Структура навигационных радиосигналов системы GPS

Передающая аппаратура спутника излучает синусоидальные сигналы на двух несущих частотах: Ll=1575, 42 МГц и L2=1227, 6 МГц. Перед этим сигналы модулируются так называемыми псевдослучайными цифровыми последовательностями (точнее, эта процедура называется фазовой манипуляцией). Причем частота L1 модулируется двумя видами кодов: С/А-кодом (код свободного доступа) и Р -кодом (код санкционированного доступа), а частота L2- только Р - кодом. Кроме того, обе несущие частоты дополнительно кодируются навигационным сообщением, в котором содержатся данные об орбитах ИСЗ, информация о параметрах атмосферы, поправки системного времени.

Кодирование излучаемого спутником радиосигнала преследует несколько целей:

- обеспечение возможности синхронизации сигналов ИСЗ и приемника;

- создание наилучших условий различения сигнала в аппаратуре приемника на фоне шумов (доказано, что псевдослучайные коды обладают такими свойствами);

- реализация режима ограниченного доступа к GPS, когда высокоточные измерения возможны лишь при санкционированном использовании системы.

Код свободного доступа С/А (Coarse Acquisition) имеет частоту следования импульсов 1, 023 МГц и период повторения 0, 001 сек., поэтому его декодирование в приемнике осуществляется достаточно просто. Однако точность автономных измерений расстояний с его помощью невысока.

Рисунок 4.16. Кодирование радиосигнала GPS

Рисунок 4.17. Формирования радионавигационного сигнала спутника GPS

Защищенный код Р (Protected) характеризуется частотой следования импульсов 10, 23 МГц и периодом повторения 7 суток. Кроме того, раз в неделю происходит смена этого кода на всех спутниках. Поэтому до недавнего времени измерения по Р - коду могли выполнять только пользователи, получившие разрешение Министерства обороны США. Американское оборонное ведомство предприняло меры дополнительной защиты Р - кода: в любой момент без предупреждения может быть включен режим AS (Anti Spoofing). При этом выполняется дополнительное кодирование Р - кода, и он превращается в Y-код. Расшифровка Y-кода возможна только аппаратно, с использованием специальной микросхемы (криптографического ключа), которая устанавливается в GPS- приемнике. Кроме того, для снижения точности определения координат несанкционированными пользователями предусмотрен так называемый " режим выборочного доступа " SA (Selective Availability). При включении этого режима в навигационное сообщение намеренно вводится ложная информация о поправках к системному времени и орбитах ИСЗ, что приводит к снижению точности навигационных определений примерно в 3 раза. Поскольку Р- код передается на двух частотах (L1 и L2), а С/А-код - на одной (L1), в GPS - приемниках, работающих по Р - коду, частично компенсируется ошибка задержки сигнала в ионосфере, которая зависит от частоты сигнала.