GNSS（Global Navigation Satellite System，全球衛星導航系統）通常指提供定位、導航與授時（PNT）的衛星系統總稱。GPS 是美國的全球系統，不是 GNSS 的同義詞。接收機在台灣常可觀測 GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou，以及以日本與亞太為重點的 QZSS；NavIC 則主要服務印度及周邊區域。
「可接收某套星系」只代表硬體與訊號相容。實際能否使用某個頻率、導航訊息、驗證或增強服務，還要看接收機韌體、天線、服務區及當時的衛星健康狀態。
主要衛星系統
| 系統 | 營運者 | 基本服務範圍 | 主要軌道 | 常見開放訊號族 |
|---|---|---|---|---|
| GPS | 美國 | 全球 | MEO | L1、L2、L5 |
| GLONASS | 俄羅斯 | 全球 | MEO | G1、G2、G3；FDMA 與 CDMA 世代並存 |
| Galileo | 歐盟 | 全球 | MEO | E1、E5、E6 |
| BeiDou（BDS） | 中國 | 全球基本 PNT，另有區域服務 | MEO、IGSO、GEO 混合 | B1、B2、B3 |
| QZSS（みちびき） | 日本 | 日本與亞太／大洋洲區域 | QZO、GEO | L1、L2、L5、L6 |
| NavIC | 印度 | 印度及周邊區域 | IGSO、GEO | L5、S，並持續現代化 |
MEO 是中地球軌道，GEO 是地球同步靜止軌道，IGSO 是傾斜地球同步軌道；QZO 則是 QZSS 為日本上空高仰角可見性設計的準天頂軌道。軌道類型不同會改變覆蓋、衛星移動速度與幾何，但不能只由軌道高度推斷定位精度。
GPS
GPS 衛星位於約 20,200 公里高的 MEO [1]。不同世代衛星逐步加入民用 L2C、L5 與 L1C；因此「GPS 支援 L1／L2／L5」不表示每顆在軌衛星都提供完全相同的訊號組合。
GLONASS
GLONASS 是全球系統。傳統訊號以 FDMA 區分衛星，新訊號逐步導入 CDMA。多星系解算若納入 GLONASS，必須正確處理其頻率與接收機間偏差，不能只把觀測列數相加。
Galileo
Galileo 的基準星座採 MEO，提供 E1、E5、E6 等訊號與多種開放服務 [2, 6]。其開放服務導航訊息驗證（OSNMA）等功能屬服務層能力，是否可用取決於訊號、接收機與服務狀態，不等於所有 Galileo 定位都自動完成驗證。
BeiDou
BDS-3 使用 MEO、IGSO 與 GEO 的混合星座 [3]。高軌衛星為亞太低緯區提供不同於純 MEO 星座的幾何與區域服務能力；解算時仍須區分各軌道、訊號和天線模型。
QZSS
QZSS 是以日本為中心、服務亞太與大洋洲的區域衛星導航系統，也提供多種增強服務。QZO 衛星在日本附近長時間維持高仰角，GEO 衛星則固定於赤道上空 [4]。它可與 GPS 相容使用，但不應被描述成全球星系或只是一個地面改正服務。
GNSS 如何由訊號估計位置
1. 衛星廣播軌道、時間與狀態
導航訊息讓接收機計算訊號發射時刻的衛星位置與時鐘改正。接收機還必須考慮地球自轉、相對論效應與採用的時間、坐標框架。
2. 碼觀測形成虛擬距離
接收機比較衛星碼與本地複本的時間差，乘以光速得到虛擬距離（pseudorange）。它之所以是「虛擬」，是因為除了幾何距離，還包含接收機時鐘、大氣、衛星誤差、多路徑與硬體偏差。
基本單點定位有四個主要未知數：三維坐標 x, y, z 和接收機時鐘偏差。因此在不加其他約束的基本模型中，至少需要四個獨立衛星觀測，而不是「三顆先算三維、第四顆再修時間」。實際作業通常需要更多衛星來改善幾何、冗餘與異常偵測。
3. 載波相位提供更細的量測
載波相位的量測雜訊遠小於碼，但初始整數週數未知，形成整數模糊度。RTK、PPK、靜態相對定位、PPP-AR 與 PPP-RTK 的差異，很大一部分在於如何建模偏差、取得改正並處理這些模糊度。完整比較見GNSS 高精度定位方法。
多頻與多星系帶來什麼
多頻
電離層一階延遲與頻率平方成反比。兩個以上頻率可用來估計電離層，或形成一階電離層無關組合；代價是組合後量測雜訊與其他偏差也會改變。多頻不是「完全消除所有大氣誤差」，對流層仍不具頻散性。
多星系
多星系通常增加可見衛星與觀測冗餘，在遮蔽環境中特別有助於維持幾何與可用性。但收益不是無條件的：
- 不同星系有各自的時間尺度、坐標實現與訊號偏差；
- 同一環境的遮蔽、多路徑與大氣會同時影響多套星系；
- 低品質觀測若權重不當，加入更多衛星也可能使模型變差；
- 衛星數增加不保證模糊度一定更快固定或結果一定更準。
專業解算重視的是可用觀測的資訊量、幾何與隨機模型，而不只是畫面上的衛星總數。
主要誤差來源
- 衛星軌道與時鐘：廣播資料有不確定性；差分或精密產品可降低，但需保持產品與模型一致。
- 電離層：具頻散性，會隨時間、位置、太陽與地磁活動變化；多頻可降低一階項但仍可能有殘差。
- 對流層：不具頻散性，乾分量與濕分量需由模型、氣象資訊或參數估計處理。
- 遮蔽與多路徑：由站址周邊環境造成，常是工程現場的主導誤差，不能靠增加星系自動消除。
- 天線與接收機偏差：包含相位中心、線纜、頻間與星系間偏差；高精度解算需一致校正。
- 參考框架與地球運動：板塊運動、潮汐、載重與基準站位移會影響長期坐標解釋。
多星系之外：瑞模德關心的是有效資訊
長期實測讓我們看到，監測資料中的異常並不總是各方向均勻的隨機雜訊。錯誤模糊度經過持續變化的衛星幾何投影後，可能形成具有方向性的偏移；若直接套用高斯假設或只看平均值，會低估少量但重要的尾端事件。
實測資料要先分層
| 資料層級 | 代表內容 | 處理會改變什麼 | 適合回答的問題 |
|---|---|---|---|
| 原始觀測／曆元解 | 單一時刻的碼、相位或即時坐標狀態 | 衛星幾何、當下多路徑、模糊度狀態 | 訊號當下發生什麼？ |
| 觀測時段解 | 一段觀測時間內共同估計的坐標與品質統計 | 時段長度、解算模式、固定策略與收斂過程 | 這次解算是否穩健？ |
| 監測時序 | 多個觀測時段經滑動、聚合、篩選或平滑後的序列 | 時間相關性、延遲、尾端事件與資料缺口形狀 | 是否出現可持續解釋的變形？ |
因此，看到某種分布或週期時，必須先說明它出現在哪一層。只分析最終時序，不能直接宣稱那是 GNSS 原始觀測的固有性質。
實務上，我們不以「收到多少顆衛星」作為系統能力的唯一指標，而會進一步檢查：
- 新增星系後，星系間偏差與觀測權重是否被正確處理；
- 模糊度維度增加後，原有驗證假設是否仍成立；
- 異常只出現在單站、同基準站群組，還是同區域多站；
- 特徵存在於原始觀測曆元、單次解算，還是經滑動時窗與聚合後才出現。
營運時序的分布模型比較
| 候選模型 | 實測比較結果 | 正確解讀 |
|---|---|---|
| 高斯分布 | 在本次營運時序比較中未成為最佳模型 | 不能只用平均值與標準差描述尾端；不代表乾淨 GNSS 觀測永遠不近似高斯 |
| Student-t 分布 | 在部分時序中較能描述實測尾端形狀 | 可呈現連續尺度混合與重尾，但不能直接指出錯誤來源 |
| 有限混合模型 | 部分時序較適合由多種尺度成分描述 | 表示污染或狀態可能不只一種；成分數不等於物理來源數 |
| 明確多峰模型 | 未獲得「離散錯誤必形成多個峰」的支持 | 整數錯誤經衛星幾何投影後，可形成連續分布而非離散峰值 |
這張表同樣只摘要特定處理後營運時序的模型比較。公開資訊不足以重現分析，因此不能把結果當成所有 GNSS 觀測的分布定律或產品效能聲明。
這種分層診斷能把問題定位到衛星與訊號、站點環境、基準站、大氣或處理模型，而不是以增加星系或加重平滑作為通用答案。這套框架用於定位問題；站網配置、模型參數與品質門檻則依專案實測建立並記錄。
工程監測的應用重點
GNSS 的優勢是可持續提供三維、具時間標記的觀測；但「全天觀測」不等於「每一筆都可信」，「多星系」也不等於「已經排除所有錯誤」。變形監測必須同時定義參考坐標、基準穩定性、資料缺口、解算狀態與外部檢核。
瑞模德科技將多層觀測診斷運用於 GNSS 近即時差分定位監測服務，包含基準配置與長期資料品質驗證。基準站距離與大氣相關性的進一步說明，請見基線長度與 GNSS 相對定位。站網配置、模型參數與品質門檻會依專案實測建立並記錄。
GNSS 監測系列導覽
本系列依實務決策順序整理：先理解系統與觀測，再比較定位方法、場址、驗收與資料判讀。
系列第 1/7 篇｜下一篇：差分定位方法比較
參考資料
- GPS.gov. Space Segment. https://www.gps.gov/space-segment
- European Union Agency for the Space Programme. What does Galileo consist of? https://www.euspa.europa.eu/eu-space-programme/galileo/faqs/what-does-galileo-consist
- Cabinet Office, Government of Japan. List of Positioning Satellites（含 BeiDou 衛星軌道與訊號狀態）。https://qzss.go.jp/en/technical/satellites/
- Cabinet Office, Government of Japan. Quasi-Zenith Satellite Orbit. https://qzss.go.jp/en/technical/technology/orbit.html
- Cabinet Office, Government of Japan. QZSS Technical Information and current satellite status. https://qzss.go.jp/en/technical/index.html
- European GNSS Service Centre. Galileo Open Service in-force reference documents. https://www.gsc-europa.eu/electronic-library/programme-reference-documents/galileo-in-force/open-service
常見問題
Q：GPS 和 GNSS 有什麼不同？ GPS 是美國營運的一套全球衛星導航系統；GNSS 是多套全球與區域衛星導航系統的總稱。日常口語常以 GPS 泛稱衛星定位，但在技術文件中應區分。
Q：GNSS 定位最低需要幾顆衛星？ 基本三維單點定位要同時解三個位置未知數與一個接收機時鐘未知數，因此至少需要四個獨立衛星觀測。若加入高度、時間或動態模型等先驗約束，方程形式會不同；可靠作業通常也需要四顆以上的冗餘。
Q：多星系一定比單星系準嗎？ 不一定。多星系通常改善可用性、幾何與冗餘，但前提是正確處理星系間偏差、訊號品質與權重。共同的遮蔽或多路徑不會因星系增加而消失。
Q：雙頻可以完全消除電離層嗎？ 雙頻可消除或估計主要的一階電離層項，但仍有高階項、硬體偏差、量測雜訊與快速空間變化造成的殘差。「雙頻」是建模工具，不是零誤差保證。
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