2015年4月2日

水下精準定位系統

作者/穆凌吉(國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心助理工程師, 專職負責水下機器人系統ROV維運)

在1912年4月10日這一天,著名的英國皇家郵輪鐵達尼號(RMS Titanic)滿載著1324位乘客與892位船員由英國南安普頓出發,途中短暫停靠法國與愛爾蘭,最後將橫跨北大西洋直達紐約。這是它的處女航,電影中傑克與蘿絲浪漫的愛情故事就是發在這個廣為後世流傳的航程上……

衛星定位
在那個以蒸汽機推動螺槳的時代,還沒有智慧型手機這種東西,因此船員只好靠著航海地圖以及太陽及星座方位與高度進行「天文航海」(Celestial Navigation)。然而生在這個科技蓬勃發展的世代,我們只要打開手機內建的電子地圖、開啟手機定位,便可以知道自己的位置,並輕鬆的前往想去的地方。除此之外,手機螢幕甚至還可以顯示前進方向與速度,想要搞丟自己都相當困難。而這一切都要歸功於GPS的幫忙,才能造就如此便捷的服務。

GPS是全球定位系統(Global Positioning System) 的英文縮寫, 透過分屬6個不同高空軌道上24顆衛星以及地面上的監控站所組成,智慧型手機則是屬於用戶接收端。GPS的定位方法一般採用空間距離交會法,簡單來說,就是天空上的衛星以光速持續發射無線電波,將星曆參數與時間等資訊傳回地面;而手機內建的GPS接收器, 可接收衛星所發射的訊號,此時計算發射與接收的時間差,就可推估接收端與該衛星的距離。以此距離為半徑、衛星為圓心,便可畫出一個空間球體,只要手機可同時收到三個不同衛星的資料,就可使三個球體交於兩點,其中一點在天空,而另外一點就是手機於地球上的所在位置。

因此鐵達尼號的船長愛德華只要拿出智慧型手機或GPS接收器,經過定位便可知道目前所在的經緯度。如果手機可以收到第四顆衛星的資料當輔助,那更可加提升定位的精準度,將誤差範圍縮小在十公尺內。如此船長便可在海圖上規劃一條最安全的路線,並隨時監控鐵達尼號的航向與位置。......【更多內容請閱讀科學月刊第544期】

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