結合多重衛星系統　GNSS提升定位精準度

GNSS受矚目

促使新型GNSS系統出現的原因非常明顯：許多國家不希望因為百分之百依賴美國所掌控的GPS系統，而受到限制。除此之外，由於下列因素，現在GNSS系統設計人員也不得不開發可支援多重GNSS標準系統的定位系統：

俄羅斯率先啟動GNSS

全球第一個啟用的GNSS系統是俄羅斯的GLONASS(圖1)，已於2011年正式營運，共有二十四顆衛星。

圖1　目前俄羅斯GLONASS衛星系統的訊號已覆蓋全球。

與GPS相同，GLONASS是一個全球覆蓋系統，在俄羅斯境內可提供小於7公尺的定位準確度，在俄羅斯境外則是小於9公尺。

另一方面，GLONASS在僅距離GPS 25MHz的頻段執行，採用分頻多重存取(FDMA)技術，而GPS則是利用分碼多重存取(CDMA)區別不同的衛星。GLONASS首批應用之一是ERA-GLONASS，這是與歐盟緊急救援系統(eCall)系統類似的自動化車輛緊急通報系統。俄羅斯政府透過目前已投入營運的GLONASS發展的緊急救援系統，也將於2013年開始提供服務。

歐盟自行部署的衛星網路稱為伽利略(Galileo)衛星系統。目前已發射兩顆衛星到軌道，2012年底已再增加兩顆。

歐盟伽利略衛星系統正在發展

歐盟Galileo計畫預計到2019年總共會部署三十顆衛星(二十七顆執行任務、三顆備用)，屆時便能完全投入營運。不過，由於目前歐盟受到歐債危機的影響，可能將延後Galileo營運的時程。

以先進的CDMA技術為基礎，Galileo將在與GPS類似的頻率執行(圖2)，主要是用來支援公尺以下的準確度。除定位功能外，Galileo還能利用衛星的雙向資料通訊功能提供額外的「搜尋和救援」服務。

圖2　伽利略衛星系統運行頻率與GPS相近。

中國大陸北斗衛星初步建置

中國自行開發的GNSS系統稱為北斗衛星系統(BeiDu-2)，或亦稱為羅盤(Compass)。北斗衛星系統基於CDMA技術，此系統目前已發射十顆衛星，可為中國大陸和東南亞使用者提供導航和定位服務。中國北斗衛星最終會有三十五顆衛星，提供10公尺內準確度的定位功能，且為免費服務。北斗衛星系統2013年已正式營運，全球版本預計2020年完成。

日本QZSS已發射一顆衛星

圖3　QZSS為輔助日本都會區GPS的衛星系統。

目前QZSS衛星軌道中已有一顆衛星運行，完整的三顆衛星部署預計於2013年完成。QZSS已能以一顆衛星提供服務，可支援日本及部分東南亞和澳洲的裝置。

提升GNSS效能
輔助系統助臂力

定位準確度與大氣層條件密切相關，特別是GNSS訊號穿越電離層時的延遲現象。以下所列的三個輔助系統(原是用來輔助GPS)都已發展好一段時間，並能在特定地理區域中固定地被GPS接收器使用，以提升其準確度。

三個輔助系統包括廣域輔助系統(WAAS，部署於北美)、歐洲同步導航覆蓋服務(EGNOS，部署於歐洲和俄羅斯)，以及多功能衛星輔助系統(MSAS，部署於日本)。

這些輔助系統並不只局限於提升GPS效能，也能為GLONASS和Galileo等GNSS系統帶來效益。

支援GNSS模組登場

為協助系統設計人員應付日益擴展的GNSS系統與輔助服務，以及低功耗、小尺寸等設計要求，GPS模組業者已在新發布的產品中納入對這些設計需求的考量。

以u-blox新的GNSS模組u-blox 7為例，其是以新款UBX-G7020多重GNSS接收器晶片為基礎的第五代GNSS接收器平台，主要特性包括低功耗、小尺寸與靈活介面功能。更重要的是，針對以模組為基礎的設計，工程師面對持續演進的GNSS系統和其各自不同的啟用時間時，僅需在相同的占位面積上更換接收器模組，並上載新的韌體，毋須耗費昂貴的硬體變更就能進行設計升級。

新的GNSS模組支援所有已部署的GNSS系統，同時還能提供「硬體就緒」接收器，可依尚未啟用或完全規範的系統進行調整。讓設計人員以基於唯讀存儲記憶體(ROM)的模組開發支援已部署標準的裝置，而日後可再進行調整的快閃記憶體版本則能用來開發尚在測試階段的衛星系統，包括Galileo和北斗衛星。

新一代多重GNSS接收器的典型應用包括，可攜式消費電子產品，如相機、筆記型電腦、平板電腦、可攜式導航裝置和個人追蹤器，以及工業應用，如車隊和資產管理系統；另外，通過車規認證的GNSS模組則可用於如緊急呼叫、防盜和車輛導航系統等汽車應用。

(本文作者依序為u-blox通訊經理、GNSS晶片產品經理)