2008年12月15日 星期一
無人駕駛VW Passat自動上路
霹靂遊俠李麥克，相信是許多六七年級生的童年回憶。影集中上天下海的霹靂車「夥計」更是當時兒童的夢幻名車首選。如今無人駕駛的霹靂車夢想，或許就要實現了！日前DARPA美國國防部先進研究計畫署宣佈，將舉辦第三屆DARPA Grand Challenge無人駕駛自動車大賽，實現全自動駕駛汽車的夢想。
起初Grand Challenge舉辦的目的，DARPA希望能研發出無人駕駛的車輛載具，運用於戰場上的運輸和補給用途。2004年第一屆大賽的目標要穿越全長142英哩的沙漠路段，15個參賽團隊全軍覆沒；到了2005年的第二屆大賽，四款參賽車輛成功地在十小時內通過了132英哩的比賽場地。今年DARPA設定了更高的目標－Urban Challenge城市挑戰賽。
Urban Challenge的目的在模擬市區路段，用來考驗參賽車輛能否安全且有效率地通過各式日常可見的交通狀況；從多樣化的路面品質、水泥護欄以至於消防栓都會出現在全長96公里的測試路段。同時規則也要求參賽車輛需在6個小時內通過整個路段，以達到時速16公里的標準。
Urban Challenge大賽模擬實際市區路況
來自六個國家中的65個隊伍，將角逐這次Urban Challenge的冠軍寶座。而來自德國的Team-LUX被視為相當具有競爭力。由車輛雷射感應器廠商ibeo的工程師團隊所成立的Team-LUX，運用了ibeo對於雷射感應器的多年經驗和技術，打造了這次的參賽車款－Lynx。架構在VW Passat 2.0TDI的車體上，Team-LUX的工程師在車頭兩側和車尾分別裝置了ibeo LUX雷射感應器，分別提供車頭220度和車尾150度的掃描寬度。
藉由ibeo LUX感應器，這輛特製的Passat能夠偵測車身周圍200公尺內的路面情形、交通狀況、建築物、車輛和行人。Ibeo LUX感應器將偵測得的資料傳輸至車上的EUC電子控制元件。經由特別的軟體處理和分析之後，ECU再藉由伺服馬達操控車輛的油門、煞車、方向盤和變速系統；全程皆不需人為操作，達到完全自動駕駛的功能。所有的配備都完全整合於車輛上，在外觀上Lynx和一般市售的Passat並無軒輊。
自動駕駛科技量產指日可待
Team-LUX將逐步參加Urban Challenge的先期賽事。而通過先期賽事的隊伍將在今年11月3日進入Urban Challenge的總決賽。同時ibeo將在2008年初開始量產最新的ibeo LUX雷射感應器；ibeo指出，目前自動駕駛的技術已接近量產的階段，而多家汽車廠商也與ibeo進行接觸，商談相關技術的應用。多家車廠包括Mercedes-Benz和Toyota都已裝置了雷達控距系統；在導入更多先進科技後，或許不久的將來，零車禍和自動駕駛真的會誕生在這個世界。
資料來源 :http://news.u-car.com.tw
起初Grand Challenge舉辦的目的，DARPA希望能研發出無人駕駛的車輛載具，運用於戰場上的運輸和補給用途。2004年第一屆大賽的目標要穿越全長142英哩的沙漠路段，15個參賽團隊全軍覆沒；到了2005年的第二屆大賽，四款參賽車輛成功地在十小時內通過了132英哩的比賽場地。今年DARPA設定了更高的目標－Urban Challenge城市挑戰賽。
Urban Challenge的目的在模擬市區路段，用來考驗參賽車輛能否安全且有效率地通過各式日常可見的交通狀況；從多樣化的路面品質、水泥護欄以至於消防栓都會出現在全長96公里的測試路段。同時規則也要求參賽車輛需在6個小時內通過整個路段，以達到時速16公里的標準。
Urban Challenge大賽模擬實際市區路況
來自六個國家中的65個隊伍，將角逐這次Urban Challenge的冠軍寶座。而來自德國的Team-LUX被視為相當具有競爭力。由車輛雷射感應器廠商ibeo的工程師團隊所成立的Team-LUX，運用了ibeo對於雷射感應器的多年經驗和技術，打造了這次的參賽車款－Lynx。架構在VW Passat 2.0TDI的車體上，Team-LUX的工程師在車頭兩側和車尾分別裝置了ibeo LUX雷射感應器，分別提供車頭220度和車尾150度的掃描寬度。
藉由ibeo LUX感應器，這輛特製的Passat能夠偵測車身周圍200公尺內的路面情形、交通狀況、建築物、車輛和行人。Ibeo LUX感應器將偵測得的資料傳輸至車上的EUC電子控制元件。經由特別的軟體處理和分析之後，ECU再藉由伺服馬達操控車輛的油門、煞車、方向盤和變速系統；全程皆不需人為操作，達到完全自動駕駛的功能。所有的配備都完全整合於車輛上，在外觀上Lynx和一般市售的Passat並無軒輊。
自動駕駛科技量產指日可待
Team-LUX將逐步參加Urban Challenge的先期賽事。而通過先期賽事的隊伍將在今年11月3日進入Urban Challenge的總決賽。同時ibeo將在2008年初開始量產最新的ibeo LUX雷射感應器；ibeo指出，目前自動駕駛的技術已接近量產的階段，而多家汽車廠商也與ibeo進行接觸，商談相關技術的應用。多家車廠包括Mercedes-Benz和Toyota都已裝置了雷達控距系統；在導入更多先進科技後，或許不久的將來，零車禍和自動駕駛真的會誕生在這個世界。
資料來源 :http://news.u-car.com.tw
GPS應用日新月異且日趨廣泛
GPS領域這幾年最大的改變就是晶片的大小與接收訊號的能力，過去純GPS接收器的體積非常大，衛星訊號的接收度也不高，因此絕大多數的產品開發僅限於專業領域如軍事與國防，並不適合一般消費者，但在晶片體積縮小後，GPS技術與消費性產品整合的機會大增，同時訊號接收技術的精進也將定位技術從郊外帶進充滿雜訊的城市裡，使用範圍更廣。
導航其實只是GPS應用的一種，畢竟GPS的核心在於地點定位（location），定位雖僅是一個單純的概念，能衍生出的應用卻是既多且廣的，其中單是定址服務（Location Based Services；LBS）涵蓋的內容傳輸便有無限可能。
根據許多國家的規定，未來1年內電信業者必須將GPS技術整合至手機產品之中，以得在緊急情況下，能運用的到。另外，其他具顯示面板的產品如DVD播放機、超行動個人電腦（UMPC）、數位相機或音樂播放機等皆可導入GPS應用，畢竟定位技術已跨越專業領域至消費市場，市場仍有許多機會待業者開發。
舉例而言，可攜式遊戲裝置現在相當受到歡迎，GPS技術提供定位偵測，改變過去僅透過雙手控制搖桿的模式，這種創新應用的市場接受度是可以預期的。同時相機過去的主要功能是捕捉影像，數位化之後增加了日期與時間的記錄功能，但捕捉影像最重要的還是景點，GPS提供定位方案，業者能進一步運用content資訊替產品進一步加值，這對日新月異的消費性電子市場的影響相當深遠。
導航其實只是GPS應用的一種，畢竟GPS的核心在於地點定位（location），定位雖僅是一個單純的概念，能衍生出的應用卻是既多且廣的，其中單是定址服務（Location Based Services；LBS）涵蓋的內容傳輸便有無限可能。
根據許多國家的規定，未來1年內電信業者必須將GPS技術整合至手機產品之中，以得在緊急情況下，能運用的到。另外，其他具顯示面板的產品如DVD播放機、超行動個人電腦（UMPC）、數位相機或音樂播放機等皆可導入GPS應用，畢竟定位技術已跨越專業領域至消費市場，市場仍有許多機會待業者開發。
舉例而言，可攜式遊戲裝置現在相當受到歡迎，GPS技術提供定位偵測，改變過去僅透過雙手控制搖桿的模式，這種創新應用的市場接受度是可以預期的。同時相機過去的主要功能是捕捉影像，數位化之後增加了日期與時間的記錄功能，但捕捉影像最重要的還是景點，GPS提供定位方案，業者能進一步運用content資訊替產品進一步加值，這對日新月異的消費性電子市場的影響相當深遠。
2008年12月14日 星期日
GPS趨勢
在2008 年CES 展上，GPS 功能的終端設備展出廠商，在整體數量上已經不如前幾年的可觀，除了幾家主要廠商如Mio、Tom Tom 及Garmin 之外，諸多與生產汽車電子產品相關的廠商，今年的展出重點多著重在以汽車影音娛樂為主。
在傳統的GPS 發展方面，除了以 Tom Tom、Garmin 及Mio 等傳統大廠主打擁有豐富的圖資之外，更強化他們在今年車用 GPS 設備上，已經開始將行動電話的功能進行整合，如Gamin 便在展場上展示出，其與HP 合作的車用 GPS Phone，強調其在 GPS 的服務方面，已經與其他的通訊大廠合作，可同時提供用戶GPS 及行動通訊等功能；另一大廠 Mio，亦在展場上展示出，自行研發的GPS Phone 設備，對這些傳統的GPS 大廠而言，面對手機業者紛紛將 GPS 功能透過軟體安裝的方式，來取代車用型的 GPS 設備之挑戰下，傳統的 GPS 大廠在展場上展出的設備，明顯的宣示未來在車用的 GPS 設備及服務上，將開始提供用戶行動通訊的功能；其他諸多的 GPS 車用設備廠商，在產品發展重點方面，除了在顯示的畫面上採用 3D 立體的地圖畫面(圖一)之外，更將車用型的 GPS 設備整合多媒體娛樂播送的功能(圖二)，讓使用者除了能在開車的途中，瞭解目前導航的狀況之外，能讓車上的其他人也同時觀看多媒體影片。
圖一、車用型GPS 3D 立體地圖畫面
圖二、車用型GPS 設備整合多媒體播送功能
資料來源 :工研院電子報 2008 年消費性電子三大發展趨勢
在傳統的GPS 發展方面，除了以 Tom Tom、Garmin 及Mio 等傳統大廠主打擁有豐富的圖資之外，更強化他們在今年車用 GPS 設備上，已經開始將行動電話的功能進行整合，如Gamin 便在展場上展示出，其與HP 合作的車用 GPS Phone，強調其在 GPS 的服務方面，已經與其他的通訊大廠合作，可同時提供用戶GPS 及行動通訊等功能；另一大廠 Mio，亦在展場上展示出，自行研發的GPS Phone 設備，對這些傳統的GPS 大廠而言，面對手機業者紛紛將 GPS 功能透過軟體安裝的方式，來取代車用型的 GPS 設備之挑戰下，傳統的 GPS 大廠在展場上展出的設備，明顯的宣示未來在車用的 GPS 設備及服務上，將開始提供用戶行動通訊的功能；其他諸多的 GPS 車用設備廠商，在產品發展重點方面，除了在顯示的畫面上採用 3D 立體的地圖畫面(圖一)之外，更將車用型的 GPS 設備整合多媒體娛樂播送的功能(圖二)，讓使用者除了能在開車的途中，瞭解目前導航的狀況之外，能讓車上的其他人也同時觀看多媒體影片。
資料來源 :工研院電子報 2008 年消費性電子三大發展趨勢
2008年12月12日 星期五
自動駕駛應用GPS
自動駕駛一直是汽車廠商們夢寐以求的終極目標，而戴姆勒克萊斯勒公司看起來已經離終點不遠了。
他們的Willwarn系統（Wireless Local Danger Warning無線局部危險警告）如果和之前已經實現的自動轉向，自動停車，雷達巡航，雷達追尾探測和GPS系統等結合在一起，幾乎可以完全做到自動駕駛了。
Willwarn系統使用汽車上原有的ABS，ESP，EBD以及GPS來探測危險的道路狀況（如霧天，結冰或者道路不平等）以及路面上的損壞車輛。 這些數據被採集之後，會通過WiFi網絡無線傳遞給500米內即將到來的車輛。
無線網絡接收到的信息可以顯示在車內屏幕上，供駕駛員提前作出判斷。這一車輛還可繼續把數據傳遞給下一輛車，如此接力下去，所有後來車輛都可以規避風險。
他們的Willwarn系統（Wireless Local Danger Warning無線局部危險警告）如果和之前已經實現的自動轉向，自動停車，雷達巡航，雷達追尾探測和GPS系統等結合在一起，幾乎可以完全做到自動駕駛了。
Willwarn系統使用汽車上原有的ABS，ESP，EBD以及GPS來探測危險的道路狀況（如霧天，結冰或者道路不平等）以及路面上的損壞車輛。 這些數據被採集之後，會通過WiFi網絡無線傳遞給500米內即將到來的車輛。
無線網絡接收到的信息可以顯示在車內屏幕上，供駕駛員提前作出判斷。這一車輛還可繼續把數據傳遞給下一輛車，如此接力下去，所有後來車輛都可以規避風險。
戴姆勒克萊斯勒公司希望在2010年之前將這套系統實現商用，最初會安裝在奔馳和邁巴赫的頂級車款中。
資料來源 : 泡泡網 2006年12月12日類型:原創作者:趙健鋒 編輯:趙健鋒
2008年12月8日 星期一
GPS 原理 (Global Positioning System)
目前全球有 2 套 GPS (Global Positioning System) 全球定位系统人造衛星，分别由美國及俄羅斯擁有，全球大多數用戶都是使用美國的系统。
﹒ GPS 人造衛星定位技術，原只是在軍事上使用，現在已擴展至民用，提供國際民航、海事、救援等服務。在民航 上看到電視不時顯示時速，方向、地圖、距離目的地等報告，便是 GPS 的應用。
﹒ 依據國際協議，美國國防部需發射至少 24 個人造衛星及維持系统的運作，系统由 6 個圓環型軌道圍着地球及地面控制站組成，每一軌道有至少 4 個 GPS 人造衛星，由於衛星會老化，美國國防部一直有增加衛星數目。國際協議規定 GPS 人造衛星部份功能必須免費開放民用，但美國國防部已經宣布為其本國利益，可以在没有預警下關閉局部地區 (如戰區) 的民用服務。
﹒ 請注意 GPS 衛星是「非定位衛星」，假設你拿着 GPS 接收器站着不動，GPS衛星會不停地在軌道上運行而轉變 你的相對位置。所以你的 GPS 接收器常收到不同的衛星编號。我們家中的電視衛星是「定位衛星」即是 地球同步轉動，例如在南中國海上空的衛星停留在南中國海上空同一位置，你只要把電視天線固定面向衛星，便可以收到電視訊號。
﹒ GPS 接收器定位方法，是要可以直射收到 4 個或以上衛星，用訊號反射來回時間計算。另外，還有一些其它定位方法，例如日本政府在主要城市道路增加修補的定位訊號，但這是重大的政府投資，以目前港府的財力，短期内都不會有具體計劃。亦可以用機械加電子方法量度車輛行駛時的 動資料補足，但車主就要特别投資在這 系统上。
﹒ 正確使用 GPS 接收器，可以减少接收干擾，例如GPS 不能在室内、停車場、天橋底應用，因為根本不能收到衛星直射的訊號。在汽車内，應使用有長天線的 GPS，并把天線用磁石置在汽車外，不應使用没有延長天線的型號。在香港 90% 以上地方都可以接收成功，但如在灣仔道及皇后大道中部份路段，因為路如蛇一般彎曲，而且四周都是高樓大厦，嚴重阻擋電波，會常常收不到訊號。但同樣在市中心，彌敦道、佐敦道、窩打老道、亞皆老街等，因為是一條很直的大道，不會受到兩旁高樓大厦的遮擋，所以接收訊號都没有問題。
﹒ 為何要使用 4 個衛星﹖ 用最簡單的說法，是因為定位要由數個衛星和你的相對位置决定，用接收訊號方程式包括時間/衛星軌跡/距離計算。有如幾何學用圓弧相交求交叉點般。在平面幾何上，2 個圓弧相交於 2 點，要知道那一點正確便要量度 第 3 個點的距離 (即第 3 個圓弧)﹔所以平面幾何上用到 3 點距離便可定位。在立體的情形下，多了高度，便要利用第 4 個衛星了。
﹒ 當衛星剛好在你的 GPS 上，距離最近，訊號最强，為何又不是最好的呢﹖ 因為定位是要由數個衛星和你的相對位置决定，當幾個圓的中心十分接近，則交點便不准 (見圖)。這 誤差，可以由 GPS 系统的内置方程式計算。稱為 GDOP (Geometric Dilution of Precision)，例如GDOP 4m是指衛星 你的相對位置有 4 米誤差。
﹒ 一些不正確的GPS測試報告，主要是没把GPS妥善安裝，例如進行行車測試時卻把天線放在車内、或書寫成在公園東面收到，在西面收不到定位等。其實在公園東面收到定位，可能在 5 分鍾後會收不到，反過來說，西面現在收不到，在下一秒卻可能收到訊號﹔因有些 GPS 出 用省電設定，每數秒或 10 秒始更新一次、所以可能會出現以上所述的情况。因此使用者必須正確安裝和了解 GPS 的功能和局限。
衛星全在頭頂，GDOP 不精，相交圓弧不清，引致誤差。
精確的 GDOP，交點清晰。
全球衛星定位系統工作原理與市場概述
全球衛星定位系統工作原理與市場概述
(NAVSTAR GPS, NAVigation Satellite Timing And Ranging Glogal Positioning System, 以下簡稱GPS)
什麼是GPS ?
GPS 的基本定位原理
GPS相關名詞解釋
GPS 在消費性電子產品上的應用
GPS的市場現況
什麼是GPS ?
全球衛星定位系統（Global Position System, GPS）為美國國防部開發，利用規模遍及全球的人造衛星之航法系統，由24顆人造衛星所構成，其中包括三顆預備衛星。利用對民間開放的C/A碼標準測法，能得到數十米的精度，為無線電定位法的一種。衛星定位系統整體運作上可分成三部份：太空部分、地面部分以及訊號部分。
太空部分目前 GPS 衛星已發展至 Block II 型式的定位衛星， 由Rockwell International 製造，在軌道上重量約 1,900 磅， 太陽能接收板長度約17 呎，預期壽命為7.5年，於 1994年完成第24顆衛星的發射，整個GPS 系統正式宣告建構完成。因此目前太空中有24顆GPS 衛星可供定位運用，它們平均分佈於6個軌道面，每個軌道面上各有 4顆，距離地面高度約10,900海浬 (大約20,000公里)， 呈55°角傾斜繞行地球運轉，繞行地球一周需 12 恆星時，每日可繞行地球 2周，這也就是說，不論任何時間，任何地點，包含北極, 南極，至少有 4 顆以上的衛星出現在我們的上空。
訊號部分GPS衛星產生兩組隨機電碼，一組稱為C/A碼，一組稱為P碼。C/A碼主要開放給民間使用，因此在精度上刻意降低，P碼則是美國國防部保留為其軍事用途的電碼，精度比C/A碼高很多，因此設有密碼，一般民間使用者無法解讀。一般而言，GPS衛星傳送兩種頻率的載波， L1 (Link 1) 載波的頻率為1575.42 MHZ，L2 (Link 2)載波的頻率為1227.60MHZ。
地面部分地面設施部分主要包含GPS監控站與使用者接收設備兩部份。
監控站包括一個主要控制站（Master Control Station）、五個監測站（Monitor Station）－分佈於夏威夷、亞森欣島、迪亞哥加西亞、瓜加林島、科羅拉多州、三個地面控制站（Ground Control Station）等。監測站主要負責追蹤所有衛星的運行位置、時間、氣象資料及電離層資料等，將每15秒觀測到所有資料，計算出每15分鐘一組的平滑化數據（Smoothed Data），傳送到主控制站後，由主控制站加以統合，計算出衛星星曆、時錶修正量、電離層改正係數，再轉換成導航訊息，以維護衛星系統的精度與正常運作，此部份由美國國防部負責，使用者無從瞭解也毋需瞭解此部份的技術。
使用者接收設備主要是一個衛星訊號接收器，依照不同的目的而有不同的定位能力，基本的功能是接收L1載波，分離出C/A電碼，進行最簡單的虛擬距離定位，也是一般車輛定位所使用的機型。其中必須注意的是：GPS衛星產生兩種不同的載波來承載所有電碼與訊息，其中C/A碼僅調置在L1載波上，P碼則分別調置在L1與L2載波上，並區別為P1與P2電碼，但美國軍方目前僅開放C/A碼僅民間使用。而一般間使用之接收機可經由差分修正(DGPS差分定位)達15呎或更加之準確度。但使用DGPS訊號需付費，一般使用者應考量成本及使用目地是否需要到如此精準。如做汽車導航您所需要知道的是您的相對位置配合您所使用之電子地圖，無需使用到那麼高精度之定位。
GPS 的基本定位原理
GPS 的定位是利用衛星基本三角定位原理，GPS 接收裝置以測量無線電信號的傳輸時間來量測距離，以距離來判定衛星在太空中的位置，這是一種高軌道與精密定位的觀測方式。假設衛星在11,000英哩高處，測量我們的距離，首先以11,000英哩為半徑，以此衛星為圓心畫一圓，而我們位置正處於球面上。 再假設第二顆衛星距離我們12,000英哩，而我們正處於這二顆球所交集的圓周上。現在我們再以第三顆衛星做精密定位，假設高度13,000 英哩，我們即可進一步縮小範圍到二點位置上，但其中一點為非我們所在的位置極有可能在太空中的某一點，因此，我們捨棄這一點參考點，選擇另一點為位置參考點。 如果要獲得更精確的定位，則必定要再測量第四個顆衛星，從基本物理的觀念上來說，以訊號傳輸的時間乘以速度即是我們與衛星的距離，我們將此測得的距離稱為虛擬距離，在 GPS 的測量上，我們測的是無線信號，速度幾乎達18萬6千英哩/Sec的光速，而時間卻短的驚人，甚至只要0.06秒，時間的測量需要二個不同的時錶，一個時錶裝置於衛星上以記錄無線電信號傳送的時間，另一個時錶則裝置在接收器上，用以記錄無線電信號接收的時間，雖然衛星傳送信號至接收器的時間極短，但時間上並不同步，假設衛星與接收器同時發出聲音給我們，我們會聽到二種不同的聲音，這是因為衛星從11,000英哩遠的地方傳來，所以會有延遲的時間，因此，我們可以延遲接收器的時間，從此延遲的時間╳速度，就是接收器到衛星的距離，此即為 GPS 的基本定位原理。
那麼GPS衛星究竟傳輸那些資料呢？衛星所傳輸的訊號包含有偽亂碼(Pseudo random code)、星曆資料(Ephemeris:英語發音為ee-fem-er-is)及Almanac。
1、偽亂碼(詳細請參見"GPS測距碼的作用")可幫助我們知道衛星訊號是由那一顆衛星所傳輸下來，所以偽亂碼即是一顆衛星的身份證(ID code)。其衛星編碼從1至32。因此我們可從GPS接收機上看到所接收到的衛星編號。但為何超過24個偽亂碼呢？這是因為當有新的替代衛星發射啟用時，可馬上給與這顆替代衛星一個新編號，當真正被淘汰的衛星不能使用時，就取代淘汰的衛星。
2、星曆資料含有衛星是否健康或不健康之資訊、現在日期、時間，這些資料使您的接收機知道現再時間日期其決定您目前的位置。
3、Almanac傳輸軌道資訊告知接收機各衛星所在天空之位置。
簡單的說GPS時如何運作：每一顆衛星會告訴您使用的接收機三件事，我是第幾號衛星，我現位置在那裏，我什麼時候送這訊息給您。當您的GPS接收機接收到這些資料後會將星曆資料及Almanac存起來使用，這些資料也用做修正GPS接收機上的時間。
GPS接收機比較每一衛星訊號接收到的時間及本身接收機的時間的不同，而計算出每一衛星道接收機的距離。接收機若在接收到更多衛星時，它可利用三角公式計算出接收機所在位置。三顆衛星可做所謂2D定位(經度及緯度)，四顆或更多衛星可做所謂3D定位(經度、緯度及高度)。接收機繼續不段地更新您的位置，所以它可計算出您的移動方向及速度
另外影響GPS接收機準確度的因素是衛星(satellite geometry)，(satellite geometry)是指以接收機為基準，各衛星的相對位置。GPS接收機與它所接收到訊號的衛星所構成的角度，會影響到定位的精準度﹐角度過小﹐或者接收到的衛星太過聚集﹐都會降低定位的精準度。衛星與衛星的角度小時，相對於角度大時，會產生較大的定位誤差。現在以二顆衛星為例說明，請看圖示(Please wait)假設衛星A及B於瞬間不移動，而且假設衛星A沒有受到其它干擾既衛星A提供非常準確的定位資訊，此時假設衛星B啟動SA或受其它干擾造成定位訊號有誤差時，接收機會認為衛星B的位置會是在衛星B1之位置，結果造成CD線段的誤差量，兩衛星的夾角大時CD線段較小，因此定位會較準確。如果這四顆衛星分佈在各不同方向，其定位的準確度會大大提升。若四顆衛星各分佈在東、西、南、北，則此時各衛星訊號交會面會更小，會使定位精度更高，既使有SA也可達100呎或更好的準確度。
當我們使用GPS接收機於車內、接近於高建物或隆起之高地，這都會造成衛星訊號被阻擋，所接收到的衛星數目減少，當接收機周邊越多阻礙物時，接收機就越難定位。但接收機接受到很多衛星時並不一定更精確，這還與衛星在天空的位置(azimuth and elevation)也會影響其精確度。
另外會影響其精確度的是叫"多重路徑"。簡單的說多重路徑就是無線電波被障礙物所反射。多重路徑的實例就是以往黑白及彩色電視機利用天線接收時，電視會發生多重影像，現在電視接電纜線再也不會發生這種情況。衛星訊號也會發生訊號受到反射而延遲到達接收機的時間，這會使接收機認為衛星北實際位置更遠，但這誤差不會超過15呎。
其它誤差還有受大氣層的影響含離子層及對流層，內部時鐘誤差。
常有初學者問買怎樣的GPS接收機最好？這沒有正確的答案，可從下面來討論：首先您要問自己要做何應用？買接收機是要買適合您的應用，如果您有特別需求若是要放在車上，一掌上型的接收機就可使用。若您需要海上或航空使用時就需要含有導航的資訊，此時您需要一更經確的接收機或含有所在地地圖之接收機。若是海上使用您還可能需要可看深度之接收機。
當您決定所使用之範圍，通常您就可選擇一適當之接收機，而通常都會有好幾種機種及價格。是否選擇高單價機種或額外的付屬套件，端視是否符合您的需求。如果發現有好幾種機種可要求試用是否符合自己所需，有的在操作上一機種較另一機種較容易。
GPS相關名詞解釋
選效SA (Selective Availability)效應 即刻意將衛星上的時鐘撥亂﹐以及廣播不準確的軌道參數使定位誤差達100公尺以上﹐為克服定位精度不準確的問題﹐必須加入差分定位的技術﹐來改善定位的精度。DGPS-差分定位 Differential GPS差分定位一種技術用以增加GPS定位的精確度，經由一已知點所測得的誤差，將一未知的地點所測的位置量扣除誤差的部份，便得以較精確的位置值。GPS的精確定位系統(Precise Positioning system, PPS) 只有授權的使用者具備有解碼設備及密碼及特殊之接收機才有辦法使用精確定位系統。通常能使用這一系統的單位為美軍、某些政府單位及一些被美國政府允許使用的人。其精確度為水平精度17.8公尺、垂直精度27.7公尺、時間精度100 nanosecond。GPS的標準精度定位(Standard Positioning System, SPS) 一般民間使用者皆可使用無需付任何費用，大部份的GPS的接收機皆可使用標準精度定位。標準精度定位的精確度已故意加入誤差(Selective Availability)，其精確度為水平精度100公尺、垂直精度156公尺、時間精度167 nanosecond。反愚效應Anti-Spoofing(A-S) 在美國國防部實施AS效應後P電碼皆鎖碼成Y電碼。Y電碼一般用戶無法解碼﹐但一些GPS接收機製造商仍能以特殊的解碼電路技術(如Ashtech Z-tracking)取得較高精度之電碼觀測量﹐但無類似技術的GPS接收機﹐即無法量測﹐例如Leica Wild GPS-System 200﹐在1994年1月31日AS啟動前﹐它可執行P電碼測距﹐及全波長L1與L2載波相位量測。AS啟動後﹐L2上僅測得半波長數據﹐其量測雜訊亦變大。MOB的功能 所謂MOB功能是指人員落海警示功能，這個通常是用在海上的用途。當有船上成員落海的時候，船上的成員比如說船長，他可以使用這個功能將落海所在的位置立刻標示起來，此時GPS立刻鍵入導航模式，而所指向的導航點永遠是人員落海的那個點，在強風巨浪之下，要尋找失蹤落海的人員這功能顯得十分重要。航點(WAYTOINT) 航點是航海用的名詞，它的意思是在一個指定的位置上做標記。就GPS接收機而言，可以在任何一個位置標記航點，將它儲存在記憶體中，以作為將來參考的用途。模擬模式(SIMULAPORMODE) 模擬模式是GARMIN45所特有的模式，它模擬衛星訊號是處於接收狀態之下，這個功能最主要是來幫助使用者在室內或者是無法接收到衛星的環境之下能夠練習使用GPS，當然在室內時可以使用正常模式(MORNALMODE)，然而當使用正常模式的時候GARMIN45一直無法接收到衛星訊號時，那麼將在15分鐘後自動關閉電源，這是為了省電的考慮。單頻 vs 雙頻 NAVSTAR定位衛星實際上以兩種無線電頻率傳送定位訊號﹕L1與L2﹐L1上調製出民用(C/A)與軍用(P1)兩種電碼﹐L2上調僅製出軍用碼(P2)。一般民用級的GPS接收機僅能接收L1頻率及其未經鎖碼的電碼以做為定位之用。有兩種方法可以計算出位置﹐最普遍的方法是同時接收四顆(至少是三顆)衛星訊號﹐由L1頻率上的電碼中讀取時間及衛星位置資訊﹐再經由相當複雜的矩陣運算﹐計算出位置。此方法可達到15公尺的精確度。 要達到更好的精確度﹐則必須運用載波相位觀測量(carrier phase measurement)載波相位觀測量是一種運用無線電訊號特性來計算距離的技術。理論上我們是假設從衛星發射至接收機的無線電訊號是呈一直線﹐但是事實並非如此﹐訊號會因大氣層的影響而產生偏向﹐特別是電離層效應。電離層能夠使我們能夠收到遠達數百哩外的無線電台的播送內容。 GPS所使用的頻率波段並不會受到太多的偏向﹐也不會因此造成1公尺或者更大的誤差。而經由雙頻比較可消去電離層效應所產生的誤差﹐這是因為電離層效應與電波頻率有關﹐所以如果GPS接收機可同時接收Ll民用頻率及L2軍用頻率﹐接收機即可判斷出電離層效應所造成的誤差﹐在計算位置之前加以排除。
GPS 在消費性電子產品上的應用
在介紹完有關GPS的基本原理後，我們就要導入正題。也就是探討GPS在消費性電子產品上有那些技術的瓶頸，並且有那些解決方案。首先這裡所指的消費性電子產品泛指一般手持式產品，包括PDA、Handheld PC ( Palm PC), Smart Phone，行動車用導航等。 在已往對於GPS的主要應用層面在於小型航空器、遊艇船隻、個人追蹤導航及特殊用途單一功能的應用。而如今在切入消費性電子市場後，所有的GPS IC設計公司都體認到有四個障礙需要克服。第一個也是最關鍵的問題就是接收靈敏度的問題。一般的消費者在使用GPS時，多數會處在市區內，甚至在建築物內，這樣的環境絕對是GPS的天敵，因為在這樣的環境下，衛星傳送下來的訊號不僅會被衰減，多重反射(multi-path)，甚至完全收不到任何訊號(indoor)。為了改善接收靈敏度的問題，Trimble公司無不在RF IC上力求精進。 第二個瓶頸是消耗功率大小，在手持式的電子產品，省電一直是一個最重要的課題。目前在市場上各家IC的功率消耗分別從200mW 到400mW不等。除了基本的耗電需要再繼續降低外，有效的電源管理設計就成了最重要的設計之一。這其中以Trimble公司 的M-Loc 設計最為突出，在程式規劃下，其功率消耗可以一直維持在100 mW 以下。 緊接著要談到的第三個障礙是GPS接收器的尺寸大小，一般的GPS接收器設計，大體包含有射頻IC，GPS ASIC 處理器，CPU和記憶體。再加上週邊其他電路後，其尺寸大約是一般名片大小。然而這樣的尺寸完全不能符合手持式電子產品的需求，因此Trimble公司因應市場上需求設計開發更小包裝尺寸的M-Loc GPS模組。並且在軟體設計上也使得記憶體可以與其他系統共用，進而大大地減少IC的數量 。 最後一個就是價格問題，凡是要同消費大眾普及化的產品，在價格上一定要有競爭力，這表示著GPS廠商一定要打入手持式產品(cellular phone, PDA, etc.)市場，用數量上的優勢來降低價格。只要是在這四個方面領先的廠商，必然能夠順利的切入消費性電子產品的市場。
GPS的市場現況
目前提供GPS的廠家可大致區分為四類，第一類是只提供晶片(GPS Chipset)然後支援客戶研發終端產品(end product)的廠家，如Infineon、Phillip、 IBM、 A&D、ST等。第二類是提供GPS模組的廠家，如Trimble、Motorola、 Rockwell 。第三類是指提供一般商用終端產品的廠家，這類的終端產品有汽車導航器、船用/飛機用/個人用導航器，其特點就是含有方便的導航軟體，友善的人機介面(如LCD、顯示器、Keypad)，甚至再加上2-way transceiver (在此汎指GSM CDPD Trunk Radio WCDMA等)，此類廠家如Trimble、Garmin、 Magellen 。第四類廠家指的是生產高精確度的GPS接收器，也就是有得到P碼授權的業者，如Leica。當然也有少數提供IP整合方案的廠商如Parthus。 而特別在通訊電子產品上著力，並且可以與行動通訊設備大廠合作，而能夠提供Location Based Service 的有Trimble、Motorola、Rockwell….。 隨著消費性電子產品的應用層面日廣，不少電子產品都在積極地規劃整合GPS的導航功能，最普遍的如電子地圖公司、汽車導航系統、行動電話、PDA、Smart Phone等。一旦GPS的導航功能搭配上適當的電子地圖與規劃完善的導航軟體，則未來GPS將會成為人人必備的生活必需品。
(NAVSTAR GPS, NAVigation Satellite Timing And Ranging Glogal Positioning System, 以下簡稱GPS)
什麼是GPS ?
GPS 的基本定位原理
GPS相關名詞解釋
GPS 在消費性電子產品上的應用
GPS的市場現況
什麼是GPS ?
全球衛星定位系統（Global Position System, GPS）為美國國防部開發，利用規模遍及全球的人造衛星之航法系統，由24顆人造衛星所構成，其中包括三顆預備衛星。利用對民間開放的C/A碼標準測法，能得到數十米的精度，為無線電定位法的一種。衛星定位系統整體運作上可分成三部份：太空部分、地面部分以及訊號部分。
太空部分目前 GPS 衛星已發展至 Block II 型式的定位衛星， 由Rockwell International 製造，在軌道上重量約 1,900 磅， 太陽能接收板長度約17 呎，預期壽命為7.5年，於 1994年完成第24顆衛星的發射，整個GPS 系統正式宣告建構完成。因此目前太空中有24顆GPS 衛星可供定位運用，它們平均分佈於6個軌道面，每個軌道面上各有 4顆，距離地面高度約10,900海浬 (大約20,000公里)， 呈55°角傾斜繞行地球運轉，繞行地球一周需 12 恆星時，每日可繞行地球 2周，這也就是說，不論任何時間，任何地點，包含北極, 南極，至少有 4 顆以上的衛星出現在我們的上空。
訊號部分GPS衛星產生兩組隨機電碼，一組稱為C/A碼，一組稱為P碼。C/A碼主要開放給民間使用，因此在精度上刻意降低，P碼則是美國國防部保留為其軍事用途的電碼，精度比C/A碼高很多，因此設有密碼，一般民間使用者無法解讀。一般而言，GPS衛星傳送兩種頻率的載波， L1 (Link 1) 載波的頻率為1575.42 MHZ，L2 (Link 2)載波的頻率為1227.60MHZ。
地面部分地面設施部分主要包含GPS監控站與使用者接收設備兩部份。
監控站包括一個主要控制站（Master Control Station）、五個監測站（Monitor Station）－分佈於夏威夷、亞森欣島、迪亞哥加西亞、瓜加林島、科羅拉多州、三個地面控制站（Ground Control Station）等。監測站主要負責追蹤所有衛星的運行位置、時間、氣象資料及電離層資料等，將每15秒觀測到所有資料，計算出每15分鐘一組的平滑化數據（Smoothed Data），傳送到主控制站後，由主控制站加以統合，計算出衛星星曆、時錶修正量、電離層改正係數，再轉換成導航訊息，以維護衛星系統的精度與正常運作，此部份由美國國防部負責，使用者無從瞭解也毋需瞭解此部份的技術。
使用者接收設備主要是一個衛星訊號接收器，依照不同的目的而有不同的定位能力，基本的功能是接收L1載波，分離出C/A電碼，進行最簡單的虛擬距離定位，也是一般車輛定位所使用的機型。其中必須注意的是：GPS衛星產生兩種不同的載波來承載所有電碼與訊息，其中C/A碼僅調置在L1載波上，P碼則分別調置在L1與L2載波上，並區別為P1與P2電碼，但美國軍方目前僅開放C/A碼僅民間使用。而一般間使用之接收機可經由差分修正(DGPS差分定位)達15呎或更加之準確度。但使用DGPS訊號需付費，一般使用者應考量成本及使用目地是否需要到如此精準。如做汽車導航您所需要知道的是您的相對位置配合您所使用之電子地圖，無需使用到那麼高精度之定位。
GPS 的基本定位原理
GPS 的定位是利用衛星基本三角定位原理，GPS 接收裝置以測量無線電信號的傳輸時間來量測距離，以距離來判定衛星在太空中的位置，這是一種高軌道與精密定位的觀測方式。假設衛星在11,000英哩高處，測量我們的距離，首先以11,000英哩為半徑，以此衛星為圓心畫一圓，而我們位置正處於球面上。 再假設第二顆衛星距離我們12,000英哩，而我們正處於這二顆球所交集的圓周上。現在我們再以第三顆衛星做精密定位，假設高度13,000 英哩，我們即可進一步縮小範圍到二點位置上，但其中一點為非我們所在的位置極有可能在太空中的某一點，因此，我們捨棄這一點參考點，選擇另一點為位置參考點。 如果要獲得更精確的定位，則必定要再測量第四個顆衛星，從基本物理的觀念上來說，以訊號傳輸的時間乘以速度即是我們與衛星的距離，我們將此測得的距離稱為虛擬距離，在 GPS 的測量上，我們測的是無線信號，速度幾乎達18萬6千英哩/Sec的光速，而時間卻短的驚人，甚至只要0.06秒，時間的測量需要二個不同的時錶，一個時錶裝置於衛星上以記錄無線電信號傳送的時間，另一個時錶則裝置在接收器上，用以記錄無線電信號接收的時間，雖然衛星傳送信號至接收器的時間極短，但時間上並不同步，假設衛星與接收器同時發出聲音給我們，我們會聽到二種不同的聲音，這是因為衛星從11,000英哩遠的地方傳來，所以會有延遲的時間，因此，我們可以延遲接收器的時間，從此延遲的時間╳速度，就是接收器到衛星的距離，此即為 GPS 的基本定位原理。
那麼GPS衛星究竟傳輸那些資料呢？衛星所傳輸的訊號包含有偽亂碼(Pseudo random code)、星曆資料(Ephemeris:英語發音為ee-fem-er-is)及Almanac。
1、偽亂碼(詳細請參見"GPS測距碼的作用")可幫助我們知道衛星訊號是由那一顆衛星所傳輸下來，所以偽亂碼即是一顆衛星的身份證(ID code)。其衛星編碼從1至32。因此我們可從GPS接收機上看到所接收到的衛星編號。但為何超過24個偽亂碼呢？這是因為當有新的替代衛星發射啟用時，可馬上給與這顆替代衛星一個新編號，當真正被淘汰的衛星不能使用時，就取代淘汰的衛星。
2、星曆資料含有衛星是否健康或不健康之資訊、現在日期、時間，這些資料使您的接收機知道現再時間日期其決定您目前的位置。
3、Almanac傳輸軌道資訊告知接收機各衛星所在天空之位置。
簡單的說GPS時如何運作：每一顆衛星會告訴您使用的接收機三件事，我是第幾號衛星，我現位置在那裏，我什麼時候送這訊息給您。當您的GPS接收機接收到這些資料後會將星曆資料及Almanac存起來使用，這些資料也用做修正GPS接收機上的時間。
GPS接收機比較每一衛星訊號接收到的時間及本身接收機的時間的不同，而計算出每一衛星道接收機的距離。接收機若在接收到更多衛星時，它可利用三角公式計算出接收機所在位置。三顆衛星可做所謂2D定位(經度及緯度)，四顆或更多衛星可做所謂3D定位(經度、緯度及高度)。接收機繼續不段地更新您的位置，所以它可計算出您的移動方向及速度
另外影響GPS接收機準確度的因素是衛星(satellite geometry)，(satellite geometry)是指以接收機為基準，各衛星的相對位置。GPS接收機與它所接收到訊號的衛星所構成的角度，會影響到定位的精準度﹐角度過小﹐或者接收到的衛星太過聚集﹐都會降低定位的精準度。衛星與衛星的角度小時，相對於角度大時，會產生較大的定位誤差。現在以二顆衛星為例說明，請看圖示(Please wait)假設衛星A及B於瞬間不移動，而且假設衛星A沒有受到其它干擾既衛星A提供非常準確的定位資訊，此時假設衛星B啟動SA或受其它干擾造成定位訊號有誤差時，接收機會認為衛星B的位置會是在衛星B1之位置，結果造成CD線段的誤差量，兩衛星的夾角大時CD線段較小，因此定位會較準確。如果這四顆衛星分佈在各不同方向，其定位的準確度會大大提升。若四顆衛星各分佈在東、西、南、北，則此時各衛星訊號交會面會更小，會使定位精度更高，既使有SA也可達100呎或更好的準確度。
當我們使用GPS接收機於車內、接近於高建物或隆起之高地，這都會造成衛星訊號被阻擋，所接收到的衛星數目減少，當接收機周邊越多阻礙物時，接收機就越難定位。但接收機接受到很多衛星時並不一定更精確，這還與衛星在天空的位置(azimuth and elevation)也會影響其精確度。
另外會影響其精確度的是叫"多重路徑"。簡單的說多重路徑就是無線電波被障礙物所反射。多重路徑的實例就是以往黑白及彩色電視機利用天線接收時，電視會發生多重影像，現在電視接電纜線再也不會發生這種情況。衛星訊號也會發生訊號受到反射而延遲到達接收機的時間，這會使接收機認為衛星北實際位置更遠，但這誤差不會超過15呎。
其它誤差還有受大氣層的影響含離子層及對流層，內部時鐘誤差。
常有初學者問買怎樣的GPS接收機最好？這沒有正確的答案，可從下面來討論：首先您要問自己要做何應用？買接收機是要買適合您的應用，如果您有特別需求若是要放在車上，一掌上型的接收機就可使用。若您需要海上或航空使用時就需要含有導航的資訊，此時您需要一更經確的接收機或含有所在地地圖之接收機。若是海上使用您還可能需要可看深度之接收機。
當您決定所使用之範圍，通常您就可選擇一適當之接收機，而通常都會有好幾種機種及價格。是否選擇高單價機種或額外的付屬套件，端視是否符合您的需求。如果發現有好幾種機種可要求試用是否符合自己所需，有的在操作上一機種較另一機種較容易。
GPS相關名詞解釋
選效SA (Selective Availability)效應 即刻意將衛星上的時鐘撥亂﹐以及廣播不準確的軌道參數使定位誤差達100公尺以上﹐為克服定位精度不準確的問題﹐必須加入差分定位的技術﹐來改善定位的精度。DGPS-差分定位 Differential GPS差分定位一種技術用以增加GPS定位的精確度，經由一已知點所測得的誤差，將一未知的地點所測的位置量扣除誤差的部份，便得以較精確的位置值。GPS的精確定位系統(Precise Positioning system, PPS) 只有授權的使用者具備有解碼設備及密碼及特殊之接收機才有辦法使用精確定位系統。通常能使用這一系統的單位為美軍、某些政府單位及一些被美國政府允許使用的人。其精確度為水平精度17.8公尺、垂直精度27.7公尺、時間精度100 nanosecond。GPS的標準精度定位(Standard Positioning System, SPS) 一般民間使用者皆可使用無需付任何費用，大部份的GPS的接收機皆可使用標準精度定位。標準精度定位的精確度已故意加入誤差(Selective Availability)，其精確度為水平精度100公尺、垂直精度156公尺、時間精度167 nanosecond。反愚效應Anti-Spoofing(A-S) 在美國國防部實施AS效應後P電碼皆鎖碼成Y電碼。Y電碼一般用戶無法解碼﹐但一些GPS接收機製造商仍能以特殊的解碼電路技術(如Ashtech Z-tracking)取得較高精度之電碼觀測量﹐但無類似技術的GPS接收機﹐即無法量測﹐例如Leica Wild GPS-System 200﹐在1994年1月31日AS啟動前﹐它可執行P電碼測距﹐及全波長L1與L2載波相位量測。AS啟動後﹐L2上僅測得半波長數據﹐其量測雜訊亦變大。MOB的功能 所謂MOB功能是指人員落海警示功能，這個通常是用在海上的用途。當有船上成員落海的時候，船上的成員比如說船長，他可以使用這個功能將落海所在的位置立刻標示起來，此時GPS立刻鍵入導航模式，而所指向的導航點永遠是人員落海的那個點，在強風巨浪之下，要尋找失蹤落海的人員這功能顯得十分重要。航點(WAYTOINT) 航點是航海用的名詞，它的意思是在一個指定的位置上做標記。就GPS接收機而言，可以在任何一個位置標記航點，將它儲存在記憶體中，以作為將來參考的用途。模擬模式(SIMULAPORMODE) 模擬模式是GARMIN45所特有的模式，它模擬衛星訊號是處於接收狀態之下，這個功能最主要是來幫助使用者在室內或者是無法接收到衛星的環境之下能夠練習使用GPS，當然在室內時可以使用正常模式(MORNALMODE)，然而當使用正常模式的時候GARMIN45一直無法接收到衛星訊號時，那麼將在15分鐘後自動關閉電源，這是為了省電的考慮。單頻 vs 雙頻 NAVSTAR定位衛星實際上以兩種無線電頻率傳送定位訊號﹕L1與L2﹐L1上調製出民用(C/A)與軍用(P1)兩種電碼﹐L2上調僅製出軍用碼(P2)。一般民用級的GPS接收機僅能接收L1頻率及其未經鎖碼的電碼以做為定位之用。有兩種方法可以計算出位置﹐最普遍的方法是同時接收四顆(至少是三顆)衛星訊號﹐由L1頻率上的電碼中讀取時間及衛星位置資訊﹐再經由相當複雜的矩陣運算﹐計算出位置。此方法可達到15公尺的精確度。 要達到更好的精確度﹐則必須運用載波相位觀測量(carrier phase measurement)載波相位觀測量是一種運用無線電訊號特性來計算距離的技術。理論上我們是假設從衛星發射至接收機的無線電訊號是呈一直線﹐但是事實並非如此﹐訊號會因大氣層的影響而產生偏向﹐特別是電離層效應。電離層能夠使我們能夠收到遠達數百哩外的無線電台的播送內容。 GPS所使用的頻率波段並不會受到太多的偏向﹐也不會因此造成1公尺或者更大的誤差。而經由雙頻比較可消去電離層效應所產生的誤差﹐這是因為電離層效應與電波頻率有關﹐所以如果GPS接收機可同時接收Ll民用頻率及L2軍用頻率﹐接收機即可判斷出電離層效應所造成的誤差﹐在計算位置之前加以排除。
GPS 在消費性電子產品上的應用
在介紹完有關GPS的基本原理後，我們就要導入正題。也就是探討GPS在消費性電子產品上有那些技術的瓶頸，並且有那些解決方案。首先這裡所指的消費性電子產品泛指一般手持式產品，包括PDA、Handheld PC ( Palm PC), Smart Phone，行動車用導航等。 在已往對於GPS的主要應用層面在於小型航空器、遊艇船隻、個人追蹤導航及特殊用途單一功能的應用。而如今在切入消費性電子市場後，所有的GPS IC設計公司都體認到有四個障礙需要克服。第一個也是最關鍵的問題就是接收靈敏度的問題。一般的消費者在使用GPS時，多數會處在市區內，甚至在建築物內，這樣的環境絕對是GPS的天敵，因為在這樣的環境下，衛星傳送下來的訊號不僅會被衰減，多重反射(multi-path)，甚至完全收不到任何訊號(indoor)。為了改善接收靈敏度的問題，Trimble公司無不在RF IC上力求精進。 第二個瓶頸是消耗功率大小，在手持式的電子產品，省電一直是一個最重要的課題。目前在市場上各家IC的功率消耗分別從200mW 到400mW不等。除了基本的耗電需要再繼續降低外，有效的電源管理設計就成了最重要的設計之一。這其中以Trimble公司 的M-Loc 設計最為突出，在程式規劃下，其功率消耗可以一直維持在100 mW 以下。 緊接著要談到的第三個障礙是GPS接收器的尺寸大小，一般的GPS接收器設計，大體包含有射頻IC，GPS ASIC 處理器，CPU和記憶體。再加上週邊其他電路後，其尺寸大約是一般名片大小。然而這樣的尺寸完全不能符合手持式電子產品的需求，因此Trimble公司因應市場上需求設計開發更小包裝尺寸的M-Loc GPS模組。並且在軟體設計上也使得記憶體可以與其他系統共用，進而大大地減少IC的數量 。 最後一個就是價格問題，凡是要同消費大眾普及化的產品，在價格上一定要有競爭力，這表示著GPS廠商一定要打入手持式產品(cellular phone, PDA, etc.)市場，用數量上的優勢來降低價格。只要是在這四個方面領先的廠商，必然能夠順利的切入消費性電子產品的市場。
GPS的市場現況
目前提供GPS的廠家可大致區分為四類，第一類是只提供晶片(GPS Chipset)然後支援客戶研發終端產品(end product)的廠家，如Infineon、Phillip、 IBM、 A&D、ST等。第二類是提供GPS模組的廠家，如Trimble、Motorola、 Rockwell 。第三類是指提供一般商用終端產品的廠家，這類的終端產品有汽車導航器、船用/飛機用/個人用導航器，其特點就是含有方便的導航軟體，友善的人機介面(如LCD、顯示器、Keypad)，甚至再加上2-way transceiver (在此汎指GSM CDPD Trunk Radio WCDMA等)，此類廠家如Trimble、Garmin、 Magellen 。第四類廠家指的是生產高精確度的GPS接收器，也就是有得到P碼授權的業者，如Leica。當然也有少數提供IP整合方案的廠商如Parthus。 而特別在通訊電子產品上著力，並且可以與行動通訊設備大廠合作，而能夠提供Location Based Service 的有Trimble、Motorola、Rockwell….。 隨著消費性電子產品的應用層面日廣，不少電子產品都在積極地規劃整合GPS的導航功能，最普遍的如電子地圖公司、汽車導航系統、行動電話、PDA、Smart Phone等。一旦GPS的導航功能搭配上適當的電子地圖與規劃完善的導航軟體，則未來GPS將會成為人人必備的生活必需品。
2008年12月6日 星期六
銷售產值全球GPS產品銷售產值區域市場分佈
GPS在全球市場普遍成長，依工研院研究報告指出，亞太地區是目前GPS產品銷售產值最高的地區，如下圖所示，說明亞太、北美、歐洲與其他地區2004～2008年的銷售產值。
2004～2008年的銷售產值全球GPS產品銷售產值區域市場分佈圖
以區域市場銷售概況－亞太居首，而北美、歐洲次之，亞太地區中以中國因所得提高，而目前滲透率僅約2%，加上中國的汽車年產量提升，目前中國大陸車用導航系統的安裝率卻不到2%，遠遠低於日本、南韓、及歐美國家，顯示中國大陸車載導航系統的潛在市場十分龐大，估算2007年中國GPS導航系統的需求量將可達到70萬台以上；目前車用導航裝置在全球平均裝機率還是非常低，未來還有很大的成長空間。
台灣方面，通訊設備產品中，最重要的二大主力產品為行動電話及衛星定位產品(GPS)；在行動電話大幅衰退的情況下，GPS產業的成長成為無線通訊設備產值重要的支撐: 2007上半年GPS產業展現爆炸性成長，其中產值較2006年上半年成長69.7%，達到718億台幣，其中車用PND產品佔總產值的比重持續升高到79%。此外，全球PND前三大品牌為Garmin(台灣國際航電)、TomTom及Mitac(神達)，其中台灣的神達今年GPS出貨量將可達七百五十萬台，明年GPS出貨量不僅將較今年成長三成，品牌營收也可望突破三百億元大關。
就目前GPS產品發展趨勢而言，單純的導航功能已不能滿足多數消費者的需求，因此，可攜式車用導航業者除了持續加強導航軟體與圖資的豐富性（動態導航、天氣預報、旅遊指南、語音導航、線上圖資更新）外，也將整合更多消費性應用功能至其產品，使其產品在市場上擁有更高的附加價值, 如Garmin在美國推出結合微軟即時通訊技術的即時路況服務、加油站油價顯示圖、電影時刻表和飯店資訊等。加值服務的整合和提供，是未來吸引消費者購買的主要誘因，也加速了GPS業者和內容提供者及電信服務商合作的腳步，未來電信服務商的動作，也是影響GPS產業的重大因素。GPS產品會朝與消費性產品結合的方向前進，同時提供加值服務，吸引消費者的青睞。
台灣廠商在全球GPS產業的供應鏈中搶下最大的灘頭堡, 如聯發科的GPS晶片已經打入Garmin產品; 生產GPS高頻通訊元件的佳邦，其優勢在於材料配方的掌握，以及與客戶配合開發新產品的設計能力; 中游的GPS模組、GPS接收器領域，以三家純GPS廠鼎天、長天、環天為代表; 下游的組裝廠如英華達、廣達則包辦了TomTom的代工組裝，期許未來台灣廠商能因應全球市場的變化，繼續佔有一席之地。
參考來源 : 衛星導航定位系統(GPS)應用分析 侯淑玲
2008年12月3日 星期三
GPS系統發展歷程
GPS系統發展歷程
前身
GPS(又稱全球衛星導航系統或全球衛星定位系統)系統的前身為美軍研製
的一種子午儀衛星定位 系統(Transit），1958年研製，1964年正式投入
使用。該系統用5到6顆衛星組成的星網工作，每 天最多繞過地球13次，
並且無法給出高度資訊，在定位精度方面也不盡如人意。然而，子午儀
系統使得研發部門對衛星定位取得了初步的經驗，並驗證了由衛星系統
進行定位的可行性，為GPS 系統的研製埋下了鋪墊。由於衛星定位顯示
出在導航方面的巨大優越性及子午儀系統存在對潛艇 和艦船導航方面的
巨大缺陷。美國海陸空三軍及民用部門都感到迫切需要一種新的衛星導
航系 統。為此,美國海軍研究實驗室(NRL)提出了名為Tinmation的用12
到18顆衛星組成10000km高度的全球定位網計劃，並於67年、69年和
74年各發射了一顆試驗衛星，在這些衛星上初步試驗了原 子鐘計時系統
，這是GPS系統精確定位的基礎。而美國空軍則提出了621-B的以每星群
4到5顆衛星組成3至4個星群的計劃，這些衛星中除1顆採用同步軌道外其
餘的都使用周期為24h的傾斜軌道 該計劃以偽隨機碼(PRN)為基礎傳播衛
星測距信號，其強大的功能，當信號密度低於環境噪聲的 １％時也能將
其檢測出來。偽隨機碼的成功運用是GPS系統得以取得成功的一個重要
基礎。海軍的計劃主要用於為艦船提供低動態的2維定位，空軍的計劃能
供提供高動態服務，然而系統過於複雜。由於同時研製兩個系統會造成
巨大的費用，而且這裡兩個計劃都是為了提供全球定位而設計的，所以
1973年美國國防部將2者合二為一，並由國防部牽頭的衛星導航定位聯
合計劃局（JPO)領導，還將辦事機構設立在洛杉磯的空軍太空處。該機
構成員眾多，包括美國陸軍、海軍、海軍陸戰隊、交通部、國防製圖局
、北約和澳洲的代表。
計劃
最初的GPS計劃在聯合計劃局的領導下誕生了，該方案將24顆衛星放置
在互成120度的三個軌道上。每個軌道上有8顆衛星，地球上任何一點均
能觀測到6至9顆衛星。這樣，粗碼精度可達 100m，精碼精度為10m。
由於預算壓縮，GPS計劃不得不減少衛星發射數量，改為將18顆衛星分
佈在互成60度的6個軌道上。然而這一方案使得衛星可靠性得不到保障。
1988年又進行了最後 一次修改：21顆工作星和3顆備份星工作在互成30
度的6條軌道上。這也是現在GPS衛星所使用的 工作方式。
計劃實施
GPS計劃的實施共分三個階段：
第一階段為方案論證和初步設計階段。
從1978年到1979年，由位於加利福尼亞的范登堡空軍基地採用雙子座火
箭發射4顆試驗衛星，衛星運行軌道長半軸為26560km，傾角64度。軌
道高度20000km。這一階段主要研製了地面接收機及建立地面跟蹤網，
結果令人滿意。
第二階段為全面研製和試驗階段。
從1979年到1984年，又陸續發射了7顆稱為BLOCK I的試驗衛星，研製
了各種用途的接收機。實驗表明，GPS定位精度遠遠超過設計標準，利
用粗碼定位，其精度就可達14米。
第三階段為實用組網階段。
1989年2月4日第一顆GPS工作衛星發射成功，這一階段的衛星稱為
BLOCK II和 BLOCK IIA。此階段宣告GPS系統進入工程建設狀態。
1993年底使用的GPS網即（21+3）GPS星座已經建成，今後將根據計
劃更換失效的衛星。
前身
GPS(又稱全球衛星導航系統或全球衛星定位系統)系統的前身為美軍研製
的一種子午儀衛星定位 系統(Transit），1958年研製，1964年正式投入
使用。該系統用5到6顆衛星組成的星網工作，每 天最多繞過地球13次，
並且無法給出高度資訊，在定位精度方面也不盡如人意。然而，子午儀
系統使得研發部門對衛星定位取得了初步的經驗，並驗證了由衛星系統
進行定位的可行性，為GPS 系統的研製埋下了鋪墊。由於衛星定位顯示
出在導航方面的巨大優越性及子午儀系統存在對潛艇 和艦船導航方面的
巨大缺陷。美國海陸空三軍及民用部門都感到迫切需要一種新的衛星導
航系 統。為此,美國海軍研究實驗室(NRL)提出了名為Tinmation的用12
到18顆衛星組成10000km高度的全球定位網計劃，並於67年、69年和
74年各發射了一顆試驗衛星，在這些衛星上初步試驗了原 子鐘計時系統
，這是GPS系統精確定位的基礎。而美國空軍則提出了621-B的以每星群
4到5顆衛星組成3至4個星群的計劃，這些衛星中除1顆採用同步軌道外其
餘的都使用周期為24h的傾斜軌道 該計劃以偽隨機碼(PRN)為基礎傳播衛
星測距信號，其強大的功能，當信號密度低於環境噪聲的 １％時也能將
其檢測出來。偽隨機碼的成功運用是GPS系統得以取得成功的一個重要
基礎。海軍的計劃主要用於為艦船提供低動態的2維定位，空軍的計劃能
供提供高動態服務，然而系統過於複雜。由於同時研製兩個系統會造成
巨大的費用，而且這裡兩個計劃都是為了提供全球定位而設計的，所以
1973年美國國防部將2者合二為一，並由國防部牽頭的衛星導航定位聯
合計劃局（JPO)領導，還將辦事機構設立在洛杉磯的空軍太空處。該機
構成員眾多，包括美國陸軍、海軍、海軍陸戰隊、交通部、國防製圖局
、北約和澳洲的代表。
計劃
最初的GPS計劃在聯合計劃局的領導下誕生了，該方案將24顆衛星放置
在互成120度的三個軌道上。每個軌道上有8顆衛星，地球上任何一點均
能觀測到6至9顆衛星。這樣，粗碼精度可達 100m，精碼精度為10m。
由於預算壓縮，GPS計劃不得不減少衛星發射數量，改為將18顆衛星分
佈在互成60度的6個軌道上。然而這一方案使得衛星可靠性得不到保障。
1988年又進行了最後 一次修改：21顆工作星和3顆備份星工作在互成30
度的6條軌道上。這也是現在GPS衛星所使用的 工作方式。
計劃實施
GPS計劃的實施共分三個階段：
第一階段為方案論證和初步設計階段。
從1978年到1979年，由位於加利福尼亞的范登堡空軍基地採用雙子座火
箭發射4顆試驗衛星，衛星運行軌道長半軸為26560km，傾角64度。軌
道高度20000km。這一階段主要研製了地面接收機及建立地面跟蹤網，
結果令人滿意。
第二階段為全面研製和試驗階段。
從1979年到1984年，又陸續發射了7顆稱為BLOCK I的試驗衛星，研製
了各種用途的接收機。實驗表明，GPS定位精度遠遠超過設計標準，利
用粗碼定位，其精度就可達14米。
第三階段為實用組網階段。
1989年2月4日第一顆GPS工作衛星發射成功，這一階段的衛星稱為
BLOCK II和 BLOCK IIA。此階段宣告GPS系統進入工程建設狀態。
1993年底使用的GPS網即（21+3）GPS星座已經建成，今後將根據計
劃更換失效的衛星。
關於數媒報告方向...
Dear All,
最近與組員們討論的最後結果，
最後決定報告與GPS系統相關的應用，
所以大家可以共同朝這個方向去找資料了....
至於資料找的範圍，就以老師訂的簡報規則來找吧...
1. 過去沿革（歷史研究、了解起源與發展程序）
2. 現在情況（目前產業現況、利弊分析、專家學者意見）
3. 未來發展（可能發展的方向、市場演變、影響的變數）
如果有問題，隨時可以來部落格討論.....
THANKS!!
最近與組員們討論的最後結果，
最後決定報告與GPS系統相關的應用，
所以大家可以共同朝這個方向去找資料了....
至於資料找的範圍，就以老師訂的簡報規則來找吧...
1. 過去沿革（歷史研究、了解起源與發展程序）
2. 現在情況（目前產業現況、利弊分析、專家學者意見）
3. 未來發展（可能發展的方向、市場演變、影響的變數）
如果有問題，隨時可以來部落格討論.....
THANKS!!
2008年12月2日 星期二
參考資料
自動停車
http://chinese.autoblog.com/2008/04/26/vw-park-assist-vision/
http://chinese.autoblog.com/2008/11/11/m-benz-b200-turbo/
圖2：當汽車接近一個交叉路口時，透過相互之間的無線通訊可以改善汽車駕駛的安全性。
http://chinese.autoblog.com/2008/04/26/vw-park-assist-vision/
http://chinese.autoblog.com/2008/11/11/m-benz-b200-turbo/
自動駕駛
自動導航汽車將不再是夢想 但至少還要等二十年
黎明時分，濃霧遮蔽的郊外高速公路上已開始出現一些開車的上班族，但他們看不到前方正緩慢穿越公路的小鹿。不過，幸運的是他們的車能夠看到這頭小鹿，幾乎在瞬間，最靠近鹿的那輛汽車自動快速減速並轉向，以避開近在眼前的碰撞。隨後，該車向即時交通訊息中心和它後面的車輛發送警告訊息，這樣在小鹿穿越公路時，它們就有足夠的時間剎車減速，放慢車速讓小鹿先行。
黎明時分，濃霧遮蔽的郊外高速公路上已開始出現一些開車的上班族，但他們看不到前方正緩慢穿越公路的小鹿。不過，幸運的是他們的車能夠看到這頭小鹿，幾乎在瞬間，最靠近鹿的那輛汽車自動快速減速並轉向，以避開近在眼前的碰撞。隨後，該車向即時交通訊息中心和它後面的車輛發送警告訊息，這樣在小鹿穿越公路時，它們就有足夠的時間剎車減速，放慢車速讓小鹿先行。
而且，任何一位駕車者都不會因這近在眼前的危險而受到打擾。一些駕車者仍可一面專注於當天早報，另一些則充分利用到達辦公室之前的這幾分鐘繼續打瞌睡。他們都對這一事件毫無知覺，因為他們這些“駕車者”並不在開車，實際幫助他們控制汽車的是自動導航系統。
感應器將是主要推動力
當然，這最後一步無論從技術、還是心理和法律等層面都充滿著困難。工程師們說，他們需要更好的感應器和功能更強的處理器。但即使這些技術沒問題了，汽車工業仍需要解決司機不願放棄控制權以及人類好勝心等問題。
工程師們並不急於一次解決所有的問題，而是一步一步開發新的技術。第一種新技術是所謂的“自適應巡航控制”系統，它採用前視感應器監視車輛行駛前方的目標物體，目前該系統已經裝備到量產汽車上。第二種新技術是在偏離車道時用來提醒司機的“車道保持”系統，它也已投入市場。第三種新技術是用來控制汽車避免碰撞的“碰撞避免”系統，目前它仍在開發之中。
不過，要想實現完全的自動駕駛，僅靠這三種新技術是遠遠不夠的。自動駕駛汽車將需要基於GPS的導航系統、加速計和在GPS導航盲區使用的陀螺儀，來幫助指引路線。它們將需要電子控制的線控駕駛、線控剎車、線控閥門調節和線控懸掛處理系統來更好地實現自動駕駛、剎車和加速。它們將需要多個速度更快和功能更強的處理器來處理汽車內部的龐大數據。當然，它們也將需要更好的感應器(CMOS相機和雷達)以看清車身周邊的環境。
“最重要的技術將是感應器，它能使我們看清和理解汽車周邊環境所發生的一切。”
自動駕駛是大趨勢
如果所有這些聽起來還感覺很遙遠，那麼請考慮下面這個實例：作為美國國防部中央軍事研究部門的美國國防預先研究計畫局(Darpa)已經在開發全自動汽車，並計畫到2015年將所有軍用運輸車輛中的三分之一實現無人自動駕駛。
為了實現這一宏偉計畫，今年三月美國國防預先研究計畫局出資100萬美元在加州和內華達州的沙漠地帶舉辦了142英里無人駕駛汽車比賽。
感應器將是主要推動力
當然，這最後一步無論從技術、還是心理和法律等層面都充滿著困難。工程師們說，他們需要更好的感應器和功能更強的處理器。但即使這些技術沒問題了，汽車工業仍需要解決司機不願放棄控制權以及人類好勝心等問題。
工程師們並不急於一次解決所有的問題，而是一步一步開發新的技術。第一種新技術是所謂的“自適應巡航控制”系統，它採用前視感應器監視車輛行駛前方的目標物體，目前該系統已經裝備到量產汽車上。第二種新技術是在偏離車道時用來提醒司機的“車道保持”系統，它也已投入市場。第三種新技術是用來控制汽車避免碰撞的“碰撞避免”系統，目前它仍在開發之中。
不過，要想實現完全的自動駕駛，僅靠這三種新技術是遠遠不夠的。自動駕駛汽車將需要基於GPS的導航系統、加速計和在GPS導航盲區使用的陀螺儀，來幫助指引路線。它們將需要電子控制的線控駕駛、線控剎車、線控閥門調節和線控懸掛處理系統來更好地實現自動駕駛、剎車和加速。它們將需要多個速度更快和功能更強的處理器來處理汽車內部的龐大數據。當然，它們也將需要更好的感應器(CMOS相機和雷達)以看清車身周邊的環境。
“最重要的技術將是感應器，它能使我們看清和理解汽車周邊環境所發生的一切。”
自動駕駛是大趨勢
如果所有這些聽起來還感覺很遙遠，那麼請考慮下面這個實例：作為美國國防部中央軍事研究部門的美國國防預先研究計畫局(Darpa)已經在開發全自動汽車，並計畫到2015年將所有軍用運輸車輛中的三分之一實現無人自動駕駛。
為了實現這一宏偉計畫，今年三月美國國防預先研究計畫局出資100萬美元在加州和內華達州的沙漠地帶舉辦了142英里無人駕駛汽車比賽。
圖2：當汽車接近一個交叉路口時，透過相互之間的無線通訊可以改善汽車駕駛的安全性。
參加這次比賽的人一致認為，工程師開發自動駕駛汽車的進展要比一般大眾想像的快得多。
“這是不可阻擋的大趨勢，”Hall和他的兄弟Dave Hall工程師作為第三梯隊也參與了Darpa的‘偉大事業’，他們的汽車順利地行駛了將近6英里，直到被一塊小石頭絆住。被命名為DAD(數位汽車駕駛)團隊的Hall小組利用雷達感應器、CMOS照像機和2個TI生產的6400 DSP晶片創建了一個立體視覺系統。2個工作頻率為1.1GHz的數位信號處理器繪製地形圖以幫助汽車選擇方向。
“我們以每秒60次的速率更新600×400畫素的地圖，並形成一張完整的地形圖，因此汽車能清楚地知道障礙物和公路的位置。”Hall回憶道。
除了感應器外，DAD團隊和其它競爭團隊都混合使用了板上慣性測量元件(IMU)，這些元件通常使用加速計和陀螺儀。IMU測量每輛汽車前向角度的變化，並與GPS導航數據相比較，從而判斷出汽車是否正常行駛在車道上。
處理來自所有系統的數據需要巨大的計算能力，特別當汽車在穿越沙丘和河流時。許多參加汽車比賽的選手將他們的汽車比作是“車輪上的超級計算機”，其板上計算機的總價值有60英磅之多。
“地形識別”挑戰不僅僅限於離開正常車道的地方，工程師們認為需要更好的軟體才能理解人類駕駛員經常面對的一般性障礙。
“這是不可阻擋的大趨勢，”Hall和他的兄弟Dave Hall工程師作為第三梯隊也參與了Darpa的‘偉大事業’，他們的汽車順利地行駛了將近6英里，直到被一塊小石頭絆住。被命名為DAD(數位汽車駕駛)團隊的Hall小組利用雷達感應器、CMOS照像機和2個TI生產的6400 DSP晶片創建了一個立體視覺系統。2個工作頻率為1.1GHz的數位信號處理器繪製地形圖以幫助汽車選擇方向。
“我們以每秒60次的速率更新600×400畫素的地圖，並形成一張完整的地形圖，因此汽車能清楚地知道障礙物和公路的位置。”Hall回憶道。
除了感應器外，DAD團隊和其它競爭團隊都混合使用了板上慣性測量元件(IMU)，這些元件通常使用加速計和陀螺儀。IMU測量每輛汽車前向角度的變化，並與GPS導航數據相比較，從而判斷出汽車是否正常行駛在車道上。
處理來自所有系統的數據需要巨大的計算能力，特別當汽車在穿越沙丘和河流時。許多參加汽車比賽的選手將他們的汽車比作是“車輪上的超級計算機”，其板上計算機的總價值有60英磅之多。
“地形識別”挑戰不僅僅限於離開正常車道的地方，工程師們認為需要更好的軟體才能理解人類駕駛員經常面對的一般性障礙。
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