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诠释GPS定位系统应用 定位系统，可能是某些人从小到大一直有的构想。
「 啊！它到底放在哪里？ 」相信这是大家都遇过的经验，找不到东西，却又迫切需要的窘境。钥匙、指甲刀、IC卡或是各类证件，有些体积小的东西常常用到，但就是忘记把它摆在哪里。
「 奇怪，明明是放在这里的阿，怎么不见了？我们总是花上许多不必要的时间，在寻找那『好像是放在这里』的东西，以至于其它的事就搁在一旁了。 在现在『 时间就是金钱 』的认知下，如何不浪费这没有意义的时间呢？我的想法是：把个人的所有物插入微小芯片，透过电子仪器与芯片感应，我们可以在电子仪器上立即知道物品的正确位置，这使得我们免去焦急的心情，也节省了不必要的时间。
我称这个构想为『 个人定位系统 』。 在这个议题开始之前，我也收集了其它定位系统的资料，希望能对我的构想有更近一步的启发。
GPS定位系统的实现原理 全球卫星定位系统（Global Positioning System,GPS）是由美国==所发展，整个系统约分成下列三个部份： 【太空卫星部份】由 24 颗绕极卫星所组成，分成六个轨道，运行于约 20200公里的高空，绕行地球一周约12小时。 每个卫星均持续着发射载 有卫星轨道数据及时间的无线电波，提供地球上的各种接收机来应用。
【地面管制部份】这是为了追踪及控制上述卫星运转，所设置的地面 管制站，主要工作为负责修正与维护每个卫星能保持正常运转的各项参 数数据，以确保每个卫星都能提供正确的讯息给使用者接收机来接收。 【使用者接收机】追踪所有的 GPS卫星，并实时地计算出接收机所在 位置的坐标、移动速度及时间，GARMIN GPS 即属于此部份。
[详细资料] GPS导航原理 GPS的定位是利用卫星基本三角定位原理，GPS 接收装置以测量无线电信号的传输时间来量测距离，以距离来判定卫星在太空中的位置，这是一种高轨道与精密定位的观测方式。 假设卫星在11,000英哩高处，测量我们的距离，首先以11,000英哩为半径，以此卫星为圆心画一圆，而我们位置正处于球面上。
如果要获得更精确的定位，则必定要再测量第四个颗卫星，从基本物理的观念上来说，以讯号传输的时间乘以速度即是我们与卫星的距离，我们将此测得的距离称为虚拟距离，在 GPS 的测量上，我们测的是无线信号，速度几乎达18万6千英哩/Sec的光速，而时间却短的惊人，甚至只要0。 06秒，时间的测量需要二个不同的时表，一个时表装置于卫星上以记录无线电信号传送的时间，另一个时表则装置在接收器上，用以记录无线电信号接收的时间，虽然卫星传送信号至接收器的时间极短，但时间上并不同步，假设卫星与接收器同时发出声音给我们，我们会听到二种不同的声音，这是因为卫星从11,000英哩远的地方传来，所以会有延迟的时间，因此，我们可以延迟接收器的时间，从此延迟的时间╳速度，就是接收器到卫星的距离，此即为 GPS 的基本定位原理。
[详细资料] GPS导航系统的用途 GPS的用途十分广泛﹐举凡需要做地面定位的工作﹐均可利用GPS来达成。 【资源调查﹐土地探测】 例如﹕森林区、山坡地违规开发查报工作。
使用GPS可顺利导航至可疑之变异点﹐并直接查询调阅地籍图等相关资料以利研判。 【导航定位：车辆，航空，航海】 例如﹕汽车卫星导航系统﹐于美国曰本已相当风行﹐我国仍在萌芽阶段。
在可预见的未来﹐所有的飞行器将使用GPS做导航的标准设备﹐在飞机起降的时候﹐无须依赖机场地面的导航设备。 【大地测量﹐一般测量】 传统的三角测量事一件十分辛苦的事﹐特别是在地面三角测量点缺乏﹐地标不明显的时候﹐测量工作格外困难。
GPS定位则无须仰仗地面控制点﹐只要在没有遮蔽的情况下﹐几乎不受地形地物的限制﹐所以使用GPS作为测量的工具﹐大大改善了传统测量的不便。精确度需求越高的测量工作﹐需要越高精度的GPS﹐当然也就越昂贵。
【制图】 电子地图之制作及粗略地形图之制作。 地图的数化有很多种﹕将已存在的纸面地图用数位版数化﹑或使用扫描器扫描至电脑中﹐再进行萤幕数化或自动数化。
我们可使用GPS在车辆行进的时候﹐每隔一段时间将道路点（WAYPOINT）记录下来﹐如此便完成粗略的地图数化工作。[详细资料] 如何组成车载GPS系统 车载GPS的组成一般可分为三类。
第一类是原车装备的GPS，这类GPS屏幕显示清晰，功能强大且定位迅速；第二类是专用车载GPS设备，这类GPS以吸顶、镶嵌CD槽、挂屏等方式置于车厢内，价格在万元以内；第三类是以掌上电脑（PDA）、笔记本电脑为依托，加装GPS接收卡和专用电子地图导航软件，属自攒简易GPS系统。 【车载电脑系统】 车载电脑装置是汽车智能化的后PC时代IT产业产品。
欧美国家和亚洲的曰本等汽车大国早在上世纪90年代相继完成了汽车电脑自动控制、监测报警、GPS导航等领域的开发与实践，如德国的DaimlerChrysler，美国的General Motors、EVS、Ford Motor，曰本的TOYOTA、Mitsubishi等，相关技术、产品陆续也进入我国，但仅局限于个体功能和专业汽车领域。 [详细资料] 【GPS接收天线】 GPS接收天线的作用，是将卫星来的无线电信号。
2.车载导航系统的系统设计
在车载系统中，除了与行车操控密切相关的车体、传动及安全系统开始导入更多的电子功能外，资通娱乐系统也越来越多地应用电子技术。
当这个结合信息、通信和娱乐的车载应用系统被转移到汽车市场时，也发展出其独到的应用特点。Telematics是指整合通信与信息的新兴车载应用。
在产品定位上，可以分为可携式设备和车装式设备两种。GPS导航定位在Telematics中具有关键性的地位，车载GPS系统除了可为驾驶提供导航信息外，当它与无线通信技术（如GPRS/3G）结合时，可提供定位信息给Telematics的服务供货商，当这些供货商的服务中心收到个别汽车的位置信息后，就能够为车主提供道路救援、失车找回等服务。
另外，出租车、公交车或游览车也可采用GPS来发挥车队追踪及控管的功能。 在客户端的GPS装置是一个单向的GPS信号接收机，它可以接收来自天空导航卫星的定位信号，这20多颗卫星可传送L1及L2两种信号，使用的频率分别为1575.42MHz和1227.60MHz，一般民用的GPS接收机只需接收L1于1575.42MHz的频率。
GPS定位系统利用卫星基本三角定位原理，由GPS接收装置先找到3颗以上空中卫星的所在位置，再计算每颗卫星与接收器之间的距离，即可得出接收器在三维空间中的坐标值。进一步来看GPS接收器的系统运作流程（见图1）,GPS卫星信号先由GPS天线来接收，再经由RF射频前端将高频信号转为中、低频数字信号，再传送到GPS基频组件，此组件的核心技术在于相关器的设计，也就是透过相关器来比对找出正确的卫星编号，进而对照取得多颗卫星的万年历和广播星历等资料。
通道的相关器越多意味着找到卫星位置的速度越快，目前一般的GPS接收器至少提供12个通道的相关器，更高阶的接收器则具有16个，甚至是32个通道的相关器。GPS接收器的控制功能由微处理器或微控制器来实现，此处理核心可以来自外部，也可嵌入在GPS基频组件当中。
目前较初阶的GPS接收器产品常用ARM7作为核心，高阶的机种则会升级到ARM9核心。此外，这类组件也具备微处理器支持功能，例如UART和实时时钟（RTC）。
星历数据会以NMEA0183或RTCM等格式输出到主处理器，进一步与GIS地图引擎整合以显示所在街道位置，或透过无线通信接口传出位置信息，让远程服务器能够提供进一步的相关位置服务。NMEA0183是GPS惯用的一种标准通信协议，它采用简化ASCII的序列通信协议来定义数据传送的格式。
当GPS采用差分定位（DGPS）的辅助定位模式，如美国的WAAS或欧洲的EGNOS系统时，则需输出RTCM或NTRIP1.0的协议格式。此外，由于不同的接收器所提供的原始数据格式通常会不同，当有需要针对不同型号接收器收集的数据进行统一处理时，就必须建立GPS通用数据交换格式。
综上所述，一部车载GPS的硬件系统架构中，主要单元包括天线、RF前端、基频/相关器、处理器核心，此外，还包括内存、总线接口。这些单元可以采用离散式的方法来提高设计上的弹性，也可采用整合式的策略，将多个单元整合为一颗系统单芯片（SoC）、单封装（SiP）或模块，以降低设计的难度及成本。
当系统工程师在进行设计时，必须在效能、成本与弹性三大评量要件中进行选择。以效能来说，GPS接收器的效能指标有4项，分别是准确性、灵敏度、第一次定位时间、通道数量。
当这4项效能指标都要求达到最高时，就必须强调接收器的处理器效能、相关器通道数量、内存容量及高速的对外连接接口。如此一来，产品的成本自然会大幅提升，这时大众市场未必能够接受，因此往往需要做一些必要的调整。
目前的技术已能够将GPS接收器架构中的射频及基频整合在一起，而高整合度的产品能提供更佳的成本效益。以ST的STA2056为例（见图2），它将基频与射频功能整合于小型的QFN-68封装之中。
它在基频部分采用ARM7TDMI作为核心，频率可高达66MHz；在射频部分为主动天线系统，含有易与被动天线连接的接口；此外，它还内建ROM及SRAM内存。由于只需要用到少数的外部组件，因此能降低总体物料成本；其小尺寸能让产品设计更为轻薄短小，而且具有低功耗的优势。
不仅如此，此类整合性产品也让工程师省下调校射频与基频整合的研究精力，可加速产品上市。 GPS天线也是决定GPS效能表现的关键。
GPS卫星信号的背景噪讯为-136dBW，为避免干扰，国际电信法规规定卫星传送信号噪讯不得大于-154dBW,GPS的信号实际上相当弱，因此接收天线的灵敏度必须非常高。这和天线的大小及形状密切相关。
可用于GPS的天线种类包括片状天线、螺旋式天线和平面倒F型天线（PIFA）等，其中又以片状天线和螺旋式天线使用最多（见图4）。由于GPS的信号属于圆极化波，所以GPS接收天线也必须采用圆极化的工作方式。
平板天线的好处是其耐用性及相对容易制作，成本也较低，不过它具有明显的方向性，平板要面向天空才能得到较好的接收效果。这种方向性会给使用上带来极大的限制；此外，它虽然能顺利接收到正上方的卫星信号，但若没有获取到低角度的卫星信息，误差就会相对较高，精确度也会下降。
较先进的做法是采用。
3.车载导航系统的系统设计
在车载系统中，除了与行车操控密切相关的车体、传动及安全系统开始导入更多的电子功能外，资通娱乐系统也越来越多地应用电子技术。
当这个结合信息、通信和娱乐的车载应用系统被转移到汽车市场时，也发展出其独到的应用特点。Telematics是指整合通信与信息的新兴车载应用。
在产品定位上，可以分为可携式设备和车装式设备两种。GPS导航定位在Telematics中具有关键性的地位，车载GPS系统除了可为驾驶提供导航信息外，当它与无线通信技术（如GPRS/3G）结合时，可提供定位信息给Telematics的服务供货商，当这些供货商的服务中心收到个别汽车的位置信息后，就能够为车主提供道路救援、失车找回等服务。
另外，出租车、公交车或游览车也可采用GPS来发挥车队追踪及控管的功能。 在客户端的GPS装置是一个单向的GPS信号接收机，它可以接收来自天空导航卫星的定位信号，这20多颗卫星可传送L1及L2两种信号，使用的频率分别为1575.42MHz和1227.60MHz，一般民用的GPS接收机只需接收L1于1575.42MHz的频率。
GPS定位系统利用卫星基本三角定位原理，由GPS接收装置先找到3颗以上空中卫星的所在位置，再计算每颗卫星与接收器之间的距离，即可得出接收器在三维空间中的坐标值。进一步来看GPS接收器的系统运作流程（见图1）,GPS卫星信号先由GPS天线来接收，再经由RF射频前端将高频信号转为中、低频数字信号，再传送到GPS基频组件，此组件的核心技术在于相关器的设计，也就是透过相关器来比对找出正确的卫星编号，进而对照取得多颗卫星的万年历和广播星历等资料。
通道的相关器越多意味着找到卫星位置的速度越快，目前一般的GPS接收器至少提供12个通道的相关器，更高阶的接收器则具有16个，甚至是32个通道的相关器。GPS接收器的控制功能由微处理器或微控制器来实现，此处理核心可以来自外部，也可嵌入在GPS基频组件当中。
目前较初阶的GPS接收器产品常用ARM7作为核心，高阶的机种则会升级到ARM9核心。此外，这类组件也具备微处理器支持功能，例如UART和实时时钟（RTC）。
星历数据会以NMEA0183或RTCM等格式输出到主处理器，进一步与GIS地图引擎整合以显示所在街道位置，或透过无线通信接口传出位置信息，让远程服务器能够提供进一步的相关位置服务。NMEA0183是GPS惯用的一种标准通信协议，它采用简化ASCII的序列通信协议来定义数据传送的格式。
当GPS采用差分定位（DGPS）的辅助定位模式，如美国的WAAS或欧洲的EGNOS系统时，则需输出RTCM或NTRIP1.0的协议格式。此外，由于不同的接收器所提供的原始数据格式通常会不同，当有需要针对不同型号接收器收集的数据进行统一处理时，就必须建立GPS通用数据交换格式。
综上所述，一部车载GPS的硬件系统架构中，主要单元包括天线、RF前端、基频/相关器、处理器核心，此外，还包括内存、总线接口。这些单元可以采用离散式的方法来提高设计上的弹性，也可采用整合式的策略，将多个单元整合为一颗系统单芯片（SoC）、单封装（SiP）或模块，以降低设计的难度及成本。
当系统工程师在进行设计时，必须在效能、成本与弹性三大评量要件中进行选择。以效能来说，GPS接收器的效能指标有4项，分别是准确性、灵敏度、第一次定位时间、通道数量。
当这4项效能指标都要求达到最高时，就必须强调接收器的处理器效能、相关器通道数量、内存容量及高速的对外连接接口。如此一来，产品的成本自然会大幅提升，这时大众市场未必能够接受，因此往往需要做一些必要的调整。
目前的技术已能够将GPS接收器架构中的射频及基频整合在一起，而高整合度的产品能提供更佳的成本效益。以ST的STA2056为例（见图2），它将基频与射频功能整合于小型的QFN-68封装之中。
它在基频部分采用ARM7TDMI作为核心，频率可高达66MHz；在射频部分为主动天线系统，含有易与被动天线连接的接口；此外，它还内建ROM及SRAM内存。由于只需要用到少数的外部组件，因此能降低总体物料成本；其小尺寸能让产品设计更为轻薄短小，而且具有低功耗的优势。
不仅如此，此类整合性产品也让工程师省下调校射频与基频整合的研究精力，可加速产品上市。 GPS天线也是决定GPS效能表现的关键。
GPS卫星信号的背景噪讯为-136dBW，为避免干扰，国际电信法规规定卫星传送信号噪讯不得大于-154dBW,GPS的信号实际上相当弱，因此接收天线的灵敏度必须非常高。这和天线的大小及形状密切相关。
可用于GPS的天线种类包括片状天线、螺旋式天线和平面倒F型天线（PIFA）等，其中又以片状天线和螺旋式天线使用最多（见图4）。由于GPS的信号属于圆极化波，所以GPS接收天线也必须采用圆极化的工作方式。
平板天线的好处是其耐用性及相对容易制作，成本也较低，不过它具有明显的方向性，平板要面向天空才能得到较好的接收效果。这种方向性会给使用上带来极大的限制；此外，它虽然能顺利接收到正上方的卫星信号，但若没有获取到低角度的卫星信息，误差就会相对较高，精确度也会下降。
较先进的做法是采用。
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