Struktura sygnału GPS
Satelita przesyła sygnał składający się z dwóch częstotliwości nośnych F1=1575,42 MHz (zwana L1) oraz F2=1227,6 MHz (zwana L2). Częstotliwości te powstają za pomocą zegara atomowego, który generuje stałą częstotliwość 10,23 MHz (zwaną L). Następnie częstotliwość ta mnożona jest przez 154 ( w celu uzyskania częstotliwości L1), lub przez 120 (w celu uzyskania częstotliwości L2).
Na tak powstałe fale nośne nakładane są trzy kody binarne:
Kod C/A – modulujący częstotliwość L1- jest to sygnał binarny nadawany z częstotliwością 1.023 MHz. Jego sekwencja powtarza się co 1023 bity (duże podobieństwo do szumu). Sekwencja ta jest inna dla każdego satelity.
Kod P (Precise) – modulujący częstotliwości L1 i L2 – jest również sygnałem binarnym nadawanym z częstotliwością 10.23 MHz. Jego sekwencja powtarza się co 267 dni.
Depesza nawigacyjna – zawiera informacje o układzie satelitów na niebie (tzw. Almanach), informacje o ich teoretycznej drodze oraz odchyleń od niej (tzw. Efemeryda), a także dane o stanie satelitów, aktualne współczynniki do obliczeń opóźnienia jonosferycznego i dane do obliczenia czasu UTC.
….
Zarówno kod P jak i C/A pozwalają użytkownikowi określić odległość pomiędzy odbiornikiem a satelitą. Nałożona na kod P i C/A depesza nawigacyjna zawiera między innymi dane efemerydalne, informację o parametrach zegara satelity, model poprawki jonosferycznej.
Kod P(Y)
Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni, każdy z satelitów ma przypisany jednotygodniowy segment tego kodu. Szybkość transmisji wynosi 10.23 MHz.
Kod C/A
Kod C/A składa się z 1023 bitów transmitowanych z szybkością 1.023 MHz, cała
sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę. Każdemu z satelitów przypisany jest inny kod
C/A. Bity kodu nazywane są chipami. Sekwencja dobrana jest tak by:
kody różnych satelitów nie były skorelowane między sobą,
dla każdego satelity współczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum.
Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbiór sygnałów nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości.
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. Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund, a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 12.5 minuty. Podramki 1,2 i 3 powtarzają te same 900 bitów danych we wszystkich 25 ramkach, umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund. Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny. Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW), umożliwiającą przejście od śledzenia kodu C/A do śledzenia kodu P(Y), dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitów w konstelacji). Dodatkowo transmitowane są dane o "zdrowiu" satelitów, współczynniki do modelu opóźnienia jonosferycznego, współczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC.