System GPS oparty jest na satelitarnych sygnałach radiowych, który pozwala na określenie pozycji, prędkości i czasu w każdym miejscu na kuli ziemskiej niezależnie od pory dnia i nocy oraz od warunków pogodowych. System GPS składa się z trzech podstawowych segmentów:
-segmentu kosmicznego
-segmentu kontrolnego
-segmentu użytkowników
Segment kosmiczny składa się z 24 satelitów poruszających się po półsynchronicznych orbitach wokół kuli ziemskiej. Satelity nadają dwie częstotliwości radiowe z kodowanymi informacjami o czasie oraz depesze satelitarną, które są niezbędne do wykorzystania przez użytkowników systemu.
Segment kontrolny składa się z głównej stacji kontrolnej i kilku stacji monitorujących zlokalizowanych wokół globu ziemskiego. Główna stacja kontrolna wykonuje śledzenie , monitorowanie oraz zarządzanie całą konstelacją satelitów. Wykonuje również uaktualnianie danych nawigacyjnych.
System stacji kontrolnej składa się :
-z głównej stacji kontrolnej zlokalizowanej w Colorado Springs.
-z pięciu stacji kontrolnych zlokalizowanych wokół równka
-oraz z trzech stacji kontrolnych wyposażonych w anteny telemetryczne służące do utrzymywania łączności z satelitami.
Segment użytkowników to my jako użytkownicy wyposażeni w odbiorniki przystosowane do odbioru , dekodowania i przetwarzania sygnałów satelitarnych oraz wykonywania obliczeń zmierzających do ustalenia parametrów nawigacyjnych.
W zależności od przeznaczenia odbiorniki można podzielić na:
-nawigacyjne
-odbiorniki o podwyższonej dokładności
-Geodezyjne (odbiorniki dokładne)
-specjalistyczne (wysoko precyzyjne) odbiorniki pracujące na stacjach kontrolnych.
Odbiorniki możemy podzielić również na:
-odbiorniki z pomiarem kodu C/A pseudo odległościowe
-odbiorniki z pomiarem kodu C/A i P pseudo odległościowe
-odbiorniki z pomiarem kodu C/A fazowe
-odbiorniki z pomiarem kodu C/A i P fazowe
PPS to grupa użytkowników mająca dostęp do dokładnych nie zakodowanych informacji satelitarnych. Są to przede wszystkim użytkownicy militarni , wojska stoważyszone w NATO oraz Australia
SPS to grupa użytkowników cywilnych korzystających z zakodowanych przez S/A i A-S informacji satelitarnych.
S/A- zakłucenie , wprowadzenie pseudo występowania szumu do obserwacji, A-S-jest to przeciwdziałanie zakłuceniom
Satelity systemu GPS są rozmieszczone na sześciu półsynchronicznych orbitach na wysokości ok. 20200km. I są tak rozmieszczone , aby w każdym miejscu na kuli ziemskiej były obserwowane co najmniej cztery satelity.
Orbity satelit można scharakteryzować poprzez
-orbita prawie kołowa (nie występuje spłaszczenie)
-okres obiegu to 12 godzin gwiazdowych (ok. 11.56 min.)
-nachylenie 55o ± 1o
-równomierne cofanie się węzłów występujących płaszczyzn satelitarnych
Satelity systemu GPS emitują sygnały na dwóch częstotliwościach nośnych, które są koherentne i powstają po przemnożeniu częstotliwości podstawowej równej 10.23MHz
Rozróżniamy dwie częstotliwości nośne:
L1-10.23MHz ·154 =1575.42MHz
L2- 10.23MHz·120 = 1227.60MHz
Częstotliwości L1 i L2 są na pokładach satelitów odpowiednio modulowane przy użyciu kodu C/A- ogólnie dostępny, oraz kodu P/Y – precyzyjny zastrzeżony. Kod C/A jest pseudo przypadkowym szumem indywidualnym dla każdego satelity o bardzo krótkim czasie powtarzania równy 1 milisekundzie. Jest on wytwarzany przy pomocy modulacji częstotliwości fo/10-1.023MHz fo=10.23MHz
Modulacji podlegają obie częstotliwości L1 i L2 z tym że kodem P podlegają modulacji obie częstotliwości , natomiast kodem C/A podlega modulacji częstotliwość L1.
Kod P/Y jest również pseudo przypadkowym szumem indywidualnym dla każdego satelity. Jest on wytworzony przy pomocy częstotliwości fo i ma bardzo długi okres trwania równy ok. 266.4 dnia, czyli ok. 37 jednostek tygodniowych.
Kod C/A jest udostępniony wszystkim użytkownikom ponieważ trwa bardzo krótko i odbiorniki nie są w stanie w ciągu krotkiego czasu wytworzyć jego repliki.
System stacji referencyjnych.
Systemy stacji referencyjnych oparte są na pernamęntnie (ciągle) pracujących odbiornikach GPS. Odbiorniki te w sposób ciągły śledzą sygnały satelitarne oraz zapisują je w pamięci odbiornika lub pamięci komputera w celu ich dalszego udostępnienia użytkownikom. System stacji referencyjnych składa się z pewnych segmentów:
Segment stacji referancyjnej. W segmencie tym znajduje się antena , odbiornik rejestrujący dane
Segment komunikacji. W segmencie tym to komunikacja użytkownika z centrum dowodzenia
Segment obliczeniowy. Segment ten zawiera oprogramowanie, które pozwala na wyznaczenie współrzędnych użytkownika
Segment kontrolny
Segment użytkownika. Segment ten składa się z bazy, która przechowuje dane o użytkowniku jak i dane np. współrzędne