底圖為南台灣1:400 000海圖

 
帆船理論與實務Theory and Practice of Yachting 劉寧生/郭廷祥合著
 

全球衛星定位系統 GPS (Global Positioning System)

全球衛星定位系統GPS (Global Positioning System),其原理是利用接收高空衛星所傳送出之信號,來定出船隻的目前位置,並且參考前一航點與下一航點與現在航行中的船位間之比較,可以快速得到很多航行資料,而導引船隻航行到下一轉點去。

其架構是在地球上方空間劃分為六個立體面,與赤道成垂直55度角,佈屬於太空中,共有二十四顆衛星,其衛星軌道高度在地球上空11,000海浬,每天沿軌道運轉地球二次,由GPS接收儀接收衛星信號來定出目前位置,由美國國防部空軍在美國科羅拉多州的主要控制中心控制,衛星相互間及與控制中心都能相互偵測衛星的運作健康狀態,如有需要可對衛星下達進一步指令。

衛星於1575.42 Mhz頻率,發射含軌道資訊(Ephemeris)及配置曆(Almanac)之信號。軍用型是接收P-Code,其精密度更準確,這在中東沙漠風暴戰役中使用且得到証實;Magellan GPS NAV 5000D海事用手提式衛星接收儀,可配合外接天線及DC12V電源,基本上接收民用C/A-Code,C/A-Code精度在25公尺內,5000D型設計的精度在15公尺內,但美國政府因軍事理由而修正GPS C/A-Code誤差值在100公尺內。儀器本身與海水的比重為0.85,故可漂浮於水面上,對於時時刻刻需面對可能不小心而掉落水而言,這是很好的設想。

背景資料輸入可選用當地的測地系統資料(Map Datums),或基本的WGS84系統資料,如要更精確可根據不同測地系統資料,再輸入修正值來調整橢圓形地球面與WGS84系統資料間之差值。空間的選擇可決定使用二度空間即經度、緯度,或使用三度空間即經度、緯度、高程。最初座標值接收的設定或是離開最初設定值超過三百英哩以外時,就要花上十五分鐘左右才能找尋適當衛星定出位置來,不然等顯示出衛星編號、信號強度、使用那顆衛星定位等資料後,只要一分鐘即能顯示出目前的座標來,再參考已輸入的不同航線(Route)及不同航點(Waypoint)與目前座標比對,即可根據航線瞬時計算出地面速度(SOG)、航跡偏差(XTE)、預定到達時間(ETA)、到下個航點使用時間(TTG)、當然相對速度要在0.2節以上,才能發揮正確的航行資料。

另外人員落水鍵MOB(Man Over Board)的功能是所有功能鍵最優先的,它能立即設定落水點座標,航海中人員落海,救人是第一優先,所以可知航海用NAV GPS設計的重點。如船舶遇有急難需要救援時,可經由海事Marine VHF無線電連線自動發報出去,最近的電台會接收到急難當時之經、緯度,並給予適當之救援。

目前可利用差分技術來進行衛星定位,即『差分全球衛星定位系統DGPS (Differential Global Positioning System)』,就是在全球陸地設有定點的衛星接收發射站,來做另一個信號核對,可使誤差值修正縮小在5公尺以內,如使用在都會區其5公尺的精度可達至巷弄,不像現在汽車導航系統誤差在100公尺,在都會區時無法使用。

在海空運方面,也可應用差分全球衛星定位資訊即時廣播系統,與先進導航系統結合,航機飛行的時間間隔限制可從10哩縮短為1哩,不僅提高飛航安全,對機場利用、班次增加都有正面影響,以國內目前微波導航航機要在2公里外特定角度進場以啟動導航設備,DGPS則沒有角度與距離的限制。

連絡與資料整理:郭廷祥

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