◎許邁德
「全球定位系統」（Global Positioning System, GPS），目前已在民間廣泛運用，諸如在汽車、登山、個人手機等的路徑導航，以及山難搜救的定位與運補等作業，其優點不僅是方便、快速與準確，而且使用者也不必支付費用。
GPS實具有高性能定位之功能，但新聞常見民用車輛使用GPS卻「迷航」的報導，令人大惑不解，為釐清箇中疑點，本文針對「全球定位系統」的美、蘇、歐、「中」研發較勁、高性能精確定位原理及軍民用現況等範疇，依序為讀者進一步探討。
美、蘇、歐、「中」研發較勁
前蘇聯在一九五七年成功發射第一顆人造衛星，美蘇就開始同步研究運用衛星來執行導航功能；發射人造衛星雖讓前蘇聯搶先，但美國卻在衛星定位系統上扳回一 城。一九五八年美國規劃使用五到六顆衛星連線，並於一九六四年進行測試；雖然在定位的精確度上不如預期，且無法提供高度資訊，但經由衛星系統進行定位的可 行性獲得驗證。
隨後美海軍在一九六七、一九六九、一九七四年各發射一顆試驗衛星，並在這些衛星上加裝原子鐘計時系統，這是提昇系統精確定 位的基礎；美空軍則提出以四到五顆衛星組成三至四個衛星群的計畫，這些衛星中有一顆採用同步軌道，其餘的都使用傾斜軌道以保持二十四小時環繞地球一週，如 此才能確保高動態的定位資訊。
一九七三年美國防部將海、空軍的系統整合為一，並成立「衛星定位聯合計畫局」俾減少系統功能重疊與研發經 費。一九七八到一九八四年為初步設計與驗證階段，共計發射十一顆試驗衛星，確認定位精確度超過設計標準；一九八九到一九九三年為實用運作階段，共計建制二 十四顆衛星（其中三顆備用），平均分布在六個軌道面上（每個軌道面有四顆衛星），各軌道面夾角三十度，其目的是保證使用者在全球任何時間與地點，都可接到 四顆以上的衛星資訊。二○○九年增至三十一顆衛星，衛星距離地表二○一八三公里，每十一小時五十八分繞行地球一週。
至於前蘇聯的研發就大 幅落後；一九六○年代軍方提出彈道飛彈的精確導引需求，然而當時的衛星導航系統需要好幾分鐘才能定位，無法符合作戰需求；因此，一九六八年前蘇聯要求國防 部提出解決方案，一九七○年完成衛星定位系統需求文件，一九七六年建立全球定位衛星系統（Global Navigation Satellite System, GLONASS）計畫。
定位精確度為關鍵
一九八二年GLONASS系統發射第一顆衛星，後因一九九一年 前蘇聯解體影響，俄羅斯延至一九九三年宣佈完成初期作戰能力，但只有八顆衛星連線運作，屬於定位精確度及運用效能不足的狀態，直至一九九六年才完成實用運 作階段。二○○一年增加至十二顆衛星，現在共有二十四顆衛星（其中三顆備用），平均分布在三個軌道面上（每個軌道面有七顆衛星），各軌道面夾角一二○度， 衛星距離地表一九一○○公里，每十一小時十五分繞行地球一週。
一九九九年歐盟推出「伽利略」（Galileo）計畫，規劃建制三十顆新一 代定位衛星（其中三顆備用），亦可與美國的GPS系統相互支援；目前已經發射三顆實驗衛星，尚未提供定位服務。至於中共的「北斗定位系統」（BeiDou Navigation Satellite System, BDS），計畫由三十五顆衛星組成，目前已發射十六顆衛星（可使用十四顆）；二○一二年在亞太地區成功提供定位服務，預計在二○二○年將提昇至全球定位服 務。整體觀之，美、蘇、歐、「中」各自研發的定位系統，除了使用不同軌道面與頻率來提供資訊之外，其定位功能則是大同小異，值得進一步比較的是，其定位的 精確度。
全球定位系統係依據衛星三角定位原理（Trilateration），對使用者在地球的座標加以定位，需要結合太空衛星、地面管 制站、使用者接受器等三大要件。經由地面管制站監控衛星的運作狀態及精確位置，並分析衛星瞬時常數（Ephemera's Constant）與時脈偏差（Clock Offsets）之修正量回傳衛星，使用者即可依接受器收到至少三顆衛星的低頻資訊（接受衛星數愈多愈精確），計算出目前所在的精確位置、高度、速度與時 間等資訊。
以美國GPS系統為例，一九九四年衛星發展至 Block II 型，總重一九○○磅，壽期七點五年，配置全向天線及太陽能面板，足以收發電訊與自行供電及對鎳鎘電池充電，俾保證衛星在地球陰影部分能正常工作。地面管制 站則由一座主控站、一座備用主控站、四處地面天線站、六處監測站所組成。主控站是整個地面監控系統的管理與技術中心，發生緊急情況時則啟動備用主控站；地 面天線站是把主控站計算所得的相關資訊傳送給衛星；監測站則是接收衛星與當地環境等資訊，然後傳送給主控站管理運用。
運用於武器可精準攻擊
GPS系統提供的資訊分為民用「標準定位服務」（Standard Positioning Service, SPS）和軍用「精確定位服務」（Precise Positioning Service, PPS），其差異在於使用頻率與定位精確度。民用服務使用1.023 Mhz頻率提供資訊，精確度約一百公尺；軍用服務則使用10.23 Mhz頻率提供資訊，精確度十公尺以內。
精確度為何會有如此大的落差？原因是民用服務任何人都可使用無須授權，美國擔心不法之徒或恐怖組 織會用來進行攻擊而危害國家安全，故刻意加入選擇性誤差（Selective Availability, SA）以降低其精確度，只有國防軍用的接收器具有解碼裝置，可排除其誤差；自二○○○年起，美國取消選擇性誤差的政策，現在民用服務已達到約三十公尺的定 位精確度。軍用服務的頻率是民用的十倍，除更為精確且不易受干擾外，另有加密的防範措施，必須經過國防部授權及裝上解碼裝置，才能獲得高精確度的定位服 務。
軍方大多運用在彈道飛彈、戰機、船艦、戰車、人員等，以進行目標攻擊的精準定位。以南韓為例，二○一三年公布研發GPS導引炸彈 （GPS Guided Bomb, GGB），在傳統五百磅炸彈上成功安裝GPS系統，已能精準攻擊北韓的火砲陣地。然而先決條件是，需要獲得美國授權；這也是俄羅斯、歐盟、中共必須自行研 發的主因。至於在民間運用出現「誤導」以致迷途的負面報導，並不是GPS系統發生問題，出錯的是配合使用的地圖資訊不足，或是尚未依不斷變動的情境更新所 致。
（作者：資深軍事專欄作家）
「全球定位系統」（Global Positioning System, GPS），目前已在民間廣泛運用，諸如在汽車、登山、個人手機等的路徑導航，以及山難搜救的定位與運補等作業，其優點不僅是方便、快速與準確，而且使用者也不必支付費用。
GPS實具有高性能定位之功能，但新聞常見民用車輛使用GPS卻「迷航」的報導，令人大惑不解，為釐清箇中疑點，本文針對「全球定位系統」的美、蘇、歐、「中」研發較勁、高性能精確定位原理及軍民用現況等範疇，依序為讀者進一步探討。
美、蘇、歐、「中」研發較勁
前蘇聯在一九五七年成功發射第一顆人造衛星，美蘇就開始同步研究運用衛星來執行導航功能；發射人造衛星雖讓前蘇聯搶先，但美國卻在衛星定位系統上扳回一 城。一九五八年美國規劃使用五到六顆衛星連線，並於一九六四年進行測試；雖然在定位的精確度上不如預期，且無法提供高度資訊，但經由衛星系統進行定位的可 行性獲得驗證。
隨後美海軍在一九六七、一九六九、一九七四年各發射一顆試驗衛星，並在這些衛星上加裝原子鐘計時系統，這是提昇系統精確定 位的基礎；美空軍則提出以四到五顆衛星組成三至四個衛星群的計畫，這些衛星中有一顆採用同步軌道，其餘的都使用傾斜軌道以保持二十四小時環繞地球一週，如 此才能確保高動態的定位資訊。
一九七三年美國防部將海、空軍的系統整合為一，並成立「衛星定位聯合計畫局」俾減少系統功能重疊與研發經 費。一九七八到一九八四年為初步設計與驗證階段，共計發射十一顆試驗衛星，確認定位精確度超過設計標準；一九八九到一九九三年為實用運作階段，共計建制二 十四顆衛星（其中三顆備用），平均分布在六個軌道面上（每個軌道面有四顆衛星），各軌道面夾角三十度，其目的是保證使用者在全球任何時間與地點，都可接到 四顆以上的衛星資訊。二○○九年增至三十一顆衛星，衛星距離地表二○一八三公里，每十一小時五十八分繞行地球一週。
至於前蘇聯的研發就大 幅落後；一九六○年代軍方提出彈道飛彈的精確導引需求，然而當時的衛星導航系統需要好幾分鐘才能定位，無法符合作戰需求；因此，一九六八年前蘇聯要求國防 部提出解決方案，一九七○年完成衛星定位系統需求文件，一九七六年建立全球定位衛星系統（Global Navigation Satellite System, GLONASS）計畫。
定位精確度為關鍵
一九八二年GLONASS系統發射第一顆衛星，後因一九九一年 前蘇聯解體影響，俄羅斯延至一九九三年宣佈完成初期作戰能力，但只有八顆衛星連線運作，屬於定位精確度及運用效能不足的狀態，直至一九九六年才完成實用運 作階段。二○○一年增加至十二顆衛星，現在共有二十四顆衛星（其中三顆備用），平均分布在三個軌道面上（每個軌道面有七顆衛星），各軌道面夾角一二○度， 衛星距離地表一九一○○公里，每十一小時十五分繞行地球一週。
一九九九年歐盟推出「伽利略」（Galileo）計畫，規劃建制三十顆新一 代定位衛星（其中三顆備用），亦可與美國的GPS系統相互支援；目前已經發射三顆實驗衛星，尚未提供定位服務。至於中共的「北斗定位系統」（BeiDou Navigation Satellite System, BDS），計畫由三十五顆衛星組成，目前已發射十六顆衛星（可使用十四顆）；二○一二年在亞太地區成功提供定位服務，預計在二○二○年將提昇至全球定位服 務。整體觀之，美、蘇、歐、「中」各自研發的定位系統，除了使用不同軌道面與頻率來提供資訊之外，其定位功能則是大同小異，值得進一步比較的是，其定位的 精確度。
全球定位系統係依據衛星三角定位原理（Trilateration），對使用者在地球的座標加以定位，需要結合太空衛星、地面管 制站、使用者接受器等三大要件。經由地面管制站監控衛星的運作狀態及精確位置，並分析衛星瞬時常數（Ephemera's Constant）與時脈偏差（Clock Offsets）之修正量回傳衛星，使用者即可依接受器收到至少三顆衛星的低頻資訊（接受衛星數愈多愈精確），計算出目前所在的精確位置、高度、速度與時 間等資訊。
以美國GPS系統為例，一九九四年衛星發展至 Block II 型，總重一九○○磅，壽期七點五年，配置全向天線及太陽能面板，足以收發電訊與自行供電及對鎳鎘電池充電，俾保證衛星在地球陰影部分能正常工作。地面管制 站則由一座主控站、一座備用主控站、四處地面天線站、六處監測站所組成。主控站是整個地面監控系統的管理與技術中心，發生緊急情況時則啟動備用主控站；地 面天線站是把主控站計算所得的相關資訊傳送給衛星；監測站則是接收衛星與當地環境等資訊，然後傳送給主控站管理運用。
運用於武器可精準攻擊
GPS系統提供的資訊分為民用「標準定位服務」（Standard Positioning Service, SPS）和軍用「精確定位服務」（Precise Positioning Service, PPS），其差異在於使用頻率與定位精確度。民用服務使用1.023 Mhz頻率提供資訊，精確度約一百公尺；軍用服務則使用10.23 Mhz頻率提供資訊，精確度十公尺以內。
精確度為何會有如此大的落差？原因是民用服務任何人都可使用無須授權，美國擔心不法之徒或恐怖組 織會用來進行攻擊而危害國家安全，故刻意加入選擇性誤差（Selective Availability, SA）以降低其精確度，只有國防軍用的接收器具有解碼裝置，可排除其誤差；自二○○○年起，美國取消選擇性誤差的政策，現在民用服務已達到約三十公尺的定 位精確度。軍用服務的頻率是民用的十倍，除更為精確且不易受干擾外，另有加密的防範措施，必須經過國防部授權及裝上解碼裝置，才能獲得高精確度的定位服 務。
軍方大多運用在彈道飛彈、戰機、船艦、戰車、人員等，以進行目標攻擊的精準定位。以南韓為例，二○一三年公布研發GPS導引炸彈 （GPS Guided Bomb, GGB），在傳統五百磅炸彈上成功安裝GPS系統，已能精準攻擊北韓的火砲陣地。然而先決條件是，需要獲得美國授權；這也是俄羅斯、歐盟、中共必須自行研 發的主因。至於在民間運用出現「誤導」以致迷途的負面報導，並不是GPS系統發生問題，出錯的是配合使用的地圖資訊不足，或是尚未依不斷變動的情境更新所 致。
（作者：資深軍事專欄作家）
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