發器，可以把求救訊號從事故地點傳送到救援協調中心，救援協調中心就會開始組織救援。同時，該系統還會發射一個返回訊號到事故地點處，通知求救人員他們的訊號已被收到，相應的救援也正在展開。
建造此系統的目的有以下幾點:
提供更準確的數據，比GPS管制更少；
加強對高緯度地區的覆蓋，包括挪威及瑞典等地區；
減低對全球定位系統的依賴…尤其是在發生戰爭時，可提供非美國盟友有機會使用軍事定位。
衛星導航系統有很多應用情境。
在軍事方面，各種軍事行動都需要準確的定位系統。在民間，也是普羅大眾日常生活不可缺少的工具。衛星導航系統也已廣泛用於各行各業，包括物流運輸、航空交通、農業、水產業、天然資源開發業、土木工程和運動產業等等。
四大系統各擅勝場。美國GPS最普及和歷史悠久，俄國格洛納斯系統抗干擾能力強，中國北斗有通訊功能，而歐洲伽利略系統不僅精準度高，而且可用於危難搜救。
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