你不知道的星際網：GNSS 如何支撐你每天的科技生活

你知道嗎？你手上的智慧型手機，可能比你還知道你在哪裡。不論你是在台北捷運裡滑手機，還是在陽明山上自拍，背後都有一個默默運作的科技英雄：GNSS（全球導航衛星系統，Global Navigation Satellite System）。它不只讓你找到路，更正在改變整個產業的運作方式。GNSS 是現代文明的數位「北極星」，引領著物流、自駕車、農業與交通的數位革命。

GNSS：不只是導航，還是產業的神隊友

GNSS 的應用早已超越導航。從自動駕駛車輛的精準定位，到農業機械的自動化操作，再到物流業的即時追蹤，GNSS 都扮演著不可取代的角色。根據《2024-2030 年中國高精度 GNSS 行業分析與前景趨勢報告》，高精度 GNSS 的市場正以超過 15% 的年增率擴張，特別是在農業、地籍測量與無人機等高精度應用場景中快速滲透。

舉例來說，現代農機可透過 GNSS 定位達到公分級精度，自動規劃耕作路線、減少種子與農藥浪費；物流車隊則能以 GNSS 追蹤各車位置與行駛效率，進一步優化調度與減少碳排放。對企業來說，這不僅是科技進步，更是營運成本與環境責任的雙重優化。

全球 GNSS 系統的現況：四大天王各顯神通

目前，全球主要的 GNSS 系統包括以下四大全球導航系統與兩個區域系統，它們共同構成今日多元且高度互補的定位架構：

• GPS（美國 Global Positioning System）： 最早部署且全球最普遍使用的系統，自 1978 年開始部署、1995 年全面啟用，由美國空軍（現移交予太空軍）負責營運。該系統目前擁有 31 顆 MEO（中地球軌道）衛星在軌，分布於 6 個軌道面，約 20,200 公里高空，運行週期約 12 小時。 支援 L1（1575.42 MHz）、L2（1227.60 MHz）與 L5（1176.45 MHz）三個頻段，其中 L5 為專供安全關鍵應用的新頻段，具備更強抗干擾能力。GPS 也與其他 GNSS 系統實現訊號格式協調與授時標準同步，是全球多系統融合的技術中樞之一。
  

• GLONASS（俄羅斯 Global Navigation Satellite System）： 俄羅斯自主建立的系統，其發展可追溯至蘇聯時期，於 1982 年開始發射第一顆衛星，並於 1995 年達成初步全球覆蓋。目前 GLONASS 系統由 24 顆在軌 MEO 衛星組成，分布於三個軌道面上，軌道高度約為 19,100 公里，衛星間採用 FDMA（頻分多工）與 CDMA（碼分多工）並行模式，增強抗干擾能力。 GLONASS 特別在高緯度地區（如北歐、俄羅斯內陸）表現穩定，因其軌道傾角較大，提供對極區更佳的能見度與信號可用性。俄羅斯亦積極推動 GLONASS-K 與 GLONASS-K2 新一代衛星升級計畫，以提升訊號多樣性與精度，並加強與其他 GNSS 系統的互通性。
  

• Galileo（歐盟）： 由歐洲航太總署（ESA）與歐洲聯盟共同出資與管理，是目前唯一由民用機構主導的全球導航系統。自 2005 年啟動以來，Galileo 持續擴充衛星星座，目前已部署 28 顆 MEO 衛星，運行於 23,222 公里高空、三個軌道面上，並規劃最終達 30 顆衛星（含 6 顆備援衛星）。 其主要優勢為高精度民用定位服務（HAS），一般定位可達亞米級，配合高精度授時功能，特別適用於金融、電力網與災難救援等應用場景。Galileo 亦支援緊急服務（Search and Rescue，SAR）功能，可在搜救任務中提供遇難者定位回傳回應。目前系統預計於 2026 年全面達到最終營運能力（FOC），屆時將進一步增強全球多 GNSS 整合網的穩定性與彈性。
  

• 北斗（中國 BeiDou Navigation Satellite System, BDS）： 截至 2024 年底，北斗導航系統（BDS）已完成第三代全球衛星星座建設，共部署超過 60 顆衛星，涵蓋地球同步軌道（GEO）、傾斜地球同步軌道（IGSO）與中地球軌道（MEO）三種軌道形式，形成全球與區域雙重定位能力。 該系統具備多樣化服務功能，包括開放服務（Open Service）、授權服務（Authorized Service）、短報文通信（SPS）、精密定位服務（PPP）與國際搜救服務（SAR）。北斗系統特別強調區域內的高精度與高可靠性，透過地基增強系統與時間同步技術，使其在中國本土及周邊亞太地區可達厘米至分米級定位精度。北斗也與 GPS、Galileo、GLONASS 等系統進行訊號格式協調與軌道協同，支持全球多 GNSS 融合應用，成為全球導航版圖中舉足輕重的一員。

此外，還有印度的 IRNSS（Regional Navigation Satellite System，區域導航衛星系統），目前正式名稱為 NavIC（Navigation with Indian Constellation），主要針對印度本土及周邊地區提供高精度服務。NavIC 由 7 顆衛星組成，包含 3 顆 GEO（地球同步軌道）與 4 顆 IGSO（傾斜地球同步軌道）衛星，支援 L5 與 S 頻段訊號，其授時與定位服務廣泛應用於交通、漁業、應急救援與軍事通訊。

日本則推出 QZSS（Quasi-Zenith Satellite System，準天頂衛星系統），專為日本與亞太區域的高樓密集都市而設計，透過準天頂軌道使衛星能長時間停留在高仰角，提升都市環境下的 GNSS 訊號可用性。目前 QZSS 已部署 4 顆衛星，預計於 2024 年擴展至 7 顆構成準全球系統，支援高精度輔助 GPS 定位、災害通報與授時功能。

GNSS 領域的多系統競合格局日趨成熟，使用者可透過多源接收設備整合多個衛星系統，達成更高穩定性、定位精度與抗干擾能力，促使智慧定位服務在全球與區域層面皆能發揮最大效益。

以下為目前主流 GNSS 系統總覽整理：

系統名稱	所屬國家／組織	全名	衛星數量（2024）	軌道類型	頻段支援	精度特色	備註
GPS	美國	Global Positioning System	31 顆	MEO（中地球軌道）	L1, L2, L5	米級至公尺級；L5 抗干擾強	全球覆蓋，軍民兩用
GLONASS	俄羅斯	Global Navigation Satellite System	24 顆	MEO	FDMA, CDMA	高緯度地區表現穩定	預計導入 GLONASS-K2
Galileo	歐盟	-	28 顆（規劃至 30 顆）	MEO	E1, E5, E6	亞米級，民用精度高	含 SAR 緊急回傳功能
北斗	中國	BeiDou Navigation Satellite System（BDS）	60 顆以上	GEO, IGSO, MEO	B1, B2, B3	分米至公分級（區域）	含短報文、搜救與授權服務
NavIC	印度	Navigation with Indian Constellation（IRNSS）	7 顆	GEO, IGSO	L5, S	區域內高精度	覆蓋印度與周邊 1500 公里
QZSS	日本	Quasi-Zenith Satellite System	4 顆（計畫擴至 7 顆）	準天頂軌道	L1, L2, L5	輔助 GPS，改善都市接收	專為日本與亞太區域優化

GNSS 的挑戰與創新：從多徑效應到 AI 加持

雖然 GNSS 技術日益成熟，但在都市叢林、山谷或室內環境中，依然面臨信號遮蔽、多徑效應（multipath effect）與時延誤差等挑戰。特別是在高樓林立的都市，反射信號會造成誤差達數十公尺。

為因應這些問題，研究者開發了多種創新解法，包括：

• RTK（Real-Time Kinematic）即時動態定位： 透過基準站與移動站的載波相位觀測值比較，並進行差分運算，可將定位精度由傳統 GNSS 的數公尺級提高至公分甚至毫米級，適用於對精度要求極高的應用場景。RTK 通常需要一個固定不動的參考基站，以及一個搭載接收器的移動設備，兩者之間透過無線通訊即時傳送校正資訊。該技術廣泛應用於高精度測量、農業自動駕駛拖拉機、工程施工機械控制、無人機航線規劃與高等級自駕車的路徑控制中，尤其在城市精密建模與智慧交通領域中展現重要價值。
  

• PPP（Precise Point Positioning）精密單點定位： 結合衛星精密軌道與鐘差資料，並透過精密觀測模型與統計濾波演算法修正多項系統誤差，如對流層延遲與地球自轉效應，因此適用於無需基準站的高精度應用。PPP 技術可提供亞米級甚至公分級的定位精度，但其收斂時間通常較長（10~30 分鐘），適合用於靜態觀測、高空無人機、海洋監測與精密授時等場景。隨著多頻 GNSS 接收器與即時補正資料的普及，PPP 的收斂時間也正快速縮短，成為 RTK 的重要替代方案之一。
  

• AI 驅動多徑修正與定位融合技術： 透過深度學習與城市數位孿生模擬（Digital Twin），可根據實際都市建築與街道結構建立 3D 模型，模擬並預測 GNSS 訊號在不同場景中的傳播與反射路徑，進而預判可能出現的誤差來源與遮蔽區域。此外，AI 模型也能即時辨識異常訊號特徵，自動校正多徑效應造成的誤差，並結合 IMU（慣性測量單元）、地圖資料與其他定位來源（如 Wi-Fi 或 5G 基站）進行融合運算，大幅提升都市環境中的連續性與精度，實現近乎無縫的智慧導航體驗。
  

根據 Arxiv 於 2024 年 3 月發表的研究指出，AI 模型在辨識並修正 GNSS 信號異常方面展現卓越潛力。該研究運用卷積神經網絡（CNN）與遞迴神經網絡（RNN）對 GNSS 接收資料進行模式分析與異常辨識，進而預測可能的訊號干擾來源與多徑效應。結果顯示，在都市環境中應用 AI 演算法可將整體定位誤差降低 40% 以上，特別是在高樓林立與半封閉空間內的導航精度提升更為明顯。該成果被視為實現下一代智慧城市無縫定位服務的重要突破口。

GNSS 的未來：融合、智慧、安全

未來的 GNSS 發展將朝以下幾大方向演進：

• 多系統融合（Multi-GNSS）： 支援 GPS、GLONASS、Galileo、北斗等多系統訊號整合，透過加權演算法與卡爾曼濾波技術進行多源資料融合，以降低單一系統錯誤對定位的影響。不僅提升衛星可見性，也能在訊號遮蔽或部分系統故障情況下維持穩定運作。此融合策略亦能強化時間同步與可靠性，使高精度定位在複雜地形與都市環境中具備更強的容錯能力，成為無人駕駛、災害應變與智慧農業等應用的關鍵技術基石。
  

• 與 5G/6G 通訊網絡協同： 透過 GNSS 與地面蜂巢式基地台（如 5G 小型基地站）、Wi-Fi、藍牙信標（BLE）與超寬頻（UWB）等地面定位技術進行互補整合，形成室內外無縫定位網路。這種協同定位架構可根據環境自動選擇最可靠的定位來源，特別適用於機場、商場、地下停車場與智慧工廠等複雜場域。例如，在室外利用 GNSS 提供米級至公分級定位，在室內則透過 UWB 或 BLE 實現厘米級追蹤精度，使得物聯網設備、無人物流車與穿戴式裝置都能實現持續性、高準度的位置服務。
  

• 強化安全防護：面對 GNSS Spoofing（假訊號干擾）、Jamming（干擾器攻擊）與訊號模仿重放攻擊等日益嚴峻的安全威脅，全球 GNSS 系統開發者與研究機構正積極研發多層防護技術。這些包括抗干擾機制（如跳頻技術與抗干擾接收器設計）、高安全等級的衛星訊號驗證方案、基於量子加密通訊的未來授權系統，以及利用區塊鏈技術建立不可篡改的訊號傳輸紀錄，提升定位資料的完整性與可信度。此外，也有越來越多的設備整合 GNSS 與非 GNSS 感測器（如 IMU 與地磁儀）以即時判斷異常情況，自主偵測 spoofing 行為，實現「定位反偽造」的智慧化防禦架構。
  

此外，GNSS 與時空同步（Time Synchronization）的關聯也越來越受到重視，成為智慧電網、金融交易與資料中心等高可靠性產業基礎架構不可或缺的一環。透過 GNSS 提供的高精度時間戳記與全球一致的原子鐘同步能力，系統能以奈秒級精度對設備進行協調。例如，智慧電網中的變電站切換需要毫秒等級的時序配合，以避免供電中斷或電壓波動；在證券交易所內，買賣撮合的先後順序需精準記錄，確保公平與合法；而在分散式資料中心中，伺服器之間的時間一致性亦是維持資料正確性與安全稽核的關鍵。隨著 5G、6G 與雲端運算的進一步普及，GNSS 為核心授時來源的角色將愈加不可或缺。

GNSS，無所不在的隱形英雄

從日常生活到尖端科技，GNSS 已成為我們生活中無形卻關鍵的基礎設施。無論是導航、運輸還是經濟活動，其穩定性與準確度都直接關係到系統能否高效運作。隨著 GNSS 與 AI、5G、數位雙胞胎技術的深度結合，我們也將迎來定位與時間同步技術的新世代。

下次你在手機上看到那個小小的地圖定位點，不妨想想：這背後是一整個圍繞地球運行的星辰艦隊，正默默守護著你的位置與方向。