Частота L1 призначена для широкого кола цивільних споживачів, а доступ до сигналів частоти L2 в основному отримують військові та федеральні служби США. Точність автономного визначення відстані по P-коду приблизно на порядок вище, ніж по C/A-коду.
Дані параметри розташування угруповання космічних апаратів вибрані не випадково. У будь-який момент часу в будь-якій точці земної кулі можна отримати сигнали як мінімум від 3-х супутників, що є необхідною умовою визначення координат. Для більш точного визначення місця розташування необхідний сигнал від четвертого супутника.
Наземний сегмент системи являють контролюючого-вимірювальні станції для моніторингу супутників. Вони розташовані на Кваджалейн, на острові Вознесіння, на Гаваях, Дієго-Гарсія і Колорадо-Спрінгс. Також у системі працюють три наземні антени (острів Вознесіння, Дієго-Гарсія і Кваджалейн). Управління здійснюється на центральній станції, розташованої на авіабазі в Шрівера, Колорадо (Schriever Air Force Base, Colorado). p> Приймальні пристрою - GPS-навігатори - працюють в комплексі з супутниками. GPS-навігатор отримує з супутників наступну інформацію:
В«псевдовипадковий код В»(PRN - pseudo-random code), В«ефемеридиВ» (ephimeris) і В«альманахВ» (almanach). За наявністю цих даних в GPS-навігаторах визначають вид старту або, по-іншому, ініціалізації (під стартом мається на увазі початок процесу отримання даних хоча б з 3 супутників, що достатньо для 2D-навігації). Кожен супутник передає тільки власну Ефемериду, в той час як альманах передається кожним супутником відгуки всіх супутниках відразу.
Функціонування апаратури споживача можна зрозуміти з узагальненої схеми (рис. 2).
В
Основне повідомлення, передане з кожного навігаційного супутника GPS, формується в вигляді кадру. Потік навігаційних даних передається зі швидкістю 50 біт/с. Тривалість інформаційного символу В«0В» або В«1В» дорівнює 20 мс. Кадр складається з п'яти під-кадрів, причому четвертий і п'ятий підкадрів розділені на 25 сторінок кожен. Підкадрів з першого по третій, а також кожна сторінка четвертого і п'ятого підкадрів містять по 300 символів, які розділені на 10 слів по 30 символів у слові.
Нульовий відлік часу GPS визначений опівночі з 5 на 6 січня 1980 року. Тиждень є найбільшою одиницею виміру часу в системі GPS. Тиждень визначена як 604800 с.
Ефемериди являють собою уточнені параметри руху супутників. Грунтуючись на даних альманаху, GPS-приймач В«скануєВ» небо і при отриманні даних від супутника уточнює його ефемериди.
Щоб зрозуміти, як GPS-навігатор визначає координати, необхідно мати уявлення про систему координат, в якій відбувається рух супутників і визначення координат кінцевих споживачів.
Спостерігач на Землі може представити небесну сферу, спроектовану на площину так, щоб центр збігався з місцем розташування спостерігача. Саме в цій проекції користувачеві GPS-навігатором показується приблизне розташування супутників (Рис. 3). br/>В
Рис. 3. Розміщення супутників на інформаційному екрані навігатора
Як видно з малюнка (знімок з екрану GPS-навігатора), супутників в межах видимості знаходиться дев'ять. У реальності супутників на проекції
сфери видно не більше восьми, а сигнали приймаються максимум з чотирьох-шести. Зафарбований стовпчик над номером супутника показує на стійкий прийом сигналів, а висота стовпчика дозволяє оцінити якість прийому. У момент, коли GPS-навігатор починає отримувати інформацію з супутника, над його номером постає не зафарбований прямокутник. Закрашується він при уточненні параметрів орбіти супутника і початку отримання даних, на основі яких йде безпосередній розрахунок координат користувача.
Дані супутникових систем і параметри орбіт супутників розраховуються щодо центру мас Землі. У побутових GPS-навігаторах використовується єдина система координат, найбільш популярна в системах цивільної авіації, WGS-84.
При наявності сигналу від одного супутника (№ 1), відомій швидкості розповсюдження електромагнітного сигналу в просторі (300 000 км/с) і часу, за який сигнал дійшов від супутника до GPS-приймача, стало можливим розрахувати геометричне місце точок знаходження приймача сигналу (їм буде сфера з радіусом, рівним відстані від супутника до приймача, в центрі якої знаходиться супутник).
Якщо GPS-навігатор почав приймати сигнали від другого супутника, то аналогічно першого випадку, будується сфера навколо супутника № 2. Так як GPS-приймач повинен знаходитися на обох сферах відразу, то тепер будуємо перетин двох сфер. Кожна точка вийшла окружності може бути місцем знаходження приймача в просторі.
Нарешті, коли приймач зловить сигнал від супутника № 3, будується ще одна сфера, при перетині з окружністю вона дає нам дві точки. Одна з цих точок, як правило, має досить неправдоподібне розташування, і в процесі обчислення за алгоритмом вона відкидається. Таким чином, ми от...
