GPS - Principii de funcționare - Principiul triangulării - Telefoane inteligente cu GPS VS unități gps independente - Aplicații

Sateliții Sistemului Global de Poziționare (GPS) transmit semnale de microunde pentru a permite receptoarelor GPS de pe suprafața Pământului să determine locația și timpul și să obțină viteza. Sistemul GPS în sine este operat de Departamentul Apărării al Statelor Unite (DoD) pentru utilizarea atât de către militari, cât și de către publicul larg.

Semnalele GPS includ semnale variate, utilizate pentru a măsura distanța față de satelit și mesaje de navigare. Mesajele de navigare includ date scurte, utilizate pentru a calcula poziția fiecărui satelit în orbită, și informații despre timpul și starea întregii constelații de satelit.

Există patru semnale disponibile pentru utilizarea civilă. În ordinea datei in care au fost introduse, acestea sunt: L1 C / A, L2C, L5 și L1C. L1 C / A este, de asemenea, numit semnal moștenit și este difuzat de toți sateliții. Celelalte semnale se numesc semnale modernizate și nu sunt difuzate de toți sateliții. În plus, există semnale restrânse, difuzate, de asemenea, publicului larg, dar a căror codificare este secretă și este destinată utilizării numai a părților autorizate. Cu toate acestea, unele utilizări limitate ale semnalelor restricționate pot fi făcute de către civili fără acces la detaliile codificării secrete; acest lucru se numește acces fără cod și semicod și este susținut oficial.

Interfața cu segmentul de utilizatori (receptoare GPS) este descrisă în Documentele de control al interfeței (ICD). Formatul semnalelor civile este descris în specificația de interfață (IS), care este un subset al ICD.

2 Principii de functionare

Sateliții GPS transmit simultan mai multe coduri de direcție și date de navigație utilizând modulatia binara PSK (BPSK). Numai un număr limitat de frecvențe centrale sunt utilizate, iar sateliții care utilizează aceeași frecvență se disting prin utilizarea diferitelor coduri de ordine. Cu alte cuvinte, GPS-ul folosește accesul multiplu de codificare. Codurile de variație sunt numite și coduri de fragmentare (referință la CDMA / DSSS), cu zgomot pseudorandom și secvente binare pseudorandom(cu referire la faptul că este previzibilă, dar seamănă statistic cu zgomotul).

Unii sateliți transmit mai multe fluxuri BPSK la aceeași frecvență în cuadratură, sub forma unei modulații de amplitudine în cuadratură. Cu toate acestea, spre deosebire de sistemele QAM tipice în care un flux de biți unic este împărțit în două fluxuri de biți cu rate de dimensiuni pentru a îmbunătăți eficiența spectrală, în semnalele GPS componentele în fază și cuadratură sunt modulate prin fluxuri de biți separate (dar funcțional).

Sateliții sunt identificați în mod unic printr-un număr de serie numit numărul vehiculului spațial (SVN), care nu se schimbă în timpul vieții sale. În plus, toți sateliții de operare sunt numerotați cu un identificator al vehiculului spațial (SV ID) și un număr de zgomot pseudorandom (număr PRN) care identifică în mod unic codurile de variație utilizate de un satelit. Există o corespondență fixă unu la unu între identificatorii SV și numerele PRN descrise în specificația interfeței. Spre deosebire de SVN-uri, numărul SV ID / PRN al unui satelit poate fi modificat (schimbând și codurile de variație pe care le utilizează). În orice moment, orice număr SV ID / PRN este utilizat de cel mult un singur satelit. Un singur număr SV ID / PRN poate fi utilizat de mai mulți sateliți în momente diferite și un singur satelit poate fi utilizat diferite numere SV ID / PRN în diferite momente în timp. Numerele SVN și PRN actuale pentru constelația GPS pot fi găsite la NAVCEN.

2.1 Modulare si codare

Un semnal purtător poate fi modulat în mai multe moduri. Purtătoarele GPS L1, L2 și L5 ar fi putut fi modulați într-o varietate de moduri pentru a purta codurile binare, 0s și 1s, care sunt codurile C / A și P (Y). Nici amplitudinea și modularea frecvenței nu sunt utilizate în GPS. Este o modificare a fazelor undelor purtătoare care le codifică. Este o modulație de fază care le permite să transfere codurile de la sateliți la receptoare. O consecință a acestei metode de modulare este aceea că semnalul poate ocupa o lărgime de bandă mai mare decât ar fi posibil altfel. Se spune că semnalul GPS are un spectru extins datorită lărgimii de bandă intenționată. Cu alte cuvinte, lățimea de bandă globală a semnalului GPS este mult mai lată decât lărgimea de bandă a informațiilor pe care le transporta. Cu alte cuvinte, în timp ce L1 este centrat pe 1575.42 MHz, L2 este centrat pe 1227.60 MHz și L5 pe 1176.45 MHz, dar lățimea acestor semnale ocupă un spațiu mult mai mare pe fiecare parte a acestor frecvențe decât s-ar putea aștepta. De exemplu, semnalul de cod C / A este împărțit pe o lățime de 2.046 MHz sau așa, semnalul de cod P (Y) este împărțit pe o lățime de aproximativ 20.46 MHz pe L1 iar semnalul L1C care urmează va fi împărțit pe 4.092 MHz așa cum este arătat în imaginea de mai jos.