| Časový systém GPS | Určení souřadnic družice |
Vzhledem k velké vzdálenosti mezi vysílačem a přijímačem se nedala použít klasická řešení šíření signálu, to by totiž mělo za účinek neúměrně velkou energetickou náročnost. Proto systém stojí na statistickém vyhodnocení přijatého signálu, který díky tomu může obsahovat značné množství šumu, velmi pozitivním doprovodným efektem je možnost zmenšení rozměrů přijímací antény.
Systém GPS je založen na velmi přesných kmitočtových a časových informacích, které jsou vysílány z každé družice v podobě složitých pseudonáhodných kódů (dále PRN). PRN představují náhodnou posloupnost -1 a 1. Každá družice používá svuj jedinečný PRN, který se cyklicky opakuje (proto pseudonáhodný). Kmitočty systému jsou odvozeny ze základní frekvence f0 = 10,23 MHz, frekvence je udržována pomocí atomových hodin přítomných na každé z družic.
| V systému jsou 3 nosné frekvence odvozené od f0 | ||
|---|---|---|
| L1 | 154xf0 | 1575,42MHz |
| L2 | 120xf0 | 1227,60MHz |
| L3 | 135xf0 | 1381,05MHz (pouze pro armádní účely NATO) |
Na L1 a L2 jsou modulovány navigační zpráva a PRN, kterých existuje více druhů - zejména s ohledem na přesnost a přístupová práva. Základními PRN jsou C/A kód (volně přístupný - clear acess) a P kód (chráněný - protected). Modulace se provadí s určitou časovou frekvencí, nosná vlna se posouvá o 180° v případech kdy se mění hodnota PRN (v případech kdy PRN má stejnou hodnotu nosná vlna postupuje nezměněna) viz. Obr.XXX.
| Rovnice modulace nosných vln L1 a L2 | |
|---|---|
| L1(t)=a1.P(t).D(t).cos2π.(f1t) + a2.C(t).D(t).sin2π.(f1t) | |
| L2(t)=a3.P(t).D(t).cos2π.(f2t) | |
| kde: | |
| t | systémový čas na družici |
| f1, f2 | nemodulované frekvence nosných vln L1 a L2 |
| a1, a2, a3 | jsou amplitudy signálů |
| P(t),C(t),D(t) | jsou stavy (-1,1) P kódu, C/A kódu a navigační zprávy v čase t |
Je generován s taktovací frekvencí f0/10 1.023 MHz, je přístupný bez omezení. C/A je sled 0 a 1. Délka kódu je 1023 znaků tj. délka vysílání C/A trvá 1ms (což vynásobením rychlostí světla dáva hodnotu 293m). C/A se využívá na hrubé zjištění polohy, časovou synchronizaci a orientaci v P kódu.
Princip je velmi podobný C/A kódu, ale pro taktování je použita f0, což odpovídá délce 29,3m. Generování kódu je tajné, nicmeně v pricipu existuje 32 variant (rpo každou družici) kódu, jehož vysílání trvá přesně týden. Délka a složitost kódu zabraňuje v reálném čase P kód vyhodnotit, proto je potřeba aspoň přiližně znát polohu přijímače s přesností cca 5km (k tomu je možné využít a v praxi se také využívá poloha získaná pomocí C/A kódu), tím se určí ta část P kódu, ve kterém se korelací bude hledat shoda P kódu přijatého a generovaného v přijímači.
Kromě PRN je také vysílána navigační zpráva (dále NZ), která na rozdíl od PRN obsahuje data. Data v délce 1500 bitů jsou vysilána s frekvenci 50Hz (30s), v tomto cyklu se vysílání opakuje. NZ se dělí do 5 podúseků po 300 bitech (6s). Každá podskupina se skládá z 10slov o délce 30 bitů. Každé slovo začíná TLM (telemetrickým slovem - pro řídící segment), po něm následuje HOW (předávací slovo) obsahuje číslo Z nezbytné pro určení polohy pomocí P kódu. Slovo HOW se aktualizuje každých 6s. NZ lze rodělit do 3 datových bloků (viz obr. XXX), datové bloky 1,2 mají vždy jen jednu stránku, datový blok 3 má stránek 25 (37500 bitů). Datový blok 1 - koeficienty polynomu pro časové korekce, stáří dat (efemerid) atd. Datový blok 2 - dráhové parametry družice pro daný časový okamžik, ty slouží k výpočtu efemerid družice (jsou obvovována každou hodinu) Datový blok 3 - obsahuje efemeridy všech ostatních družic (údaje se mění v každé zprávě), po odvisílání 25 NZ (12,5 min) je k dispozici almanach (efemeridy všech družic),dále jsou vysílány informace o atmosférických refrakcích apod.
