GPS-signalen

Satellieten van het Global Positioning System (GPS) zenden microgolfsignalen uit om GPS-ontvangers op of nabij het aardoppervlak in staat te stellen de locatie en tijd te bepalen en de snelheid af te leiden. Het systeem wordt beheerd door het Amerikaanse ministerie van Defensie (DoD) voor gebruik door zowel het leger als het grote publiek.

Satteliet

GPS-signalen omvatten verschillende signalen, die worden gebruikt om de afstand tot de satelliet te meten, en navigatieberichten. De navigatieberichten bevatten ephemerisgegevens, die worden gebruikt om de positie van elke satelliet in een baan om de aarde te berekenen, en informatie over de tijd en status van de gehele satellietconstellatie, de almanak genoemd.

Er zijn vier signalen beschikbaar voor civiel gebruik. In volgorde van datum van introductie zijn dit: L1 C / A, L2C, L5 en L1C. L1 C / A wordt ook wel het legacy-signaal genoemd en wordt door alle satellieten uitgezonden. De andere signalen worden gemoderniseerde signalen genoemd en worden niet door alle satellieten uitgezonden. Daarnaast zijn er beperkte signalen met gepubliceerde frequenties en chipsnelheden, maar gecodeerde codering die alleen bedoeld is voor geautoriseerde partijen. Burgers kunnen nog steeds beperkt gebruik maken van beperkte signalen zonder te worden gedecodeerd; dit wordt codeloze en semi-codeloze toegang genoemd en wordt officieel ondersteund.

De interface naar het gebruikerssegment (GPS-ontvangers) wordt beschreven in de Interface Control Documents (ICD). Het formaat van civiele signalen wordt beschreven in de Interface Specification (IS), een subset van de ICD.

Algemene karaktertrekken

De GPS-satellieten (ruimtevaartuigen genoemd in de specificatiedocumenten van de GPS-interface) verzenden gelijktijdig verschillende codes en navigatiegegevens met behulp van binaire phase-shift keying (BPSK). Er wordt slechts een beperkt aantal centrale frequenties gebruikt; satellieten die dezelfde frequentie gebruiken, worden onderscheiden door verschillende codes te gebruiken; met andere woorden, GPS maakt gebruik van code-indeling meervoudige toegang. De bereikcodes worden ook wel chippingcodes genoemd (in verwijzing naar CDMA / DSSS), pseudowillekeurige ruis en pseudowillekeurige binaire reeksen (verwijzend naar het feit dat het voorspelbaar is, maar statistisch gezien lijkt het op ruis).

Sommige satellieten zenden meerdere BPSK-streams met dezelfde frequentie in kwadratuur uit, in een vorm van kwadratuuramplitudemodulatie. In tegenstelling tot typische QAM-systemen waarbij een enkele bitstroom wordt opgesplitst in twee bitstromen met halve symboolsnelheid om de spectrale efficiëntie te verbeteren, worden in gps-signalen de in-fase- en kwadratuurcomponenten gemoduleerd door afzonderlijke (maar functioneel gerelateerde) bitstromen.

Nadere informatie: Lijst van GPS-satellieten § PRN tot SVN geschiedenis

Satellieten worden op unieke wijze geïdentificeerd door een serienummer met de naam space vehicle number (SVN), dat tijdens zijn levensduur niet verandert. Bovendien zijn alle operationele satellieten genummerd met een ruimtevoertuigidentificator (SV ID) en een pseudowillekeurig ruisnummer (PRN-nummer), die de bereikcodes die een satelliet gebruikt, op unieke wijze identificeert. Er is een vaste één-op-één-overeenkomst tussen SV-identificaties en PRN-nummers die worden beschreven in de interfacespecificatie. In tegenstelling tot SVN’s, kan het SV ID / PRN-nummer van een satelliet worden gewijzigd (ook de bereikcodes die het gebruikt wijzigen). Elk SV ID / PRN-nummer wordt op elk moment door maximaal één enkele satelliet gebruikt. Een enkel SV ID / PRN-nummer kan door verschillende satellieten op verschillende tijdstippen zijn gebruikt en een enkele satelliet heeft mogelijk verschillende SV ID / PRN-nummers op verschillende tijdstippen gebruikt. De huidige SVN’s en PRN-nummers voor de GPS-constellatie zijn te vinden op NAVCEN.