Cypress CTM-130 사용자 설명서

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© 2007 Cypress Solutions 
Installation and Operation Manual: CTM-130 / CTM-132
 
(Revision 1.2) 
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4 GPS Overview 
The  Global  Positioning  System  (GPS)  is  a  worldwide  radio-navigation  system  operated  by  the  US 
Department of Defence (DoD) and formed from a constellation of 24 satellites orbiting at an altitude of 
10,900 nautical miles and with an orbital period of 12 hours.  
 
GPS uses these satellites as reference points to calculate positions accurate to a matter of metres.  This 
is achieved by measuring the time it takes for a radio signal to travel from each satellite to the receive 
unit. Multiple measurements are then used to accurately triangulate the receiver location. 
 
The signals received from the orbiting satellites are based on pseudo random codes. The code for each 
satellite is unique so that the receiver can determine which satellite it is receiving from.  Additionally, 
these  pseudo  random  codes  are extremely complex in  order  to minimize  the  possibility  of  incorrectly 
picking up another signal or background noise with the same code. The receiver is able to generate the 
same pseudo random code for every satellite it is tracking. The difference in time between the locally 
generated  code  and  the  code  received  from  the  satellite  is  used  to  calculate  the  distance  from  the 
satellite  to  the  receiver.  The  receiver  keeps  track  of  the  exact  location  of  every  satellite  by  using  an 
almanac  stored  in  its  local  memory.  In  this  way  the  receiver  is  able  to  triangulate  its  location  by 
calculating  the  distance  from  at  least  three  satellites.  But  this  calculation  assumes  that  the  receiver 
generates  its  pseudo  random  code  starting  at  exactly  the  same  time  as  the  satellites,  which  would 
require extremely accurate (and expensive) atomic clocks in every receiver! The receiver overcomes the 
need for such an accurate clock by triangulating its position from at least four satellites instead of only 
three.  The  additional  satellite  allows  the  receiver  to  calculate  its  own  clock  error  and  to  apply  this 
correction to all calculated distances. 
 
There  are  a  number  of  error  sources  that  can  introduce  inaccuracies  into  the  position  calculation. 
Understanding these error sources can be helpful in applying the position information provided by the 
GPS receiver. 
 
Although the satellites are in extremely accurate orbits they can be influenced by solar “winds” of 
cosmic  radiation  and  also  by  gravitational  forces  from  the  sun  and  moon.  These  errors  are  called 
"ephemeris” errors". The satellites position is regularly monitored by the US DoD and then passed to 
the  satellite  for  passing  on  to  the  receivers  as  part  of  the  pseudo  random  code  information.  The 
receiver  is  then  able  to  account  for  these  ephemeris  errors.  However,  between  these  position 
updates there may be a slight error in the calculated signal. 
 
As a GPS signal passes through the charged particles of the ionosphere and then through the water 
vapour in the troposphere it gets slowed down, and this creates a timing measurement error which 
may be different for each satellite and so cannot be taken into account. 
 
Close  to  the  ground  the  signal  may  bounce  off  various  local  obstructions  before  it  reaches  the 
receiver. This is called multipath error and is similar to the ghosting on a TV. 
 
 
There are often more satellites available than a receiver needs to fix a position, so it will choose a 
few  and  ignore  the  rest.  If  it  chooses  satellites  that  are  close  together  in  the  sky  the  intersecting 
circles that define a position will cross at very shallow angles. This increases the grey area or error 
margin around a position. If it chooses satellites that are widely separated then the circles intersect 
at almost right angles which minimizes the error region.