Sysemy nawgacj saelarnej Przemysław Barczak
Częsolwość nośna Wszyske saely GPS emują neprzerwane sygnały na dwóch częsolwoścach nośnych L1 L2 z pograncza mkrofalowych fal L S, kóre z punku wdzena nazemnego obserwaora wynoszą: L1 = 1575,42 MHz długość fal 19,029 cm L2 = 1227,60 MHz długość fal 24,421 cm Obe e częsolwośc, zgodne w faze z sygnałem oscylaora, powsają w wynku powelana odpowedno 154 120 razy jednej ej samej częsolwośc 10,23 MHz. Na saelce oscylaor pracuje z częsolwoścą 10,22999999545 MHz. Zgodne z eora względnośc chód zegara znajdującego sę na saelce krążącym po orbce okołozemskej, z powodu różncy poencjału grawacyjnego, jes szybszy nż akego samego zegara zlokalzowanego na powerzchn Zem. Różnca a wynos 0,00455 Hz Efek relaywsyczny powsały z powodu mmośrodu orby e e=0,02 wynos ok. 45 nanosekund błąd w pseudoodległośc 13,5 m. Błąd en jes kompensowany w procese określena pozycj użykownka.
Częsolwość nośna Z uwag na fak, że nadajnk odbornk są zawsze względem sebe w ruchu, Użykownk każdego sysemu saelarnego pownen sę lczyć z efekem Dopplera. Dla użykownka sacjonarnego lub o małej dynamce ΔL2 < ΔL1 < 5 khz, Dla użykownka o dużej dynamce ΔL2 < ΔL1 <=10 khz, Częsość oblczana pozycj około 1 khz. Zmany częsolwośc wynos 0,936 Hz/s. Dodakowo wszyske saely emują dla nnych, nż określene pozycj celów sygnały na częsolwośc 1381,05 MHz długość fal 21,7 cm. Z kole z saelów do segmenu nazemnego przekazywane są na częsolwośc 1783,84 MHz długość fal 16,8 cm a ze sacj o saelów na częsolwośc 2227,5 MHz długość fal 13,46 cm
Modulacja sygnału Obe częsolwośc nośne każdego saely są modulowane w faze sygnałam bnarnym P, C D. Równana sygnałów emowanych przez -ego saelę na częsolwośc L1 f 1 L2 f 2, przy założenu, że faza począkowa jes równa zeru, można przedsawć nasępująco: A P, A C/A ampludy sygnału kodu P C/A, P, C C/A, modulacje kodu P C/A, D -- modulacja nformacj nawgacyjnej depeszy. Kod P precse, proeced jes kodem precyzyjnym, a kod C/A clear acquson ogólnodosępny. cos2 sn2 2 cos2 2 2 1, / / 1 1 f D P A S f D C A f D P A S p A C A C p
Modulacja sygnału Kody C/A P wzajemne obrócone w faze o 90 sopn są generowane bnarne cąg +1 lub -1 w forme zw. pseudoprzypadkowego szumu pseudo-random nose PRN. Epoka kodu C/A jes zsynchronzowana z kodem P. Kody C/A P służą do denyfkacj saelów oraz są bezpośredno wykorzysywane w pomarze przedzału czasowego okreslającego pseudoodległość, naomas nformacja nawgacyjna zawera zbór danych nezbędnych do wyznaczena pozycj efemerydy saelów. Sygnały częsolwośc L1 modulowane są dwoma kodam P C C/A, a o częsolwośc L2 jedyne kodem P. To powoduje, że użykownk mający dosęp ylko do kodu C/A, ne ma możlwośc odboru sygnału na drugej częsolwośc L2 ne może ym samym polczyć poprawk jonosferycznej.
Modulacja sygnału Saely z nowym modułem IIR-M nadają sygnały modulowane : Dodakowo przez kod wojskowy M nowym kodem cywlnym C RC replacemen code. W przypadku każdego saely kod RC wykorzysuje dwa różne kody PRN. Perwszy z nch o kod o średnej długośc 10230 chpów oznaczony symbolem CM Cvl Moderae, Drug zaś o kod o dużej długośc 767250 chpów o symbolu CL Cvl Long. Różnca mędzy C/A a RC doyczy równeż loścą bów meszczących sę w jednej sekundze depeszy nawgacyjnej C/A=50 bów /s, RC=25 bów/s. Ma o na celu umożlwene odboru sygnału w pomeszczenach zamknęych. sn2 cos2 sn2 cos2 1, 2 2 1, / / 1 1 M f D F C A f D P A S M f D C A f D P A S RC CR p A C A C p
Modulacja sygnału
Kodowane kod P Kod precyzyjny P sanow jednoygodnowy wycnek znaczne dłuższego kodu Π, będących loczynem dwóch denycznych dla każdego saely kodów X 1 X 2, wywodzących sę z ego samego oscylaora 10,23 MHz. Jeden cykl kodu X 1 rwa 1,5 sekundy lczy 15 345 000 sygnałów bnarnych, o czase rwana 1/10,23 μs każdy. Jeden cykl kodu X 2 rwa o 3,62 μs dłużej, czyl 1,50 000 362 sekundy lczy 15 345 037 sygnałów bnarnych. Tym samym każdy cykl kodu Π lczy: 235 469 592 765 000 sygnałów bnarnych rwa 23017 555,5 sekund, czyl 266 dn 9 godzn 45 mnu 55,5 sekundy. Jes o węc najmnejszy odsęp czasu, po upływe kórego począek cyklu X 1 ponowne pokryje sę z począkem cyklu kodu X 2.
Kodowane kod P Czas rwana pojedynczego cyklu kodu Π wyrażony w sekundach jes równy: 15 345 000 cykl kodu X 2, 15 345 037 cykl kodu X 1. Od chwl rozpoczęca kodu Π łączna lczba sygnałów kodu X2 będze: po 1,5s o 37 wększa nż lczba sygnałów kodu X1, po upływe 3s lczba a będze wększa o 74, po upływe 4,5s wększa o 111 d.. Lczbę ę nazywamy przyspeszenem jednego kodu w sosunku do drugego ΔN. Gdy różnca ΔN jes równa 15 345 000 o lczba cykl kodu X1 jes już o jeden wększa nż snejąca w ym momence łączna lczba cykl kodu X2. Nasępuje o po 622 095 sekundach czyl 1,029 ygodna. W czase rwana jednego cyklu kodu Π syuacja aka wysępuje 37 razy całkowa lczba cykl kodu X 1 będze sę zwększać sopnowo o jeden w sosunku do lczby cyklu kodu X 2.
Kodowane kod P Na ej podsawe można wyróżnć 37 różnych kodów, spośród kórych 32 można przyjąć za kod dokładnoścowy P charakeryzujący danego saelę. Kod en jes węc loczynem kodu X 1 kodu X 2 opóźnonego o n elemenów: P 2 X1 X nt Gdze n jes lczbą z przedzału <1,32>, charakerysyczną dla -ego saely, a T o czas rwana jednego sygnału bnarnego w sekundach 10-6 /10,23. Numer ygodna przyporządkowany kodow P jes jednocześne numerem PRN charakeryzującym danego saelę. Wszyske kody P zaczynają sę w ym samym momence o północy z soboy na nedzele czasu sysemu GPS, a każdy z nch rwa 604 800 s. Raz w ygodnu zachodz resynchronzacja wszyskch kodów z czasem sysemu GPS. Częsolwość kodu P wynos 10,23 MHz, co odpowada długośc fal 29,31 m. W akch eż odsępach, czyl po każdych 154 cyklach fal nośnej 1575,42 MHz, bądź 120 cyklach fal nośnej 1227,6 MHz pojawa sę kolejny sygnał bnarny.
Kodowane kod PY W dnu 31 syczna 1994 roku kod P zosał dodakowo zaszyfrowany neznanym kodem W, w wynku czego powsał kod Y PY. Jes o kod ścśle ajny Deparamenu Obrony USA, o kórym w leraurze ogólnodosępnej, w ym równeż wysoce specjalsycznej, brak jes jakchkolwek nformacj. Wadomo jedyne, że w określonych syuacjach, gdy dosęp do nekórych funkcj sysemu GPS przez ogół użykownków ne jes pożądany przez właśccela sysemu, kod P zosaje przekszałcony w na kod Y.
Kodowane kod C/A Kod C jes kodem lczącym 1023 sygnały, kórych źródłem jes osyclaor o częsolwośc 1,023 MHz będący w faze z oscylaorem kodów X 1 X 2.
Kodowane kod C/A Kod C charakeryzujący -ego saelę jes loczynem dwóch kodów lczących maksmum po 1023 sygnały bnarne: kodu C 1 opóźnonego o m elemenów kodu C 2 : C 2 C1 C m 10T Gdze m jes lczbą z przedzału <0,1022>, charakerysyczną dla -ego saely. Paramer T jes równy czasow rwana jednego sygnału kodu P. Można wyróżnć 1023 różne kody C, kóry każdy może zosać przyjęy za kod C/A charakeryzujący danego saelę. Częsolwość kodu C wynos 1,023 MHz, co odpowada długośc 293,1 m. W akch ez odsępswach, czyl po 1540 cyklach fal nośnej 1575,42 MHz, pojawa sę kolejny sygnał bnarny.
Kodowane
Kodowane
Depesza nawgacyjna
Depesza nawgacyjna Obe częsolwośc nośne emowane przez saelę S modulowane są depeszą nawgacyjną zawerającą mędzy nnym: efemerydę, czyl szczegółowe elemeny orbalne saely S nezbędne do oblczena na wybrany momen jego współrzędnych, do określena momenu wysłana sygnału oraz usalene czasu GPS almanach, czyl dane doyczące akualnego sanu sysemu, w ym medzy nnym przyblżone elemeny orbalne wszyskch znajdujących sę na orbach saelów, co przyspesza proces akywacj odbornka. Depesza nawgacyjna jes przekazywana z saely do odbornka zgodne z kodem D z prędkoścą 50 bów/s.
Depesza nawgacyjna Depesze nawgacyjną worzy 25 ramek, każda po 1500 bów. Czas rwana jednej ramk wynos 30 s, a całej depeszy 12,5 mn. Każda ramka dzel sę na 5 szescosekundowych podramek zwanych czasam sekwencjam bądź ablcam, kórych każda lczy 10 słów rzydzesobowych. Transmsja jednego słowa rwa 0,6 sekundy a jednego bu 0,02 s. Ramka 1500 bów 30s 1 ramka = 5 podramek 1 2 3 6s 4 5 1 podramka = 10 słów 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 30s 1 słowo = 30 bów 0,02s 1 superramka 25 sron z podramek 37500 bów = 12,5 mn Almanach sysemu 25 sron z podramek 4 5
Depesza nawgacyjna 1 ramka depeszy:
Depesza nawgacyjna Paramery przesyłane w perwszej podramce rzydzesosekundowej ramk depeszy nawgacyjnej
Depesza nawgacyjna Efemerydy orbalne przesyłane w drugej podramce rzydzesosekundowej ramk depeszy nawgacyjnej
Depesza nawgacyjna Efemerydy orbalne przesyłane w rzecej podramce rzydzesosekundowej ramk depeszy nawgacyjnej
Depesza nawgacyjna Almanach depeszy nawgacyjnej
Depesza nawgacyjna Paramery UTC przesyłane na 18 srone w czwarej podramce depeszy nawgacyjnej