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天外奇機–我國自主研發太空級GPS導航接收機
2016/11/29
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在今天,無論是飛機飛航或汽車行駛,都高度依賴導航衛星系統。但您知道嗎?其實在太空中運行的衛星等設施,也需要衛星定位導航。
 
 
在今天,無論是飛機飛航或汽車行駛,都高度依賴導航衛星系統。但您知道嗎?其實在太空中運行的衛星等設施,也需要衛星定位導航,而太空級的導航接收機,設計上的難度更是大為增加。請聽今天的科學三分鐘,主題是:天外奇機─我國自主研發太空級GPS導航接收機。

什麼是GPS呢?它的正式中文名稱是全球定位系統,是美國製造和維護的導航衛星系統,它可以為全球大部分地區做準確的定位,並提供高精度的時間。而且GPS發出的訊號,完全不受到天候影響,使用者只要擁有GPS導航接收機就可以得到這項服務,不必付費,也不需要授權。

人造衛星為什麼需要GPS導航接收機呢?原來,當我們聽到「火箭把某衛星送上軌道」的時候,實際上只是「送到差不多的位置」而已,需要靠衛星上的導航接收機來判定精確的位置、方向、速度等,以便盡快到達預定運行的軌道。不但如此,運行中的衛星難免慢慢偏移原位軌道,充電用的太陽電池也需要對準太陽,想正確地調整位置和方向,都需要可靠、高速和高精度的衛星導航接收機。

不過平常汽車用的衛星導航,好像精度、速度也不差,不是嗎?那可能是因為用了基地台的信號輔助導航,在基地台林立的都市中,當然好用。但衛星運行在虛無縹緲的太空,所以太空級的導航接收機,對精度的要求更高。此外,它也必須能夠承受衛星發射時的振動、太空中的輻射等惡劣環境。

太空級的導航接收機在各國都是出口管制項目,臺灣過去跟國外採購,困難重重,因此決心進行自主研發。傳統上這個儀器由數枚「特製的」晶片構成,不但比較沉重,而且設計一變更,就需要修改硬體,得要花上好幾個月的時間。另外,如果發生當機,系統重開機的時間也比較久。

這次我國成功設計出的太空級導航接收機,硬體部分都採用「通用的」晶片,幾乎所有功能都由軟體來實現,因此不受到其他國家的限制。這樣一來,不但重量減輕,運算速度加快,冷開機時間更縮短到一分半鐘。而且因為主要是軟體架構,不但把變更設計的時間縮短,還能從地面直接對軌道上的衛星更新軟體,增加功能。

本單元科學顧問,國研院國家太空中心的林辰宗組長更表示:

「我們的接收機功能都是用軟體來實現,那表示說只要我們可以增加軟體,就可以來實現額外的功能,可以接收俄羅斯的格洛纳斯的導航系統,或是歐洲的伽利略導航系統,那甚至有一天我們可以擴充為科學使用的GPS接收機。」

透過精良的設計,國家太空中心研發的太空級衛星導航接收機,不只可以接收美國的GPS訊號,未來也可以接收俄羅斯格洛纳斯系统、歐洲伽利略系統的導航訊號,達到三頻的接收,加上許多性能的優勢,有進軍國際市場的潛力。

今天的科學關鍵字,就是

衛星導航 Satellite navigation

您可以透過這個關鍵字,進一步查詢或做延伸閱讀。

【本單元由科技部補助製播】2014-03-23 16:55:00播出
 
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GPS(21)衛星導航(1)
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