Характеристики и метод генерации

Сигналы системы GPS

Навигационные сообщения

Навигационные сообщения спутников системы ГЛОНАСС необходимы потребителям для навигационных определений и планирования сеансов связи со спутниками. По своему содержанию навигационные сообщения делятся на оперативную и неоперативную информацию.

Оперативная информация относится к спутнику, из сигнала которого она была получена. К оперативной информации относят:

- оцифровку меток времени;

- сдвиг шкалы времени спутника относительно шкалы системы;

- относительное отличие несущей частоты спутника от номинального значения;

- эфемеридную информацию.

Время привязки эфемеридной информации и частотно-временные поправки, имеющие получасовую кратность от начала суток, позволяют точно определять географические координаты и скорость движения спутника.

Неоперативная информация содержит альманах, включающий:

- данные о состоянии всех спутников системы;

- сдвиг шкалы времени спутника относительно шкалы системы;

- параметры орбит всех спутников системы;

- поправку к шкале времени системы ГЛОНАСС.

Выбор оптимального "созвездия" КА и прогноза доплеровского сдвига несущей частоты обеспечивается за счёт анализа альманаха системы.

Навигационные сообщения спутников системы ГЛОНАСС структурированы в виде суперкадров длительностью 2,5 мин. Суперкадр состоит из пяти непрерывно следующих кадров длительностью 30 с. Каждый кадр содержит 15 непрерывно следующих строк длительностью 2 с.

В первой части строки (интервал 1,7 с - 85 символов цифровой информации, передаваемых с частотой 50 Гц) передаются навигационные данные, а во второй (0,3 с) - Метка Времени. Она представляет собой укороченную псевдослучайную последовательность, состоящую из 30 символов с тактовой частотой 100 бит/с.

В составе каждого кадра передаётся полный объём оперативной информации и часть альманаха системы. Полный альманах содержится во всём суперкадре. При этом информация суперкадра, содержащаяся в строках 1–4, относится к тому спутнику, с которого она поступает (оперативная часть), и не меняется в пределах суперкадра.

В системе GPS используется кодовое разделение сигналов (СDMA), поэтому все спутники излучают сигналы с одинаковой частотой. Каждый спутник системы GPS излучает два фазоманипулированных сигнала. Частота первого сигнала составляет L1 = 1575,42 МГц, а второго - L2 = 1227,6 МГц.

Сигнал несущей частоты L1 модулируется двумя двоичными последовательностями, каждая из которых образована путём суммирования по модулю 2 дальномерного кода и передаваемых системных и навигационных данных, формируемых со скоростью 50 бит/с. На частоте L1 передаются две квадратурные компоненты, бифазно манипулированные двоичными последовательностями. Первая последовательность является суммой по модулю 2 точного дальномерного кода Р или засекреченного кода и навигационных данных. Вторая последовательность также является суммой по модулю 2 грубого С/A (открытого) кода и той же последовательности навигационных данных.

Радиосигнал на частоте L2 бифазно манипулирован только одной из двух ранее рассмотренных последовательностей. Выбор модулирующей последовательности осуществляется по команде с Земли.

Рисунок 13 - Формирование радиосигналов системы GPS

Код свободного доступа C/A (Coarse Acquisition) имеет частоту следования импульсов (иначе называемых “чипами”) 1,023 МГц и период повторения 0,001 сек., поэтому его декодирование в приемнике осуществляется достаточно просто.

Защищенный код P (Protected) характеризуется частотой следования импульсов 10,23 МГц и периодом повторения 7 суток.

Формирование кодовой последовательности закрытого сигнала осущест­вляется в 3 этапа. Вначале формируются 2 укороченные М-последовательности и , которые затем сум­мируются по модулю 2. Здесь - целое число от 0 до 36, i-но­мер КА. Результирующая последовательность подвергается опе­рации засекречивания; на выходе получается некоторая последовательность .

Коды и генерируют с помощью 24-разрядных сдвиговых регистров. Полная длина М-последовательности, генерируемой подобным регистром, равна , а период .

В устройствах формирования и используется укорачивающий цикл, в результате чего периоды последовательностей сокращаются примерно на 10% относительно и составляют приб­лизительно 1,5 с. Эта операция применена для того, чтобы реализовать коды со слегка различающимися периодами и .

Рисунок 14 - Устройство формирования укороченной последовательности

Начальное состояние регистра - "Все единицы". Если бы устрой­ство на рис.2,а не содержало дешифратор и цепь принудительной установки всех ячеек регистра в состояние "Единица", то период кода был бы равен . Однако в приведенной конфигурации устройства на некотором такте работы () состояние регистра таково, что на выходе дешифратора появляется единица. При этом все ячейки ре­гистра устанавливаются в положение "Единица", что означает начало нового периода кода.

Таким образом, длина кода оказывается равной , и величи­ну можно изменять ступенями, кратными одному дискрету. В случае системы GPS длина кода устанавливается равной , а длина последовательности .

Длина результирующей кодовой последовательности равна наименьшему общему кратному чисел и . Эти числа имеют один общий делитель, равный 37. Поэтому , а период кода составляет 1 неделю.

Фаза кода зависит от номера КА. Благода­ря этому сигнал, формируемый на каждом КА, имеет свою индивидуаль­ную структуру. Это позволяет потребителю, желающему работать с оп­ределенными КА, сформировать нужные опорные напряжения (ОН) для корреляционной обработки ФМ-сигналов.

В аппаратуре потребителей подвергаются обработке фрагменты принятого сигнала длительностью 1 с. Для быстрого формирования в аппаратуре потребителя ОН коррелятора с нужной начальной фазой на КА каждые 1,5 с (в начале периода кода ) формируется им­пульс, называемый эпохой. Эти импульсы поступают на счетчик, который выдает так называемые Z-отсчеты. Каждый Z-отсчет представляет собой номер текущего периода кода , отсчиты­ваемый от начала недели - от нуля часов по Гринвичу в понедельник.

Рисунок 15 - а) - импульсы-эпохи; б) z-отсчеты

Задержка начала i-го периода относительно начала i-го периода равна .

Рисунок 16 - Задержка X2(t) относительно X1(t)

Американское оборонное ведомство предприняло меры дополнительной защиты P-кода: в любой момент без предупреждения может быть включен режим AS (Anti Spoofing). При этом выполняется дополнительное кодирование P-кода, и он превращается в Y-код. Расшифровка Y-кода возможна только аппаратно, с использованием специальной микросхемы (криптографического ключа), которая устанавливается в GPS- приемнике.

Дата добавления: 2014-01-07