未來10~20年GPS衛星定位應用之世界趨勢

轉載自國外以及國內相關的訊息....

GLONASS的發展現況

GLONASS衛星
俄羅斯的GLONASS衛星定位系統與美國的GPS系統發展的時程相近，但由於原蘇聯的解體導致的財政困難，此系統一度幾乎完全停止維護，幸好中共的雪中送炭，讓這個衛星定位系統維持運作，它目前是除美國的GPS之外，唯一可以完整運行的衛星定位系統。
歐盟的加利略 (Galileo)系統因為參加國的資金及財務問題，目前的進度落後，是否能在2008年部建完成很有疑問。反之，俄羅斯在經過政治的陣痛後，靠著石油的輸出，國力一天天雄厚，2007年底俄羅斯的Proton火箭一次部建了三顆GLONASS衛星 (餐看二月20日GPS新聞快遞)，使世人的目光又投向此系統。俄羅斯的決心堅強，他們知道沒有部建在太空的衛星定位系統，就沒有軍事力量可言，因此加緊步伐完善GLONASS系統。除了衛星系統的完善之外，GLONASS系統的信號結構也調整更新，並且整個系統從原來的純軍事運用，轉向市場導向的民間使用。
因為軌道設計的關係，GLONASS能一次佈置三顆衛星。但是俄羅斯衛星科技落後於美國，GLONASS衛星的設計壽命比美國GPS衛星要短。美國GPS衛星的壽命是七年時，GLONASS的壽命只有三到四年，GPS衛星壽命改善到11年了，GLONASS衛星的壽命只達到七年。這是GLONASS最大的問題，它代表了必須更新的衛星數量。每次發射衛星大約需美金八千萬元，雖然俄羅斯可以一次發送三顆衛星，因為衛星造價昂貴，頻繁更換衛星也不符經濟效益。
有趣的是美國竟然積極協助GLONASS的更新，美國在信號頻率的分配，及衛星的設計上給俄羅斯一些建議。當然，司馬昭之心路人皆知，美國想貼近的觀察及介入GLONASS的發展，目的是知己知彼，掌握它的狀況吧。
專門從事雙星接收器開發的JAVAD GNSS公司，最近在俄羅斯新設一家工廠，生產 GNSS接收器，及六種不同接收天線。執行長Javad Ashjaee博士說 ,
“現在狀況和以前不同，使用者和設備開發者對衛星定位系統都比以前成熟。這些改變可分成:
‧ 因為衛星和信號的更新，所有人都期待新的應用設備出現。
‧ 使用者更了解相關的知識，他們更注重產品的功能。
‧ 體質不良公司的產品將逐漸被淘汰，只有研發、財務、銷售、服務、管理等都沒有問題的公司才能生存下去。
‧ 雙星系統將會和GPS的使用者一樣匯集成另一個用戶團體，因為它的準確度更高，將逐漸擴大在建築、測量、機械控制等需要高精準度的特定市場。
JAVAD研發的雙星接收器晶片 (GPS/GNSS)，原來只能接收72個GPS和GLONASS的頻道，新的晶片可以接收216個頻道，涵蓋了以後新的頻道，可說走到雙星接收器的前端。”
Javad博士說，如果能有三種系統的接收器就更能萬無一失，但是中國的北斗能否作為全球性的衛星定位系統尚待觀察，加利略系統目前的困境何時解除也未能定論。所以目前從穩定度及定位準確性來看，還是雙星接收器最好。
台灣在GPS的應用設備上在世界佔有一席之地，如Garmin的定位器，遠碩的GPS車隊管理系統，亞力的GPS天線，長天的手持式GPS接收器，麗台的接收模組等都世界有名。但是沒有看到從事雙星接收設備開發的，早先的飛鷹航太曾企圖在此領域發展，但未能形成影響力。有志於精準定位設備領域的廠商，需更注意此方面信息。


Beidoun 北斗衛星導航系統Compass Navigation Satellite


中國已經開始全球衛星導航系統——北斗衛星導航系統（Compass Navigation Satellite System）。由於中國呆板的保密制度和互聯網上資訊紛雜，多數人，包括一些媒體，並沒有真正認識北斗系統。故本文試圖整理一下公開的資料，還原北斗導航系統的“真面目”。

一、北斗一代

中國先後在2000年10月31日、2000年12月21日和2003年5月5日發射了3顆“北斗”靜止軌道試驗導航衛星，組成了北斗區域導航系統（注：又稱為“北斗一代”衛星導航系統），是覆蓋中國本土的區域導航系統。
北斗一代衛星導航定位系統的系統構成有：由兩顆地球靜止衛星(800E和1400E)、一顆在軌備份衛星(110.50E)、中心控制系統、標校系統和各類用戶機等部分組成，覆蓋範圍東經約70°一140°，北緯5°一55°。北斗一代衛星導航系統也有一些自身的特點，其具備的短信通訊功能就是GPS所不具備的，一次可傳送多達120個漢字的資訊，授時精度達20納秒。定位精度是水準精度100米(1σ)，設立標校站之後為20米(類似差分狀態)。工作頻率在2491.75MHz。系統容納的最大用戶數每小時540000戶。

定位時，首先由中心控制系統向衛星I和衛星II同時發送詢問信號，經衛星轉發器向服務區內的用戶廣播。用戶回應其中一顆衛星的詢問信號，並同時向兩顆衛星發送回應信號，經衛星轉發回中心控制系統。中心控制系統接收並解調用戶發來的信號，然後根據用的申請服務內容進行相應的資料處理。 對定位申請，中心控制系統測出兩個時間延遲：即從中心控制系統發出詢問信號，經某一顆衛星轉發到達用戶，用戶發出定位回應信號，經同一顆衛星轉發回中心控制系統的延遲；和從中心控制發出詢問信號，經上述同一衛星到達用戶，用戶發出回應信號，經另一顆衛星轉發回中心控制系統的延遲。由於中心控制系統和兩顆衛星的位置均是已知的，因此由上面兩個延遲量可以算出用戶到第一顆衛星的距離，以及用戶到兩顆衛星距離之和，從而知道用戶處於一個以第一顆衛星為球心的一個球面，和以兩顆衛星為焦點的橢球面之間的交線上。另外中心控制系統從存儲在電腦內的數位化地形圖查尋到用戶高程值，又可知道用戶出於某一與地球基準橢球面平行的橢球面上。從而中心控制系統可最終計算出用戶所在點的三維座標，這個座標經加密由出站信號發送給用戶。

由工作原理可以看出，該系統具備在中國及其周邊地區範圍內的定位、授時、報文和GPS廣域差分功能。但由於該系統用戶無法保持無線電靜默，也無法在高速移動的平臺上使用，“北斗一代”系統不能用於軍事用途，甚至可以說，是不完善的系統，是北斗二代的實驗系統。

二、北斗二代

隨著應用領域的日益擴大，中國衛星導航定位的市場規模從2000年的不到10億元增長到了2005年的120億元。專家預測，到2008年北斗系統的用戶將達到30萬，直接產值達35億元，占中國導航定位產業的20%左右，由它帶動的相關產業將達數百億元。在此背景下，中國已經開始建設自己的北斗全球衛星導航系統（北斗2代）。

北斗全球衛星導航系統的空間段由5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星組成。可以說，北斗二代完全包括了一代的功能。類似GPS+5顆北斗一代衛星的工作方式，北斗全球導航系統可以為用戶提供了強大而全面的服務。北斗系統可提供開放服務和授權服務兩種服務方式。開放服務原理類似GPS系統，是在服務區免費提供定位、測速和授時服務，定位精度為10米，授時精度為50納秒，測速精度0.2米/秒。授權服務是向授權用戶提供更安全的定位、測速、授時和通信服務以及系統完好性資訊的有償服務。按照計畫，中國將在2007年初發射兩顆靜止軌道導航衛星，2008年末發射首顆非靜止軌道衛星，預計到2008年左右滿足中國及周邊地區用戶對衛星導航系統的需求，並進行系統組網和試驗，逐步將服務區域從中國及周邊地區擴展到全球。中國全球定位系統技術應用協會資訊諮詢服務中心主任曹沖透露，“5+30”的導航衛星佈局將於2010年前建成。

北斗全球衛星導航系統建成後，中國軍隊也將擁有自主的全球衛星導航手段，車輛、單兵、艦船乃至高速移動的飛機和導彈都可以應用。可以預見，“北斗”將成為一個具有重大戰略意義的兵力倍增器。作為舉例，讓我們看看北斗指揮型用戶機的功能說明：

指揮型用戶機一般作為指揮調度網路的中心使用，也可以作為多級指揮網路的中心資訊環節。
1．具備普通用戶機的點對點通信、定位導航和定時功能；
2．可以接收所有出站波束的信號，獲取資料資訊（4~6個波束）；
3．可以監測所轄用戶機的所有定位、通信和定時資訊；
4．可以對所轄用戶機進行單個、部分或全部的指揮調度；
5．具有友好的圖形人機界面、數位地圖及強大的資訊處理和存貯能力。

可以看出，北斗系統可以使整個部隊從總部到單兵進入戰場資訊系統，並可以直接擔負起指揮網路的工作，其軍事用途之強由此可見一斑。

綜合上面的資訊來看，相比使用美國GPS系統，北斗二代有四大優勢。一，它同時具備定位與通訊功能，不需要其他通訊系統支援。而GPS只能定位。二，特別適合於集團用戶大範圍監控管理和資料獲取用戶資料傳輸應用。三，融合北斗導航定位系統和衛星增強系統兩大資源，因此也可利用GPS使之應用更加豐富。四，自主系統，安全、可靠、穩定，保密性強，適合軍事部門應用。

三、北斗系統大事記：

2000年10月31日0時02分，中國在西昌衛星發射中心用“長征三號甲”運載火箭，成功將中國自行研製的第一顆導航定位衛星━━“北斗導航試驗衛星”送入太空。
2000年12月21日0時20分，中國第二顆“北斗導航試驗衛星”，在西昌衛星發射中心用“長征三號甲”火箭發射升空。
2003年5月25日0時34分，中國在西昌衛星發射中心用“長征三號甲”運載火箭，成功地將第三顆“北斗導航定位衛星”（注：此為備份星）送入太空。
2003年6月1日， “北斗運營服務平臺”正式開通，這標誌著北斗導航定位系統的大規模應用進入了實質性階段。
2007年2月3日0時28分，中國在西昌衛星發射中心用“長征三號甲”運載火箭，成功將“北斗導航試驗衛星”（注：北斗二代試驗衛星）送入太空。發射升空後，因太陽帆板展開時發生故障，造成衛星不能正常運行。
2007年4月11日，西安衛星測控中心科技人員經過60天鏖戰，攻克多項技術難關，成功排除北斗導航試驗衛星星上故障。目前，衛星運行姿態良好，星上儀器工作正常。
2007年4月14日4時11分，中國在西昌衛星發射中心用“長征三號甲”運載火箭，成功將一顆“北斗導航衛星”（ＣＯＭＰＡＳＳ－Ｍ１）送入太空。

伽利略計畫（Galileo Project），伽利略衛星系統 << 2012 啟用>>


全球的衛星定位系統以美國的GPS（Global Positioning System；GPS）最為成熟且提供全球用戶免費使用，不過系統的營運權為美國軍方所有，美國隨時有權以國防安全理由將系統關閉，因此歐盟各國為免受制於美國此一不確定性政策因素之影響，乃決定自行發展另一套衛星定位系統，名為伽利略計畫（Galileo Project），伽利略衛星系統將可與美國GPS系統相容，以民用為主，同時具有更高的定位精準度（其定位精確度可達1公尺，遠高於GPS的5~10公尺）與訊號覆蓋範圍，將可提供更多的加值應用服務並創造更多的產業與就業機會。
伽利略計畫已於2005年發射第一顆衛星，預計於2011年完成30顆衛星系統建制，定位服務最早將於2008年開始，並將於2012年到2013年全面開放服務。預估伽利略全球衛星定位系統的開發與應用， 2010年將有17億5千萬歐元的產值，到2020年時更可達36億歐元產值。
由於歐盟伽利略衛星系統之發展屬於起步階段，各項與系統搭配之晶片、模組、接收器、終端產品等相關技術與產品也都還在發展階段中；因此，相對於美國GPS衛星系統之發展成熟，我國廠商若能及早投入伽利略衛星系統之相關產業技術研發，掌握關鍵發展技術，將可有效帶動我國廠商在全球衛星通訊產業之領先發展，創造更多的發展商機。所以，為協助我國廠商取得伽利略衛星通訊產業發展之領先契機，帶動產業再一波升級發展，經濟部研擬「伽利略計畫相關產業技術研發推動計畫」，本部技術處將以業界科專為主要工具，法人科專配合適時開發關鍵技術，以及蒐集系統規格、國際市場資訊、商機整合及技術諮詢服務平台等，另請本部工業局於工業合作計畫中提供適當協助。期望業者及早掌握關鍵技術與智財能量之開發，提升我國整體衛星通訊產業競爭力，以利未來雙模（EC Galileo及US GPS）衛星導航產品（晶片、模組、系統、及終端產品）與創新應用服務產業之發展。