Pseudoodległość jest obserwacją kodową określającą odległość pomiędzy anteną odbiornika, a satelitą systemu GPS w epoce transmisji sygnału. Pomiar tej wielkości polega na określeniu opóźnienia pomiędzy rejestrowanym sygnałem satelitarnym, a jego repliką (ang. replica code) generowaną w odbiorniku. Pomnożenie tej wielkości przez prędkość światła umożliwia określenie pseudoodległości. Pseudoodległości mogą być wyznaczane zarówno na podstawie kodu P, jak i C/A. Pomiar pseudoodległości przy użyciu składowej związanej z kodem P charakteryzuje się większą precyzją. Typowa dokładność pomiaru z użyciem kodu C/A wynosi: 3-30m, z użyciem kodu P: 0.3-3m. Nieoznaczoność związana z pomiarem przy użyciu kodu C/A jest rzędu 300 metrów, kodu P 30 metrów.

Faza nośna jest obliczana z porównania fazy fali nośnej otrzymanej z satelity oraz nominalnie stałej fazy wzorcowej f_o generowanej w odbiorniku. Częstotliwość rejestrowanej fali nośnej jest różna od nominalnych częstotliwości L1 i L2 na skutek zjawiska Dopplera spowodowanego ruchem satelity GPS. Pomiar fazowy jest obarczony pewną stałą początkową równą całkowitej liczbie cykli N, która pozostaje stała w czasie ciągłego procesu śledzenia satelity.

Czas GPS - jest zapisem zegara odbiornika zsynchronizowanego do skali systemu GPS. Rejestracja czasu jest niezbędna zarówno do identyfikacji momentów obserwacji i obliczenia współrzędnych satelity w momencie transmisji sygnału, jak i do odniesienia obserwacji GPS do wskazań innych przyrządów pomiarowych.

Kod P jest kodem podstawowym dla nawigacji. Jest on taktowany częstotliwością 10,23 MHz, zaś jego sekwencja trwa 267 dni, Każdy z satelitów ma przypisany jednotygodniowy segment tego kodu. Jest dostępny na obu częstotliwościach L1 i L2. Kod P (ang. precision, proteced), podobnie jak kod C/A, jest ciągiem liczb pseudolosowych pochodzących z tej samej rodziny ciągów Golda, jednak korzystać i niego mogą tylko uprawnieni, „autoryzowani" użytkownicy, do których należą m.in. siły zbrojne USA i NATO. Autoryzacji udziela przedstawiciel właściciela systemu.

Kod C/A składa się z 1023 bitów transmitowanych z szybkością 1.023 MHz, cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę, natomiast długość odpowiadającej mu fali nośnej wynosi około 300 metrów. Jest on transmitowany tylko na częstotliwości L1. Każdemu z satelitów przypisany jest inny kod C/A. Bity kodu nazywane są chipami.

Depesza nawigacyjna

Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi:

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu, w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitów, których znajomość przyśpiesza proces akwizycji,

Efemerydę - dokładne elementy orbitalne satelity nadającego depeszę, niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji.

Depesza nawigacyjna nałożona jest na kod P i kod C/A. Szybkość transmisji wynosi 50 bitów na sekundę. Składa się ona z 25 ramek, każda złożona z 1500 bitów. Każda ramka podzielona jest na 5 podramek, po 300 bitów każda.

Kod Y jest nadawany przy włączonym systemie zapobiegania intencjonalnym próbom zakłócenia pracy urządzeń GPS, określanym terminem " Anti-spoofing". Jest to celowe zabezpieczenie właściciela systemu przed nieautoryzowanymi użytkownikami. Y jest kodem tajnym, emitowanym permanentnie zamiast kodu P. Kodu Y nie generuje żaden odbiornik, a eliminacja tego zakłócenia jest dokonywana tylko w niektórych typach odbiorników (np. Trimble 4000SSE, Turbo Roque) poprzez zastosowanie techniki korelacji wzajemnej sygnałów (ang. cross corelation).

Opóźnienie jonosferyczne wynika z wpływu jonosfery - wyższej warstwy atmosfery rozciągającej się na wysokości od 50 do 1000 km nad powierzchnią Ziemi. Błąd spowodowany jonosferą zależy od zawartości elektronów wzdłuż linii opisującej bieg sygnału satelitarnego. Zawartość elektronów zależy od wielu czynników, min aktywności Słońca, pory dnia i szerokości geograficznej miejsca obserwacji.

Opóźnienie troposferyczne - Jest spowodowane zmianą prędkości sygnału emitowanego przez satelitę przy przejściu przez troposferę - dolną warstwę atmosfery rozciągającą się od powierzchni Ziemi do wysokości ok. 15 km. W dużym uproszczeniu można powiedzieć, że składa się ona w większości z suchego powietrza i w pozostałej części z pary wodnej.

Błąd zegara satelitarnego dt jest spowodowany niedokładną synchronizacją wzorców satelitarnych do czasu GPS. Poprawki zegarów satelity GPS są wyznaczane przez segment kontrolny na podstawie opracowania obserwacji za stacji śledzących i transmitowane do użytkowników systemu w depeszy nawigacyjnej. Model poprawki czasu satelity jest wielomianem II-go rzędu opisywanym przez 3 współczynniki : a₀, a₁, a₂ oraz czas odniesienia t₀.

Nieoznaczoność fazy jest liczbą całkowitą interpretowaną jako różnica początkowej fazy i odległości. Zachowuje ona stałą wartość podczas całego procesu pomiarowego do momentu, w którym nie nastąpi przerwa w śledzeniu sygnału satelitarnego. Wystąpienie takiego zaburzenie powoduje powstanie nieciągłości fazy (ang. cycle slip), czyli zmianę rejestrowanej fazy o całkowitą liczbę cykli, podczas, gdy ułamkowa część fazy pozostaje niezmienna.

Przyczyny występowania tego rodzaju zakłóceń mogą być dwojakiego rodzaju:

1. Zależne od obserwacji, np. przeszkody uniemożliwiające ciągły kontakt z satelitą, w szczególności przy obserwacjach metodą kinematyczną; szumy zakłócające sygnał powodowane głównie przez wielodrożność sygnału i refrakcję jonosferyczną;niska wysokość satelitów, wywołująca niskie natężenie sygnału;

2. Zależne od odbiornika, np. słabe natężenie sygnału częściowo powodowane przez jego interferencję; pochylenie anteny, szczególnie widoczne w przypadku zastosowania metody GPS do pomiarów kinematycznych, np. na statku czy samolocie; powodowane przez przetwarzanie danych.

Standardowy Serwis Pozycyjny oparty o kod C/A dostarcza ogólnie dostępnych informacji nawigacyjnych i jest przeznaczony głównie dla użytkowników cywilnych.

Możliwe jest wyznaczenie pozycji z dokładnością do 100 metrów (z prawdopodobieństwem 95%, 2D) dla pomiarów dwuwymiarowych i 156 metrów (z prawdopodobieństwem 95%, 3D) dla pomiarów trójwymiarowych. Z prawdopodobieństwem 99,5% pozycja wyznaczana jest z dokładnością 300 m. Błąd wyznaczania czasu w stosunku do czasu UTC (USNO) określony jest jako nie większy niż 337 ns (z prawdopodobieństwem 95%).

Segment nadzoru systemu GPS ma możliwość celowego wprowadzenia zaburzeń w sygnale transmitowanym przez satelity, nazywaną ograniczeniem dostępu S/A (Selected Availibility). Jest to główne źródło błędów pozycji w serwisie SPS. Wprowadzane zaburzenia, dotyczące zarówno informacji nawigacyjnej, jak też kodowania sygnału,.

Precyzyjny serwis pozycyjny PSP oparty o kod P, przeznaczony głównie do celów wojskowych, dostępny jest tylko dla autoryzowanych użytkowników, do których należą m.in. Siły Zbrojne USA i NATO. O autoryzacji użytkownika decyduje Departament Obrony USA. Serwis PPS dostarcza informacji o pozycji z błędem nie większym niż 16 metrów (z prawdopodobieństwem 50%, 3D) i informacji o czasie z błędem nie większym niż 90 nanosekund (z prawdopodobieństwem 95%, l sigma) w stosunku do czasu UTC.

Wprowadzając kodowanie sygnałów spełniono kolejne wymagania odporności systemu na celowe zakłócenia (ang. jamming) oraz odporności na celowe zniekształcenia (ang. spoofing)

Punkt orbity, którego odległość od ciała centralnego jest najmniejsza, nazywa się perycentrum (w odniesieniu do ruchu satelitów względem Ziemi - perygeum).

Punkt orbity, którego odległość od ciała centralnego jest największa, nazywa się apocentrum (w odniesieniu do ruchu satelitów względem Ziemi - apogeum).

Linia łącząca perycentrum, środek masy ciała oraz apocentrum nazywamy linią apsyd. Stanowi ona oś symetrii orbity.

Linię przecięcia płaszczyzny orbity z płaszczyzną równika ziemskiego nazywamy linią węzłów. Punkt orbity, w którym satelita przechodzi z jej strony południowej na północną nazywamy węzłem wstępującym. I analogicznie, węzeł zstępujący to punkt orbity, w którym satelita przechodzi ze strony północnej na południową

Anomalia prawdziwa - jest to kąt od perygeum do satelity widziany z geocentrum.

Anomalia mimośrodowa - otrzymuje się ją z anomalii średniej przez rozwiązanie równania Keplera:

Anomalia średnia - kątowa odległość od perygeum przy założeniu orbity kołowej:

.

Orbita perturbowana nie jest przekrojem stożkowym. Wszystkie jej elementy zmieniają się z upływem czasu, są więc funkcją czasu. Można powiedzieć, że satelita porusza się po orbicie keplerowskiej o stale zmieniających się parametrach.

Rzeczywista orbita satelity jest zawsze ściśle styczna do coraz to innej, zmieniającej się orbity keplerowskiej, a punktem styczności jest punkt, w którym znajduje się satelita.

Ciągle zmieniającą się orbitę nazywamy orbitą oskulacyjną (chwilową), a jej elementy obliczone przez scałkowanie równań elementami oskulacyjnymi

System odniesienia (reference system) stanowi zbiór zaleceń i ustaleń wraz z opisem modeli niezbędnych do zdefiniowania początku, skali (metryki) i orientacji osi oraz ich zmienności w czasie.

Układ odniesienia (reference frame) stanowi praktyczną realizację systemu odniesienia. Na układ odniesienia składają się wyznaczone z obserwacji wartości parametrów opisujących początek układu, skalę, orientacje osi oraz ich zmienności w czasie.

Układ współrzędnych (coordinate system) określa jednoznacznie sposób przyporządkowania zbioru wartości liczbowych - współrzędnych punktu - położenia punktu względem układu odniesienia.

Geocentryczną szerokość geograficzna to kąt pomiędzy prostą łączącą środek Ziemi a jej rzutem na płaszczyznę równika.

Geodezyjna szerokość geograficzna to kąt pomiędzy linią prostopadłą do powierzchni elipsoidy obrotowej, a jej rzutem na płaszczyznę równika.

Astronomiczną szerokością geograficzną
nazywamy kąt jaki tworzy kierunek pionu (linia zenit-nadir) z jego rzutem prostym na płaszczyznę równika.

---