[GPS大哉問] GPS運動腕錶0誤差 甘有可能?
故事要從很久很久以前說起…在剛開始的時候,GPS信號分為民用的標準定位服務(SPS,Standard Positioning Service)和軍規的精確定位服務(PPS,Precise Positioning Service)兩類。由於SPS使用毋須任何授權,美國擔心敵對國家或組織會利用SPS發動攻擊,故在民用訊號中加入人為的選擇性干擾(即SA政策,Selective Availability)以降低其精確度。當時在正常定位下,3D定位誤差大概在半徑30-50米左右,若有隨機性的選擇干擾出現,則誤差會增加到半徑100-200米以上,此時使用者往往不知誤差已變大。
到了2000年5月,柯林頓總統於第二任總統期間,決定取消對民用訊號的選擇性干擾,並提升定位準確度,將正常3D定位的誤差降至半徑10米以內。雖然美國政府仍有但書,即在有需要的狀態下,可對特定地區進行干擾,以降低當地的定位精度。但到目前為止,絕大部分的狀況是不受干擾的。而當時的開放政策,也造就可攜式汽車衛星導航儀(PND)與手持式衛星導航儀(Handheld) 的快速發展與應用,成為消費性電子產品的當紅炸子雞,對人們生活產生極大的便利。
GPS衛星示意圖
(圖片來源:運動筆記)
值得一提的是,因GPS 運作原理是由太空中的衛星透過無線電訊號,將資料傳送至地球表面,過程中所受到的干擾相當多,也影響著定位的準確度。除了上述人為因素之外,造成GPS誤差還有另外3項因素:
1. GPS 衛星本身的誤差:
即使衛星是非常精密的設備,卻不代表它是完美的,時間久了仍會有一些微小的誤差產生。衛星定位並非每一秒都處於被監控狀態,期間一旦有微小定位誤差產生,像是衛星軌道計算或衛星上的原子鐘時間偏差,便會影響接收器在定位計算時的準確性。
2. 信號傳送的誤差:
有大氣層延遲、多路徑傳送等誤差影響。因大氣層會讓衛星訊號產生角度偏離,導致距離的測量產生偏差。多路徑則是指訊號到達接收器時,通常會經過各種地面物質的反射,因此會造成訊號的重疊而產生誤差。
太空中的GPS衛星(圖片來源:運動筆記)
3. GPS接收器的誤差:
有天線相位中心偏差、時表誤差。所謂天線相位中心偏差,是指GPS 接收器天線隨著訊號輸入的強度與方向不同,與實際位置有所差距,而造成微小誤差。時表誤差是指接收器之時間與GPS 標準時間的差異。
值得一提的是,近年來由於高感度 GPS晶片與天線的研發成果,克服了一些訊號遮蔽的問題,也增強了在開闊度較差的環境定位能力,尤其在都市叢林中幫助最大,不僅相當程度的改善了可能造成的誤差,更促成GPS腕錶產品的產生。
延伸閱讀:
*跑步知識 盡在運動筆記*
往下滑看下一篇