许多人认为GPS的噪声（Selective Availability；SA）解除了，GPS就从此没有分别了，但答案恰恰相反，SA解除后民用与军用的精度依然有差距，且民间对定位技术的运用方式与军方大有不同，如此使得各种强化、提升GPS的技术方案纷纷被提出。到底GPS有哪些强化与提升技术？本文以下将对此逐一了解与探究。

　附注：GPS完整且正式的名称是NAVSTAR GPS（Navigation Signal Timing and Ranging Global Positioning System）。

■第二、三、四波段的计划

　多数人都知道美国国防部为了建构GPS的全球定位网，至少发射了24枚的卫星上太空，其中21枚立即投入运作，3枚待备运用，且每年的系统维护费用高达4亿美元，但其实之后也陆续有新的卫星被发射升空。

　

▲：正在运行轨道上的GPS定位卫星。（图片来源：美国太空总署(NASA)）



　去（2005）年美国开始发射新一代的GPS卫星，新一代的卫星正式提供第二个民用波段：L2C，这不仅是民间可用的波段数增加，且新卫星与新波段的精度、稳定性都比过往更理想，此外新卫星也提供更佳的军用支持能力，然而这方面只对美国军方有益。

　不过，要让新一代的卫星完全取代旧卫星还需要数年的时间，眼前已升空的新卫星尚无法达到完整的地球覆盖率，往后的数年必须持续发射更多颗的新卫星，其新波段、新的精度、稳定度表现才能覆盖全球，且想当然尔，目前发射上去的新一代卫星，自是优先服务北美地区。

　不仅是第二民用波段，依据规划未来还会开通第三、第四的民用波段，届时随着可用波段的增加，定位性的电子应用必然会更加普遍，同时也会刺激消费者的换用与升级需求，支持新波段、预先支持未来新波段的GPS产品必然会有卖点与商机。

　附注：现有与未来的数个GPS波段为：L1波段－1.57542GHz、L2波段－1.22760GHz、L3波段－1.38105GHz、L4波段－1.84140GHz（新波段）、L5波段－1.17645GHz（新波段）。

　■地面站修正误差

　解除了SA在频率信号上所加掺的随机噪声后，GPS的精度从100公尺提升至15公尺，但这对民间应用而言依然是不够，15公尺已可以是偏移一条巷子或是四线道的宽度，所以有许多修正精度的方案纷纷被提出。

　首先是DGPS（Differential-GPS），DGPS是在陆地上建立多处固定位置的地面站，地面站会向外广播无线讯号，接收了地面站的无线信号与来自天空的卫星定位信号后，地面站的信号可以用来修正卫星信号的误差，以此获得更高的定位精度，一般而言DGPS可以将GPS精度缩至3公尺内。

　除了DGPS外，另一种也是地面广播站型态的修正技术是WAAS（Wide Area Augmentation System），是由美国交通运输部相关的联邦飞航管理局所建立，在美国本土（包含阿拉斯加）布建25个地面站来提供误差修正的无线信号。

　

▲WAAS的技术原理示意图，目前WAAS在美国当地与阿拉斯加共布建达25个地面站，由地面站发射校准信号，原有的GPS接收器也能接收到校准信号。（图片来源：美国太空总署(NASA)）



　WAAS与DGPS相比有几个优点，首先是精度更高，可以达仅有6英呎（约2公尺）的误差，而且可用的覆盖率较广，DGPS大致只能在陆地上使用，而WAAS则可以延伸到海上，这表示海上航行的船只也能受用。

　更重要的是，DGPS所发送出的无线信号，接收端必须使用另外一种接收器才能接收，而WAAS则不用，原有能接收GPS信号的装置也同时能收到WAAS的信号，使原有仅支持标准GPS的产品也能获得精度提升。

　附注：「美国交通运输部」全称为Department of Transportation，简称为DOT。

　附注：「美国联邦飞航管理局」全称为Federal Aviation Administration，简称为FAA。

　可惜的是，WAAS仅适合在北美地区使用，离开北美即便是南美地区也无法使用，更不用说是欧洲与亚洲。很明显的：地面站的辅助修正技术相当具有地域性，也因此世界各地都有自己的地面站布建计划，透过地区性的建设来强化定位精度。

　举例而言，欧洲就有所谓的EGNOS（Euro Geostationary Navigation Overlay Service）的技术建设，日本方面也有MSAS（Multi-Functional Satellite Augmentation System），加拿大也有CDGPS（Canada-Wide DGPS Correction Service）等，这些都能以现有的GPS信号为基础进行精准度的再强化，以上这些技术今日一般统称为定位校准系统。

　

▲美国Sandia国家实验室所绘制的「加速度计」图，这个加速度计是为了阿基米得自动组合规划的项目（Archimedes Automated Assembly Planning Project）而设计，此项项目由Sandia国家实验室负责。（图片来源：美国Sandia国家实验室）



　以上这些校准系统也都是免费使用，但也有商业型的校准服务，如StarFire或OmniSTAR，StarFire技术上与FAA的WAAS较近似，最理想的情况下可以将误差缩小到只有2.5公分。

　至于OmniSTAR，其校准精度依据接收的信号质量而定，就水平方位而言，有67％∼73％的机会可将误差缩小至0.5公尺内，有95％∼97％的机会小于1公尺，而99％的机会小于1.5公尺，至于垂直（高度）性的误差多为水平误差的2.0倍∼2.5倍间，OmniSTAR的精度提升服务是实行年制收费。

　■E911催生出A-GPS

　在北美（美国与加拿大）地区拨打紧急求助的电话号码是911（国内是颠倒过来：119），拨打911后受理的站台可以得知来电方的电话号码，此即是今日所熟知的Caller ID，并从电话号码透过计算机推查出求助的所在区域，此一般也称为Caller Location。

　不过，911主要是针对固网电话而设计，现有的移动电话系统多尚未具备此一机制，倘若用移动电话拨打紧急求助，除了知道来电号码之外并无法得知求助者的所在位置，对此美国政府期望将911的来电号码显示、来电方位得知遍及到所有的电话系统上，包括移动电话也必须纳入，所以提出了E911的构想，并透过立法方式，要求日后的手机必须具备定位功能，以此呼应与加速实现全面的E911。为了因应E911的需求，因此有了A-GPS（协助式GPS）的技术。

▲A-GPS的技术原理示意图，图中的Base Station即是平时移动电话所用的无线基地台。（图片来源：rohde-schwarz.com）



　所谓的A-GPS其实是一种取舍折衷的技术，由于移动电话无论就电池电力或是执行运算力等都有限，供应电力、运算力给一般的语音通信都已是相当吃紧，很难再负荷GPS所需的信号解析与运算。

　所以，A-GPS其实是在移动电话上装设GPS接收器，接收到信号后只进行简易的处理，紧接着再将信号数据以移动电话的无线通信方式（例如GSM、3G等）传送到移动电话的无线基地台上，无线基地台上有协助定位解析运算的服务器，称为Assistance Server（Mobile Location Server），由其负责主要的运算工作，当结果求出后再将结果信息以相同的无线通信方式传回给移动电话，如此移动电话就可以知道自身所处的地点方位。

　很明显的，A-GPS必须在移动电话服务的覆盖范围内才有用，所以目前多只能在都会区内使用。此外，A-GPS虽是以因应及合乎法规为第一目标，然而日后一旦具备A-GPS的手机大量普及，也极适合外延支持与实现方位型服务（Location Based Services；LBS）。

　附注：高通（Qualcomm）的gpsOne技术即是种A-GPS技术。

　■手机基地台定位

　A-GPS可以说是「既使用GPS无线接收，也使用手机无线收发」的定位技术，事实上即便手机的电力与运算力充沛，也都不适合自行完成定位信号的运算解析，因为使用手机的地方多半也是不易接收GPS信号的地方，例如建筑物内、骑楼、有行道树遮蔽的步道，这些场所对GPS接收器而言都有程度不一的接收阻碍。

　所以在都会区内，GPS的信号接收质量不如开阔地般的良好，反而更需要倚赖与借重其他的定位技术，特别是手机的无线基地台定位，之前所述的A-GPS只是负责分担运算负荷并进行定位信息的收发，但实际上也有以手机基地台所形成的定位技术，例如PHS基地台运用智能型天线及分空多方存取（SDMA）等技术，可以为每个PHS手机用户进行定位，进而提供防止小孩被绑、防止失智老人走失、以及就近交友等服务。

　不过，PHS基地台的定位有其误差性，最大可达100公尺，且现有主流的GSM、3G等也都还不具备标准的定位方式，目前被提出的手机基地台定位技术主要有COO（Cell Of Origin）法、TA（Timing Advance）法、E-OTD（Enhanced Observed Time Difference）法等。

　乍听之下手机定位技术有可能在市区内全面取代GPS定位，但眼前来看仍是两者互补长短为多，特别是PHS以外的手机定位，其定位区必须在三个基地台同时覆盖的区域才有效用，不似一般手机通话，只要处在一个基地台的覆盖区内即可使用，因此手机基地台定位的覆盖性仍是有限，特别是行车或远行仍需倚赖GPS。

　

▲SiRF公司的GPS接收器芯片组：SiRFstarIIe，由GSP2e-7400及GRF2i等两颗芯片所构成。（图片来源：SiRF.com）



　■惯性定位、地磁定位

　手机基地台定位可说是GPS定位的一项辅助，尤其是进入GPS信号无法接收或接收质量不佳的区域时，不过有些地方不仅是GPS信号接收不到，就连手机通讯服务信号也难以到达，例如极长的隧道、地下停车场等，这时GPS、手机这两种无线信号都难以施展。如此是否就真的无法再定位了呢？

　关于此答案是否定的，这时还能用的技术就是惯性导航（inertial guidance system），惯性导航并非是新技术，许多飞行物早已使用此项技术，例如飞机飞航、飞弹发射后的初期定向等都会使用惯性导航、惯性导引的技术，而倚赖的组件是陀螺仪（Gyroscope，简称：Gyro）与加速度计（Acceleration Sensor），也称加速度传感器（Acceleration Sensor）。

　此方面的导航与定位技术就与无线技术或电子技术大大不同，惯性导引的陀螺仪部分，从最早的机械式陀螺仪，到强化改进的光纤陀螺仪，到现在的雷射陀螺仪，考验的是光电领域的技术，且过往多只用于航天与军武层面。至于加速度传感器今日也多使用微机电（MicroElectroMechanical Systems；MEMS）技术，属于机电领域，且正朝奈米（nanometer）水平迈进。

　另外，若不使用惯性导航定位也还有一种定位技术可以使用，即是地磁定位，运用地球本体的磁偏角特性，以磁阻传感器来进行感测，形成所谓的「电子罗盘」，以此来得知方位与移动量。

　

▲图为Sony Ericsson P910i的智能型手机，使用TomTom公司的TomTom Mobile 5.2版软件（Sybian UIQ版），再加上手机透过蓝芽无线功能取得蓝芽GPS接收器的定位信息，如此即可呈现出如图的导航方位地图，透过软件的校准补偿能力，可以让定位精度达1公尺左右。（图片来源：Sony Ericsson）



　■结论

　最后，各位可以很明显的看出，除了GPS外，有愈来愈多的相关定位技术可作为GPS的辅助，包括地面校准站、基地台辅助、惯性辅助、地磁辅助等，再加上更多的新卫星升空、新波段开通，所以笔者说：GPS的精度绝对不是以取消SA为终点，相反的还是个起点。

　同样的，全世界不只一种卫星定位系统，除了美国的GPS外还有欧洲的Galileo（伽利略）系统、中国的北斗导航系统，再加上前述的一堆地面校准技术，再加上一堆的移动电话基地台技术，加上惯性与地磁技术，看来定位科技的竞争连战国热度都不到，还处于纷向杂据的春秋。

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