說文解字第22課：全球衛星定位系統GPS (122780)

「喂，你在哪裡啊？」「我也不知道耶，等一下，我開個導航看看」，這是我們生活中常常會聽到的對話，然而你有想過導航系統是如何運作的嗎？

軍事用途開放民間使用

無論是智慧型手機、平板電腦或是行車導航系統所使用的定位技術，大多採用由美國主導的全球衛星定位系統，它的全名是Global Positioning System，簡稱就是大家熟悉的GPS，能夠提供精確的位置、高度、移動速度等資訊，也具有校對標準時間的功能，服務範圍遍及地球表面98%的區域。

然而GPS卻不是世界上第一套運作的定位系統，它的前身是美國軍方研發的子午儀衛星（Transit），它也被稱為海軍導航衛星系統（Navy Navigation Satellite System，簡稱NNSS）。子午儀衛星於1958年開始研發製，並於1964年正式啟用，雖然該系統的定位精準度並不理想，且無法標定高度，但是也驗證了藉由人造衛星進行定位的可能性，並讓美國累積了相關的技術經驗。

GPS的研發工作從1978年開始，期間經歷了方案驗證、初步設計、研發、試驗等階段，直到1989年2月14日發設第一顆GPS工作衛星，並於1994年落成。

GPS衛星系統由24顆衛星組成，其中21顆為工作衛星，3顆為備用衛星，均勻分布在6個軌道平面上（每個軌道面上有4顆衛星），這種布局的目的能夠保證任何時間、地點，都能觀測到4顆衛星。在使用GPS定位時候，只需接受到其中3顆衛星的訊號，就能迅速確定在地球上所處的位置及海拔高度，如果能接收到更多顆衛星的訊號，還能提高定位精確度。

GPS訊號分為民用的標準定位服務（Standard Positioning Service）和軍用的精確定位服務（Precise Positioning Service）。由於SPS無須任何授權與費用即可任意使用，但是在營運初期，美國政府為了避免其他國家或組織將GPS用於軍事用途，因此在民用訊號加入選擇性誤差訊號（Selective Availability），讓定位的誤差範圍從10公尺增加到100公尺，直到2000年才取消誤差訊號，讓民用系統也能享有10公尺的定位精確度。

▲一般智慧型手機中的導航功能，就是透過GPS系統標定使用者位置。

▲GPS是目前使用度最高的定位系統之一，圖為位於軌道中的GPS衛星。

▲GPS衛星會繞著地球自轉，盡可能將訊號覆蓋到絕大部分的地球表面。

仍有其他衛星定位系統

雖然說GPS的普及度相當高，但是因為這種定位系統除了具有一般民間用途外，用於作戰的軍事用途才是其主要目的，所以當戰爭發動後，定位系統的擁有國必定會將訊號加密鎖定，或是封鎖其他國家使用其定位系統，所以當國家希望能在戰時確保定位功能的話，就必需研發自己的衛星定位系統。

在歐洲區域部分，由歐盟主導伽利略定位系統（Galileo），已有不少電子產品支援該模組，其第一顆正式衛星於2011年發射，並於2020年完成所有30顆衛星的部署任務。它最大的特色是具有求救訊號接收功能，當有人員發出求救訊號時，伽利略定位系統就能透過衛星鎖定事故地點，並回傳訊號通知受難人員。

在冷戰期間身為美國敵對國的俄羅斯，也具備格洛納斯系統（GLONASS），它的前身為1960年代開始部署的西科琳衛星定位系統（Tsiklon），第一顆衛星於1982年發射，但是到2010年才完成100%覆蓋俄羅斯領土，餅於2011年10月完成24顆衛星的部署，不要以為它在西方國家很罕見，其實iPhone 4S就開始支援這套系統囉。

除了上述3套系統之外，中國也自行研發了北斗衛星導航系統，先後部署了於2000年開始服務的北斗一號系統，以及2012年完成的北斗二號系統，這2代分別夠對中國境內與亞太地區提供衛星導航服務。北斗三號系統則於2015年開始建設於2020年完成，並提供全球定位服務。