GPS 신호

측지
기초 측지 지구역학 지리학 역사
개념 지리적 거리 지오이드 지구의 모습 (경사 및 원주) 측지 좌표 측지 기준 측지학 수평 위치 표현 위도/경도 지도 투영 기준 타원체 위성 측지학 공간 기준 시스템 공간 관계 수직 위치
테크놀로지 글로벌 내비게이션 위성시스템(GNSS) 글로벌 POS시스템(GPS) GLONASS(러시아) BeiDou (BDS) (중국) 갈릴레오(유럽) NAVIC(인도) 준제니스 위성.시스템(QZSS)(일본) 개별 글로벌 그리드 및 지오코딩
표준(이력) NGVD 29 해수면 데이텀 1929 OSGB36 1936년 영국 무기조사국 SK-42 시스템아 쿠르디나트 1942 고다 ED50 유럽 데이텀 1950 SAD69 남미 데이텀 1969 GRS 80 1980년 측지 참조 시스템 ISO 6709 지리적 점 좌표. 1983년 NAD 83 북미 데이텀 1983 WGS 84 세계 측지 시스템 1984 NAVD 88 N. American Vertical Datum 1988 ETRS89 유럽 지상파 참고 자료1989년 시스템 GCJ-02 중국어 난독화 데이터 2002 지리 URI 포인트 2010에 대한 인터넷 링크 국제 지상 참조 시스템 공간 참조 시스템 식별자(SRID) 범용 횡단 메르카토르(UTM)
v t

GPS 신호는 위성 항법을 활성화하기 위해 위성 위치 확인 시스템 위성에 의해 브로드캐스트됩니다.지구 표면의 수신기는 이 정보를 사용하여 위치, 시간 및 속도를 결정할 수 있습니다.GPS 위성 별자리는 미국 우주군 스페이스 델타 8의 제2우주작전비행대대 (2SOPS)에 의해 운영된다.

GPS 신호에는 위성까지의 거리를 측정하는 데 사용되는 측거 신호와 내비게이션 메시지가 포함됩니다.항법 메시지에는 궤도에 있는 각 위성의 위치를 계산하는 데 사용되는 후천성 데이터와 연감이라고 불리는 전체 위성 별자리의 시간과 상태에 대한 정보가 포함됩니다.

민간용으로 설계된 네 가지 GPS 신호 사양이 있습니다.도입일 순서는 L1 C/A, L2C,^[1] L5 및 L1C입니다.L1 C/A는 레거시 신호라고도 하며 현재 작동 중인 모든 위성에 의해 브로드캐스트됩니다.L2C, L5 및 L1C는 현대화된 신호이며, 새로운 인공위성에 의해서만(또는 아직 전혀) 방송되며, 2021년 1월^[update] 현재, 민간용으로 완전히 작동 가능한 신호는 아직 없다.또한 공개된 주파수와 칩환율에는 제한적인 신호가 있지만 허가된 당사자만 사용하도록 암호화된 코딩이 있습니다.제한된 신호의 일부 사용은 암호 해독 없이 민간인에 의해 여전히 수행될 수 있습니다. 이를 코드 없음 및 세미 코드 없음 액세스라고 하며 공식적으로 지원됩니다.^[2][3]

사용자 세그먼트(GPS 리시버)에 대한 인터페이스는 Interface Control Documents(ICD; 인터페이스 제어 문서)에 설명되어 있습니다.민간 신호의 형식은 ICD의 서브셋인 Interface Specification(IS; 인터페이스 사양)에 설명되어 있습니다.

공통 특성

GPS 위성(GPS 인터페이스 사양 문서에서는 우주 차량이라고 함)은 바이너리 위상 편이 키(BPSK)를 사용하여 여러 개의 범위 코드와 내비게이션 데이터를 동시에 전송합니다.제한된 수의 중앙 주파수만 사용됩니다. 동일한 주파수를 사용하는 위성은 다른 범위 코드를 사용하여 구별됩니다. 즉, GPS는 코드 분할 다중 액세스를 사용합니다.레인징 코드는 치핑코드(CDMA/DSSS에 대해서), 의사난수 노이즈 및 의사난수 바이너리 시퀀스(예측 가능하지만 통계적으로는 노이즈와 유사합니다)라고도 불립니다.

일부 위성은 직교 진폭 변조 형식으로 동일한 주파수로 여러 BPSK 스트림을 직교 진폭으로 전송합니다.단, 스펙트럼 효율을 향상시키기 위해 단일 비트스트림을 2개의 반심볼레이트 비트스트림으로 분할하는 일반적인 QAM 시스템과 달리 GPS 신호에서는 동상 및 직교 컴포넌트는 별도의 (기능적으로 관련된) 비트스트림에 의해 변조됩니다.

인공위성은 우주 차량 번호(SVN)라고 불리는 일련 번호에 의해 고유하게 식별되며, 이 번호는 수명 동안 변경되지 않습니다.또, 모든 운용 위성은, 우주 차량 식별자(SV ID)와 위성이 사용하는 측거 코드를 일의로 식별하는 의사 난수(PRN 번호)로 번호가 매겨진다.SV 식별자와 PRN 번호 사이에는 인터페이스 ^[4]사양에 기재되어 있는 고정1 대 1 대응이 있습니다.SVN과 달리 위성의 SV ID/PRN 번호는 변경될 수 있습니다(또한 위성이 사용하는 레인징 코드 변경).어느 시점에서든, 최대 1개의 위성에서 SV ID/PRN 번호가 사용되고 있습니다.하나의 SV ID/PRN 번호가 여러 위성에서 서로 다른 시점에 사용되었을 수 있으며, 하나의 위성에서 서로 다른 SV ID/PRN 번호가 서로 다른 시점에 사용되었을 수 있습니다.GPS 콘스텔레이션의 현재 SVN 및 PRN 번호는 NAVCEN에서 확인할 수 있습니다.

레거시 GPS 신호

원래 GPS 설계에는 일반인이 자유롭게 사용할 수 있는 조잡/획득(C/A) 코드와 일반적으로 군사용으로 예약된 제한 정밀(P) 코드라는 두 가지 범위 코드가 포함되어 있습니다.

조잡/취득코드

C/A PRN 코드는 1.023 Mchip/s로 전송되는 1023 칩의 주기를 갖는 골드 코드이며, 1밀리초마다 코드가 반복됩니다.50비트/초 내비게이션메시지와 함께 배타적으로 출력되며, 결과 위상은 앞서 설명한 대로 반송파를 변조합니다.이러한 코드는 거의 정확하게 정렬된 경우에만 일치하거나 강하게 자기 상관됩니다.각 위성은 고유한 PRN 코드를 사용하며, 이는 다른 어떤 위성의 PRN 코드와도 관련이 없습니다.즉, PRN 코드는 서로 매우 직교합니다.C/A 코드의 1ms 주기는 299.8km, 각 칩은 293m의 거리에 해당합니다(수신기는 이러한 코드를 1칩 내에서 정확하게 추적하므로 측정 오차는 293m보다 상당히 작습니다).

C/A 코드는 최대 주기 10단계 LFSR(Linear-Feedback Shift Registers)에 의해 생성된 2비트 스트림을 조합('exclusive or' 사용)하여 생성됩니다.이러한 비트 스트림 중 하나를 선택적으로 지연시킴으로써 다른 코드를 얻을 수 있습니다.다음과 같이 됩니다.

C/A_i(t) = A(t) b B(t-D_i)

여기서:

C/A는_i PRN 번호 i의 코드입니다.

A는 생성기 다항식이 x¹⁰ → x³ + x + 1이고 초기 상태가 111111인₂ 첫 번째 LFSR의 출력입니다.

B는 발생기 다항식이 x → x¹⁰ + x⁹⁸ + x⁶ + x³ + x + x² + 1인 두 번째 LFSR의 출력이며 초기 상태 또한 111111입니다₂.

D는_i 각 PRN 번호i에 고유한 지연(정수 주기)입니다.GPS 인터페이스 ^[4]사양으로 지정되어 있습니다.

is는 배타적 또는.

여기서 함수의 인수는 에폭 이후의 비트 또는 칩의 수이며, 0부터 시작합니다.LFSR의 에폭은 초기 스테이트가 되는 시점입니다.전체 C/A 코드의 경우 임의의 UTC 초와 임의의 정수 밀리초의 시작입니다.마이너스 인수에서의 LFSR의 출력은 1,023 칩의 기간과 일관되게 정의됩니다(위의 방정식을 사용하여 B가 마이너스 인수를 가질 수 있기 때문에 이 프로비저닝이 필요합니다).

PRN 번호 34와 37의 지연은 동일하기 때문에 C/A 코드는 동일하며 동시에^[5] 전송되지 않습니다(각 GPS 수신기에 수신된 상대 전력 레벨에 따라 상호 간섭으로 인해 이들 신호의 한쪽 또는 양쪽을 사용할 수 없게 될 수 있습니다).

정밀코드

P-code는 C/A 코드 6.187104¹² · 10칩(773,388 MByte)보다 훨씬 긴 PRN 시퀀스입니다.P코드 칩 레이트(10.23 Mchips/s)는 C/A 코드의 10배에 달하지만 일주일에 한 번만 반복되므로 범위가 모호하지 않습니다.수신기는 이러한 길고 빠른 코드를 직접 획득할 수 없기 때문에 먼저 우주선 사용후기(ephemeride)를 획득하기 위해 C/A 코드로 스스로를 "부트스트랩"하고 대략적인 시간과 위치 수정을 생성한 다음 수정을 개선하기 위해 P 코드를 획득할 것이라고 가정했다.

C/A PRN은 각 위성마다 고유한 반면, 각 위성은 약 2.35 · 10¹⁴ 칩 길이의 마스터 P 코드 시퀀스의 다른 세그먼트를 전송합니다(2350,000,000 비트, ~26.716 테라바이트).각 위성은 할당된 마스터 코드 세그먼트를 반복적으로 전송하고 매주 일요일 00:00:00 GPS 시간에 다시 시작합니다.(GPS 에폭은 1980년 1월 6일 일요일 00:00:00 UTC였지만 GPS는 UTC 윤초를 따르지 않습니다.따라서 GPS 시간은 UTC보다 정수초 앞서 있습니다).

P코드는 공개되어 있기 때문에 부정한 사용자가 스푸핑을 통해 P코드를 사용하거나 잠재적으로 간섭하는 것을 방지하기 위해 P코드에 암호로 생성된 시퀀스인 W코드를 XOR하여 Y 코드를 생성합니다.Y코드는 안티스푸핑모듈이 'on' 상태로 설정된 이후 위성에서 전송되고 있는 것입니다.암호화된 신호는 P(Y) 코드라고 불립니다.

W코드의 자세한 내용은 비밀이지만 P코드 칩레이트보다 약 20배 느린 약 500kHz로 ^[6]P코드에 적용되는 것으로 알려져 있습니다.그 결과 W 코드를 인식하지 않고 P(Y) 신호를 추적하는 세미 코드리스 어프로치가 확립되었습니다.

내비게이션 메시지

GPS 메시지 형식

Sub- frame	Word	묘사
1	1–2	텔레메트리 및 핸드오버 (TLM 및 방법)
	3–10	위성시계, GPS 시간 관계
2–3	1–2	텔레메트리 및 핸드오버 (TLM 및 방법)
	3–10	에페메리스 (위성 궤도 추가)
4–5	1–2	텔레메트리 및 핸드오버 (TLM 및 방법)
	3–10	연감 성분 (네트워크의 개요, 오류 수정)

수신자는 PRN 범위 코드와 더불어 각 활성 위성의 시간과 위치를 알아야 합니다.GPS는 이 정보를 내비게이션 메시지로 인코딩하고 50비트/초의 C/A 및 P(Y) 범위 코드로 변조합니다.여기서 설명하는 내비게이션메시지 형식은 LNAV 데이터라고 불립니다(레거시 내비게이션의 경우).

네비게이션 메시지는 다음 세 가지 유형의 정보를 전달합니다.

• GPS 날짜와 시간 그리고 위성의 상태.
• 단시간: 송신 위성의 정확한 궤도 정보.
• 연감: 모든 위성의 상태 및 저해상도 궤도 정보.

단명은 4시간 동안만 유효하며 연감은 2주까지 ^[7]거의 희석되지 않고 유효하다.수신기는 저장된 시간과 위치에 따라 연감을 사용하여 위성 세트를 획득합니다.각 위성을 획득하면 그 사용후기를 해독하여 항해에 사용할 수 있다.

네비게이션 메시지는 길이가 1,500비트인 30초 프레임으로 구성되어 있으며 각각10개의 30비트 워드로 이루어진5개의 6초 서브프레임으로 나뉩니다.각 서브프레임에는 GPS 시간이 6초 단위로 증가합니다.서브프레임 1에는 GPS 날짜(주 번호)와 위성 시계 보정 정보, 위성 상태 및 상태가 포함되어 있습니다.서브프레임 2와 서브프레임 3은 함께 송신위성의 에페메리스 데이터를 포함한다.서브프레임 4와 5에는 25페이지 분량의 연감 중 1~25페이지가 포함되어 있습니다.연감은 15,000비트 길이로 전송에 12.5분이 소요됩니다.

프레임은 GPS 주간의 시작과 그 후 30초마다 시작됩니다.각 주는 연감 ^[8]1페이지 전송으로 시작한다.

네비게이션 메시지유형은 2가지가 있습니다.LNAV-L은 PRN 번호1 ~ 32(PRN 번호 하한)의 위성에서 사용되며 LNAV-U는 PRN 번호33 ~ 63(PRN ^[9]번호 상한)의 위성에서 사용됩니다.두 유형은 매우 유사한 형식을 사용합니다.서브프레임1 ~ 3은 동일하지만^[10] 서브프레임4와 5는 거의 동일합니다.각 메시지 유형에는 동일한 네비게이션메시지 유형을 사용하는 모든 위성의 연감 데이터가 포함되어 있습니다.

각 서브프레임은 수신기가 서브프레임의 시작을 감지하고 내비게이션 서브프레임이 시작되는 수신기 클럭 시간을 결정할 수 있는 TLM(Telemetry Word)으로 시작합니다.다음은 GPS 시간(실제로 다음 서브프레임의 첫 번째 비트가 전송되는 시간)을 제공하는 핸드오버 워드(HOW)로,^[11][12] 전체 프레임 내에서 특정 서브프레임을 식별합니다.서브프레임의 나머지 8개 단어에는 해당 서브프레임과 관련된 실제 데이터가 포함됩니다.각 워드는 해밍 코드에 기초한 알고리즘을 사용하여 생성된 6비트의 패리티를 포함한다.해밍 코드는 해당 워드의 24비트의 패리티 비트와 이전 워드의 마지막 2비트를 고려한다.

서브프레임을 읽고 해석한 후 클럭 보정 데이터 및 HOW를 사용하여 다음 서브프레임이 전송된 시간을 계산할 수 있습니다.수신기는 Telemetry Word 검출로부터 다음 서브프레임의 시작을 수신한 수신기의 클럭 시간을 인식하여 전송 시간과 의사 범위를 계산할 수 있습니다.

시간을

GPS 시간은 1.5초의 분해능으로 주 번호와 Time of Week Count(TOW;^[13] 주의 시간 카운트)로 표시됩니다.0점(주차 0, TOW 0)은 1980-01-06T00:00Z로 정의됩니다.TOW 카운트는 0 ~ 403,199 범위의 값으로, GPS 주 시작 후 경과한 1.5초 주기의 수를 의미합니다.따라서 TOW 카운트를 표현하려면 19비트(2 = 524,288)가¹⁹ 필요합니다.GPS 시간은 윤초를 포함하지 않는 연속적인 시간 척도입니다.따라서 GPS 주의 시작/종료 시간은 대응하는 UTC 요일의 시작/종료 시간과 정수 초수만큼 다를 수 있습니다.

각 서브프레임에서 각 핸드오버 워드(HOW)는 다음 ^[14]서브프레임의 시작에 해당하는 TOW 카운트의 가장 중요한 17비트를 포함합니다.6초마다 항법 메시지에서 하나의 HOW가 발생하므로 최하위 비트 2개를 안전하게 생략할 수 있습니다. 이는 잘린 TOW 카운트의 분해능과 동일합니다.마찬가지로 잘린 TOW 카운트는 마지막 GPS 주 시작/종료 후 다음 프레임 시작까지의 시간(6초 단위)입니다.

각 프레임에는 (서브프레임 1) 대응하는 GPS 주간 번호의 ^[15]최하위 비트 10개가 포함됩니다.GPS 프레임은 GPS 주 ^[16]경계를 넘지 않기 때문에 각 프레임은 모두 1개의 GPS 주 내에 있습니다.롤오버는 1,024 GPS 주마다(약 19.6년, 1,024는 2) 발생하기¹⁰ 때문에 현재 캘린더 날짜를 계산하는 수신기는 상위 주 번호 비트를 추론하거나 다른 소스로부터 취득해야 합니다.셧다운시에 수신측에서 현재의 날짜를 메모리에 보존하는 방법이 있습니다.전원을 켜면 새로 디코딩된 잘린 주의 수가 마지막으로 저장한 날짜에 시작하는 1,024주의 기간에 대응한다고 가정합니다.이 방법에서는, 리시버가 1,024주(또는 시간 및 위치 수정 없이) 이상 셧다운을 할 수 없는 경우(또는 시간 및 위치 수정이 없는 경우)의 주수를 올바르게 계산합니다.

연감

연감은 별자리의 각 위성에 대한 대략적인 궤도 및 상태 정보, 전리층 모델, 그리고 GPS 파생 시간을 조정된 세계시(UTC)와 연관시키기 위한 정보로 구성됩니다.각 프레임에는 연감의 일부(서브프레임4 및 5 내)가 포함되어 있으며 완전한 연감은 각 위성에 의해 총 25프레임(12.5분 ^[17]소요)으로 전송됩니다.연감은 여러 가지 목적을 가지고 있다.첫 번째는 수신기가 저장된 위치와 시간에 따라 가시적인 위성 목록을 생성할 수 있도록 함으로써 전원을 켤 때 위성 획득을 지원하는 것입니다. 한편, 각 위성으로부터의 에페메리스는 해당 위성을 사용하여 위치 고정값을 계산하기 위해 필요합니다.구식 하드웨어에서는 각 위성을 찾는 과정이 느렸기 때문에 새로운 수신기에 연감이 없으면 유효한 위치를 제공하기 전에 오랜 지연이 발생합니다.하드웨어가 발전함에 따라 구입 프로세스가 훨씬 빨라졌기 때문에 연감을 보유하지 않는 것은 더 이상 문제가 되지 않습니다.두 번째 목적은 GPS(GPS 시간)에서 파생된 시간을 UTC의 국제 시간 표준과 관련짓는 것입니다.마지막으로, 연감은 단일 주파수 수신기가 글로벌 전리층 모델을 사용하여 전리층 지연 오차를 보정할 수 있도록 한다.수정은 WAAS나 듀얼 주파수 리시버 등의 GNSS 증강 시스템만큼 정확하지 않습니다.단, 전리층 오차는 단일 주파수 GPS 수신기의 최대 오차원이기 때문에 보정을 하지 않는 것보다는 낫습니다.

서브프레임 4 및 5의 구조

LNAV-L 프레임4 및[18] 5 Sub- frame Page 묘사 4 1, 6, 11–12, 16, 19–24 예약필 2–5, 7–10 SV 25–32에 대한 연감 데이터 13 내비게이션 메시지 수정 테이블(NMCT) 14–15 시스템용으로 예약되어 있습니다. 17 특별한 메시지 18 전리층 보정 데이터 및 UTC 25 SV 1 ~ 32의 A-S 플래그 건강 정보SV 25–32의 경우 5 1–24 SV 1-24에 대한 연감 데이터 25 건강 정보SV 1 ~ 24의 경우 연감 기준 시간

LNAV-U 프레임4 및[19] 5 Sub- frame Page 묘사 4 1, 6, 10–12, 16, 19–24 예약필 2–5, 7–9 SV 89-95에 대한 연감 데이터 13 내비게이션 메시지 수정 테이블(NMCT) 14–15 시스템용으로 예약되어 있습니다. 17 특별한 메시지 18 전리층 보정 데이터 및 UTC 25 PRN 번호 33-63의 A-S 플래그 건강 정보SV 89-95의 경우 5 1–24 SV의 연감 데이터 65–88 25 건강 정보SV 65–88의 경우 연감 기준 시간

데이터 갱신

위성 데이터는 일반적으로 24시간마다 갱신되며 정기적으로 갱신하는 기능에 장애가 발생할 경우에 대비하여 최대 60일의 데이터가 로드됩니다.일반적으로 업데이트에는 새로운 ephemeride가 포함되어 새로운 연감이 업로드되는 빈도가 낮아집니다.제어 세그먼트는 정상 작동 중에 최소 6일마다 새 연감이 업로드되도록 보장합니다.

인공위성은 매 2시간마다 새로운 단편을 방송한다.사용 후기는 일반적으로 4시간 동안 유효하며, 비공칭 조건에서는 4시간 이상마다 갱신할 수 있습니다.ephemeris 취득에 필요한 시간이 첫 번째 위치 수정 지연의 중요한 요소가 되고 있습니다.리시버 하드웨어의 성능이 향상됨에 따라 위성 신호에 대한 잠금 시간이 단축되지만 데이터 전송 속도가 낮기 때문에 ephemeris 데이터를 수신하기 전에 18~36초가 필요하기 때문입니다.

주파수 정보

레인지 코드와 내비게이션 메시지가 위성에서 수신기로 전송되려면 반송파로 변조되어야 합니다.원래 GPS 설계의 경우, L1이라고 불리는 1575.42MHz(10.23MHz×154)에서, L2라고 불리는 1227.60MHz(10.23MHz×120)에서 두 개의 주파수가 사용됩니다.

C/A 코드는 BPSK(Bi-phase Shift Keying) 변조 기법을 사용하여 1.023MHz 신호로 L1 주파수로 전송됩니다.P(Y) 코드는 동일한 BPSK 변조를 사용하여 L1 및 L2 주파수로 10.23MHz 신호로 전송되지만 P(Y) 코드 반송파는 C/A 반송파와 직교하고 있습니다(위상이 90° 어긋남).

이중화와 방해에 대한 저항성 증가 외에도, 한 위성에서 두 개의 주파수를 전송함으로써 얻는 중요한 이점은 해당 위성의 전리층 지연 오류를 직접 측정하여 제거할 수 있는 능력이다.이러한 측정이 없으면 GPS 수신기는 일반 모델을 사용하거나 다른 소스(Wide Area Augmentation System 또는 WAAS 등)로부터 전리층 보정을 받아야 합니다.GPS 위성과 GPS 수신기에 사용되는 기술의 진보로 인해 전리층 지연이 신호에 남아 있는 가장 큰 오류 원인이 되었다.이 측정을 수행할 수 있는 수신기는 훨씬 더 정확할 수 있으며 일반적으로 이중 주파수 수신기로 불립니다.

현대화 및 추가 GPS 신호

1995년 7월^[20] 17일, 완전한 운용 능력에 도달한 GPS 시스템은 원래의 설계 목표를 달성했습니다.하지만, 기술의 추가 발전과 기존 시스템에 대한 새로운 요구는 GPS 시스템을 "현대화"하려는 노력으로 이어졌다.1998년 부통령과 백악관의 발표는 이러한 변화의 시작을 알렸고 2000년 미국 의회는 GPS III라고 불리는 노력을 재확인했다.

이 프로젝트는 새로운 지상국과 새로운 인공위성을 포함하며, 민간 및 군 사용자 모두를 위한 추가 내비게이션 신호를 포함하며, 모든 사용자의 정확성과 가용성을 향상시키는 것을 목표로 한다.2013년 목표는 계약자가 2011년까지 완료할 수 있는 경우 인센티브를 제공하여 수립되었습니다.

일반적인 기능

현대화된 GPS 민간 신호에는 기존 신호보다 데이터리스 수집 지원 및 NAV 메시지의 Forward Error Correction(FEC; 전방 오류 수정) 코딩이라는 두 가지 일반적인 개선 사항이 있습니다.

데이터리스 수집 보조는 데이터 신호와 함께 방송되는 추가 신호이며 경우에 따라 파일럿 캐리어라고도 합니다.이 무데이터 신호는 인코딩된 데이터보다 수집이 용이하도록 설계되었으며, 성공적으로 수집되면 데이터 신호를 획득하는 데 사용할 수 있습니다.이 기술은 GPS 신호의 수집을 개선하고 상관기의 전력 레벨을 높입니다.

두 번째 향상은 NAV 메시지 자체에 Forward Error Correction(FEC; 전송 오류 수정) 코딩을 사용하는 것입니다.NAV 데이터의 전송 레이트가 비교적 느리기 때문에(통상은 50비트/초), 작은 인터럽트가 큰 영향을 미칠 가능성이 있습니다.따라서 NAV 메시지의 FEC는 전체적인 신호 건전성을 크게 향상시킵니다.

L2C

첫 번째 발표 중 하나는 저밀도/수집(C/A) 신호에 사용되는 L1 주파수 이외의 주파수로 전송되는 새로운 민간용 신호의 추가였다.최종적으로 이것은 L2C 신호가 되었습니다.이것은 L2 주파수로 브로드캐스트되기 때문에 그렇게 불립니다.위성에는 새로운 하드웨어가 필요하기 때문에 이른바 Block IIR-M 이후의 설계 위성에 의해서만 전송된다.L2C 신호는 항법 정확도를 향상시키고 추적하기 쉬운 신호를 제공하며 국부적인 간섭이 발생할 경우 중복 신호로 기능합니다.L2C 신호는 2014년 4월부터 방송할 수 있는 위성을 통해 방송되고 있지만 여전히 작동 ^[1]전으로 간주되고 있다.2021년 1월^[update] 현재, L2C는 23개의 위성에 방송되고 있으며,^[1] 2023년까지 24개의 위성에 방송될 예정이다.

C/A 코드와 달리 L2C에는 범위 정보를 제공하는 두 개의 개별 PRN 코드 시퀀스(Civil-Moderate 코드(CM)와 Civil-Length 코드(CL))가 포함되어 있습니다.CM 코드의 길이는 10,230 비트이며, 20 밀리초마다 반복됩니다.CL 코드의 길이는 767,250비트이며 1,500밀리초마다 반복됩니다.각 신호는 511,500비트/초(비트/초)로 전송되지만 함께 다중화되어 1,023,000비트/초 신호를 형성합니다.

CM은 CNAV 내비게이션메시지(아래 참조)로 변조되지만 CL에는 변조된 데이터가 포함되어 있지 않으며 데이터리스 시퀀스라고 불립니다.긴 데이터리스 시퀀스는 L1 C/A 코드보다 약 24dB(최대 250배) 높은 상관관계를 제공합니다.

C/A 신호에 비해 L2C는 전송 파워가 2.3dB 약하지만 데이터 복구가 2.7dB, 캐리어 트래킹이 0.7dB 향상됩니다.

2021년 6월 9일^[21] 현재 L2C 신호의 현재 상태는 다음과 같습니다.

• 작동 전 신호와 "정상" 메시지 세트
• 23개의 GPS 위성으로부터의 방송(2021년 1월 9일 현재)
• 2005년 GPS Block IIR-M으로 시작
• 2023년까지 지상 세그먼트 제어 기능을 갖춘 24기의 GPS 위성에서 사용 가능(2020년 1월 기준)

CM 및 CL 코드

civil-moderate 및 civil-long-range 코드는 모듈러 LFSR에 의해 생성되며 모듈러 LFSR은 정기적으로 미리 정해진 초기 상태로 리셋됩니다.CM 및 CL 의 기간은, LFSR 의 자연 주기가 아니고, 이 리셋에 의해서 결정됩니다(C/A 코드의 경우와 같음).초기 상태는 인터페이스 사양으로 지정되어 있으며 PRN 번호 및 CM/CL에 따라 다릅니다.피드백 다항식/마스크는 CM과 CL에 대해 동일합니다.범위 코드는 다음과 같이 지정됩니다.

CM_i(t) = A(X_i,t mod 10 230)

CL_i(t) = A(Y_i,t mod 767 250)

여기서:

CM_i 및_i CL은 PRN 번호i의 범위 코드이며, 그 인수는 GPS 주의 시작/종료 후 또는 GPS 타임스케일의 시작부터 경과한 칩의 정수(0부터 시작)입니다( 「시간」을 참조).

A(x, t)는 t회 클럭된 후 초기 상태x 로 초기화된 경우의 LFSR 출력입니다.

X와_ii Y는 각각 CM과 CL의 초기 상태입니다.PRN $번호{\displaystyle }$i {\$displaystyle$ i$\}$의 경우.

mod는 분할 연산의 나머지입니다.

t는 GPS 시간 또는 이와 동등한 시간 이후의 CM 및 CL 칩 기간의 정수(0부터 시작)입니다.

초기 상태는 GPS 인터페이스 사양에서 LFSR 상태가 출력 비트가 최하위 비트인 숫자의 바이너리 표현으로 해석되고 새로운 비트가 최하위 비트인 숫자의 바이너리 표현으로 해석되는 규칙에 따라 8진수로 표현됩니다.이 규칙을 사용하면 LFSR은 최상위 비트에서 최하위 비트로 전환되며 빅 엔디안 순서로 보면 오른쪽으로 전환됩니다.IS에서 final state라고 불리는 상태는 CM의 경우 10229 사이클 후, LM의 경우 767249 사이클 후에 취득됩니다(두 경우 모두 리셋 직전).

피드백 비트 마스크는 10010010010010101001001100₂ 입니다.여기서도 마찬가지로 최하위 비트는 LFSR의 출력 비트이고 최상위 비트는 LFSR의 시프트인 비트이며, 0은 그 위치에 대한 피드백이 없음을 의미하며, 1은 그 위치에 대한 피드백을 의미합니다.

CNAV 내비게이션메시지

메시지 구조
(공통 필드)^[22]

비트[23]	정보
1–8	프리암블
9–14	송신 위성의 PRN
15–20	메시지 유형 ID
21–37	잘린 TOW[24] 수
38	경보 플래그
277–300	주기적 용장성 검사

메시지 유형

타입 아이디	묘사
10–11	일과성 및 건강
12, 31, 37	연감 파라미터
13–14, 34	미분 보정
15, 36	문자 메시지
30	전리층 및 그룹 지연 보정
32	접지 방향 파라미터
33	UTC 파라미터
35	GPS/GNSS 타임오프셋

CNAV 데이터는 원래 NAV 내비게이션메시지의 업그레이드 버전입니다여기에는 NAV 데이터보다 더 높은 정밀도 표현과 명목상 더 정확한 데이터가 포함되어 있습니다.동일한 유형의 정보(시간, 상태, 에페메리스 및 연감)는 새로운 CNAV 형식을 사용하여 계속 전송됩니다.단, 프레임/서브프레임아키텍처를 사용하는 대신 LNAV 프레임과 유사한 12초 300비트메시지로 이루어진 새로운 의사 패킷화 형식을 사용합니다.LNAV 프레임에는 고정 정보 내용이 포함되어 있지만 CNAV 메시지는 정의된 몇 가지 유형 중 하나입니다.프레임의 유형에 따라 정보 내용이 결정됩니다.메시지가 사용되는 메시지 유형에 대해 고정된 일정을 따르지 않으므로 제어 세그먼트가 어느 정도 사용할 수 있습니다.단, 일부 메시지유형에서는 전송 빈도에 하한선이 있습니다.

CNAV에서는 4 패킷 중 적어도1개는 에페메리스 데이터이며 클럭 데이터 ^[25]패킷에도 동일한 하한이 적용됩니다.이 설계에서는, 다양한 패킷 타입을 송신할 수 있습니다.32 위성 배치 및 전송해야 하는 현재의 요건에서는 대역폭의 75% 미만이 사용됩니다.사용 가능한 패킷유형의 극히 일부만이 정의되어 있습니다.이것에 의해, 호환성을 해치지 않고 시스템을 확장해, 고도의 기능을 짜넣을 수 있습니다.

새로운 CNAV 메시지에는 많은 중요한 변경이 있습니다.

• 레이트 1/2 컨볼루션코드에 의해 제공되는 Forward Error Correction(FEC; 순방향 오류 정정)을 사용하기 때문에 내비게이션메시지가 25비트/초인 동안 50비트/초 신호가 전송됩니다.
• 메시지에는 24비트 CRC가 전송되며, 이 CRC에 대해 무결성을 확인할 수 있습니다.
• GPS 주간 번호는 현재 13비트, 즉 8192주로 나타나며 157.0년마다 반복됩니다. 즉, 2137년이 되어야 다시 0으로 돌아옵니다.이는 L1 NAV 메시지가 19.6년마다 0으로 돌아오는 10비트 주간 숫자를 사용하는 것과 비교됩니다.
• GPS에서 GNSS로의 타임오프셋을 포함한 패킷이 있습니다.이를 통해 갈릴레오 및 GLONASS와 같은 다른 글로벌 시간 전송 시스템과의 상호 운용성이 향상됩니다.
• 추가 대역폭에 의해 차분 보정을 위한 패킷을 포함할 수 있습니다.이 패킷은 위성 기반 증강 시스템과 동일하게 사용되며 L1 NAV 클럭데이터 수정에 사용할 수 있습니다.
• 모든 패킷에는 위성 데이터를 신뢰할 수 없는 경우 설정되는 경보 플래그가 포함되어 있습니다.이것은 위성을 더 이상 사용할 수 없다는 것을 12초 이내에 알 수 있다는 것을 의미한다.이러한 신속한 통지는 항공과 같은 생명 안전 애플리케이션에 중요하다.
• 마지막으로 시스템은 63개의 위성을 지원하도록 설계되어 있는데, L1 NAV 메시지에서는 32개의 위성을 지원합니다.

CNAV 메시지는 GPS 주의 시작/종료에 12초의 ^[26]정수 배수를 더한 값으로 시작하여 종료됩니다.구체적으로는, 메시지에 관한 정보를 격납하는 최초의 비트(컨볼루션 부호화가 이미 적용되고 있는 경우)의 선두가, 상기의 동기화와 일치합니다.CNAV 메시지는 고정 비트 패턴으로 수신자가 메시지의 시작을 검출할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하는8비트 프리암블로 시작합니다.

전진오류정정코드

CNAV 부호화에 사용되는 컨볼루션코드는 다음과 같습니다.

${\displaystyle{\begin{정렬}(t)&, =d(t)\oplus d(t-2)\oplus d(t-3)\oplus d(t-5)\oplus d(t-6)\\X_ᆹ(t)&, =d(t)\oplus d(t-1)\oplus d(t-2)\oplus d(t-3)\oplus d(t-6)\\d'(to의 생략)&, =ᆺX_ᆻ\left({\frac{t'}{2}}\right)&,{\text{만약}}t'\equiv 0{\pmod{2}}\\X_ᆾ\left({\frac{t'-1}{2}}\right)&,{\text{만약}}t'\equiv 1{\pmod{2}}\\\.end{경우}}\end{aligned}}}$

여기서:

${\displaystyle {X\mathrm{}}_{}}$ 1$({$ 및$$ $X{\displaystyle {}_{}}$({$displaystyle X_{2})$는 컨볼루션 인코더의 순서 없는 출력입니다.

$\displaystyle$d는$$ 미가공(FEC 부호화되지 않은) 내비게이션 데이터이며, 300비트메시지의 단순한 연결로 구성됩니다.

$\displaystyle$t는$$ 임의의 시점(0부터 시작) 이후 경과한 비 FEC 인코딩 내비게이션 데이터 비트 수입니다.

${\displaystyle d^{}}$ ${\$ { $displaystyle$ d$$}는$$ FEC로 인코딩된 내비게이션 데이터입니다.

${\displaystyle t^{}}$ ${\$ { $displaystyle$ t$$}는$$ t {$displaystyle$ t$}$와 $같은{\displaystyle }$ 에폭 이후 경과한 FEC 부호화 내비게이션 데이터 비트 수(0부터 시작)입니다.

FEC 부호화 비트스트림은 앞서 설명한 비 FEC 부호화 비트보다 2배 속도로 실행되므로 $t{\displaystyle }$ ${\displaystyle =}$ t$2$ 2$$ \ $display t =$ \$left$\ lfloor \ $tfrac$ { $t$' $}{2$}} \ $right$ \ loor $\}$ . FEC 부호화는 위의 ^[27]방정식과는 독립적으로 실행됩니다.

L2C 주파수 정보

두 개의 민간 주파수가 전송되는 즉각적인 효과는 이제 민간 수신기가 이중 주파수 P(Y) 코드 수신기와 같은 방식으로 이온권 오류를 직접 측정할 수 있다는 것이다.단, L2C 신호만 사용하는 사용자는 L1 신호만 ^[28]사용하는 경우보다 전리층 오류로 인해 65% 더 많은 위치 불확실성을 기대할 수 있습니다.

밀리터리(M코드)

현대화 과정의 주요 요소는 새로운 군사 신호이다.밀리터리 코드, 즉 M-코드라고 불리는 이것은 방해 방지 기능을 더욱 개선하고 군용 GPS 신호의 접근을 안전하게 하기 위해 고안되었다.

이 새로운 제한된 코드에 대해 발표된 것은 거의 없습니다.5.115MHz로 전송되는 알 수 없는 길이의 PRN 코드가 포함되어 있습니다.P(Y) 코드와 달리 M 코드는 자율적으로 설계되어 사용자가 M 코드 신호만을 사용하여 위치를 계산할 수 있습니다.P(Y) 코드의 원래 설계에서 사용자는 먼저 C/A 코드에 잠긴 후 P(Y) 코드에 잠금을 전송해야 했습니다.그 후, 일부 사용자가 P(Y) 코드로 자율적으로 조작할 수 있도록 하는 직접 취득 기술이 개발되었습니다.

MNAV 내비게이션메시지

MNAV라고 불리는 새로운 내비게이션메시지에 대해 조금 더 알고 있습니다.새로운 CNAV와 마찬가지로 이 새로운 MNAV는 프레임이 아닌 패킷화되어 매우 유연한 데이터 페이로드가 가능합니다.또한 CNAV와 마찬가지로 Forward Error Correction(FEC; 전송 오류 수정) 및 고급 오류 검출(CRC 등)을 사용할 수 있습니다.

M 코드 주파수 정보

M 코드는 이전 군사 코드인 P(Y) 코드에서 이미 사용 중인 것과 동일한 L1 및 L2 주파수로 전송됩니다.새로운 신호는 대부분의 에너지를 (기존 P(Y) 및 C/A 캐리어에서 멀리 떨어진) 에지에 배치하도록 형성되어 있습니다.일부 위성에서는 동작하지 않으며,^[29] 2011년 4월 5일 SVN62/PRN25의 M-code가 꺼졌습니다.

이전의 GPS 설계에서 크게 벗어난 M 코드는 풀 어스 안테나 외에 고이득 지향성 안테나에서 브로드캐스트되도록 고안되었습니다.스폿 빔이라고 불리는 이 지향성 안테나의 신호는 특정 영역(지름 수백 km)을 겨냥하여 국소 신호 강도를 20dB(약 100배) 증가시키는 것을 목적으로 합니다.두 개의 안테나를 갖는 것의 부작용은 GPS 위성이 스폿 빔 안에 있는 위성들에게 같은 위치를 차지하고 있는 두 개의 GPS 위성처럼 보일 수 있다는 것이다.블록 IIR-M 위성에서 전체 어스 M 코드 신호를 사용할 수 있지만, 2018년 12월부터 시작된 블록 III 위성이 배치될 때까지 스폿 빔 안테나는 배치되지 않습니다.

각 위성이 4개의 개별 신호를 송신하는 경우의 흥미로운 부작용은 MNAV가 잠재적으로 4개의 다른 데이터 채널을 송신할 수 있어 데이터 대역폭이 증가한다는 것입니다.

변조 방법은 5.115MHz 코드에 대해 10.23MHz 서브캐리어를 사용하는 바이너리 오프셋 반송파입니다.이 신호의 전체 대역폭은 약 24MHz이며 사이드 밴드 로브는 크게 분리되어 있습니다.사이드밴드를 사용하여 신호 수신을 개선할 수 있습니다.

L5

L5 신호는 항공기 정밀 접근 지침과 같은 생명에 중요한 애플리케이션에 충분히 안전하고 강력한 방사성 항행 수단을 제공한다.신호는 항공 방사선 항행 서비스를 위해 ITU에 의해 보호되는 주파수 대역으로 방송된다.USA-203(Block IIR-M) 위성에서 처음 시연되었으며 GPS IIF 및 GPS III의 모든 위성에서 사용할 수 있습니다. ^[1]L5 신호는 2014년 4월부터 이를 지원하는 위성에서 방송되었습니다.2021년 1월^[update] 현재 16개의 GPS 위성이 L5 신호를 방송하고 있으며, 이 신호는 약 ^[1]2027년까지 24개의 위성에 도달할 예정인 사전 작동 상태로 간주됩니다.

L5 대역은 간섭 경감, 국제적으로 보호되는 대역, 기존 대역과의 용장성, 정지 위성 증강 및 지상 기반 증강 등의 형태로 더욱 견고성을 제공합니다.이 대역의 강화된 견고성은 지상파 ^[30]애플리케이션에도 도움이 됩니다.

L5 에서는, 동상 코드(I5 코드라고 불린다)와 직교상 코드(Q5 코드라고 불린다)의 2 개의 PRN 레인징 코드가 송신됩니다.양쪽 코드의 길이는 10,230비트이며, 10.23MHz(1밀리초 반복 주기)로 전송되며, 동일하게 생성됩니다(초기 상태에서만 확산).그런 다음 I5는 내비게이션 데이터(L5 CNAV라고 함)와 1kHz로 클럭된 10비트 Neuman-Hofman 코드를 사용하여 (또는 배타적) 변조됩니다.마찬가지로 Q5 코드는 변조되지만 20비트의 Neuman-Hofman 코드만을 사용하여 1kHz로 클럭됩니다.

L1 C/A 및 L2와 비교하여 L5에서는 다음과 같은 변경이 있습니다.

• 향상된 신호 구조를 통해 성능 향상
• L1/L2 신호보다 높은 전송 전력(최대 3dB 또는 2배의 출력)
• 대역폭이 넓을수록 프로세싱 게인이 10배 향상되고 자기 상관관계가 날카로워지며(칩 지속 시간에 비례하지 않고 절대적으로), 수신기에서 더 높은 샘플링 속도가 요구됩니다.
• 더 긴 확산 코드(C/A보다 10배 더 깁니다.
• 항공 방사선 항법 서비스 대역 사용

2021년 6월 9일^[21] 현재 L5 신호의 현재 상태는 다음과 같습니다.

• 충분한 모니터링 기능이 확립될 때까지 "불건전" 메시지가 설정된 작동 전 신호
• 16기의 GPS 위성으로부터의 방송(2021년 1월 9일 현재)
• 2010년 GPS Block IIF로 시작
• GPS 위성 24기 탑재(2027년 1월 기준)

I5 및 Q5 코드

I5 코드와 Q5 코드는 같은 구조이지만 다른 파라미터를 사용하여 생성됩니다.이러한 코드는 선택적으로 재설정되는 두 개의 서로 다른 선형 피드백 시프트 레지스터(LFSR) 출력의 조합(배타적 또는 배타적)입니다.

5_i(t) = U(t) v_i V(t)

U(t) = XA((t mod 10 230) mod 8 190)

V_i(t) = XB_i(X_i, t mod 10 230)

여기서:

i는 순서쌍(P, n)입니다.단일 위성으로부터의 L5 신호에는 P- {I, Q}, n은 PRN 번호입니다.두 위상과 1개의 PRN이 필요합니다.

5는_i i의 레인징 코드이며 I5_n 및 Q5로도_n 표시됩니다.

U와_i V는 중간 코드이며 U는 위상 또는 PRN에 따라 달라지지 않습니다.

클럭 상태가 t'인2개의 13스테이지 LFSR 출력이 사용됩니다.

XA(x,t')는 피드백 다항식¹³ x + x¹²¹⁰ + x⁹ + x + 1과 초기 상태 111111111을₂ 가진다.

XB_i(x,t')는 피드백 다항식¹³ x + x¹²⁸ + x⁷⁶ + x⁴ + x³ + x + 1과 초기 상태_i X를 가진다.

X는 위상에 대해 지정된 초기 상태 및 i에 의해 지정된 PRN 번호(IS에서^[31] 지정됨)입니다_i.

t는 GPS 시간 또는 이와 동등한 시간 이후의 정수 칩 주기이며, GPS 초(0부터 시작) 이후입니다.

A와 B는 최대 길이 LFSR입니다.모듈로 연산은 리셋에 대응합니다.둘 다 밀리초마다 재설정됩니다(C/A 코드 에폭과 동기화됨).두 시퀀스, I5과 위하여 어떤 1)기간 내에, 상관 관계가 까맣게 탄것이 신뢰를 되풀이될 수 있다고 되풀이 하면 다음 반복 1주기로 B[32]에 관하여(제목으로, 오프셋이 덧붙여, A에 대한 설명에서 추가 모듈로 작전은 자연 주기(는 8,191은)전에 사실은 설정이 한 주기 때문이다.행동하다에러틱스)를 참조해 주세요.

L5 내비게이션메시지

L5 CNAV 데이터에는 SV 에페머라이드, 시스템 시각, SV 클럭 동작 데이터, 상태 메시지 및 시각 정보 등이 포함됩니다.50 비트/초 데이터는 속도 1/2 컨볼루션 코더로 코드화됩니다.결과적으로 생성되는 100심볼/초(sps) 심볼 스트림은 I5 코드에만 모듈로-2가 추가됩니다. 생성된 비트 트레인은 L5 동상(I5) 캐리어를 변조하는 데 사용됩니다.이 결합된 신호를 L5 데이터 신호라고 합니다.L5 직교상(Q5) 반송파에는 데이터가 없으며 L5 파일럿 신호라고 불립니다.L5 CNAV에 사용되는 형식은 L2 CNAV와 매우 유사합니다.한 가지 차이점은 데이터 전송 속도의 2배를 사용한다는 것입니다.각 ^[33]메시지 내의 비트필드, 메시지타입 및 전송 오류 정정 코드알고리즘은 L2 CNAV와 동일합니다.L5 CNAV 메시지는 GPS 주의 시작과 종료에 6초의 정수배수를 더한 값으로 시작합니다(L2 ^[34]CNAV와 마찬가지로 메시지에 대한 정보를 포함하는 첫 번째 비트의 시작 부분에 적용됩니다).

L5 주파수 정보

항공 항법 대역인 L5 주파수(1176.45MHz, 10.23MHz × 115)로 방송됩니다.이 빈도는 항공 공동체가 L2보다 ^[34]L5에 대한 간섭을 더 효과적으로 관리할 수 있도록 선택되었다.

L1C

L1C는 L1 주파수(1575.42MHz)로 방송되는 민간용 신호로, 현재 모든 GPS 사용자가 사용하는 C/A 신호를 포함합니다.L1C 신호는 2018년 ^[1]12월에 처음 발사된 GPS III와 그 이후의 위성에서 방송될 것이다.2021년 1월^[update] 현재 L1C 신호는 아직 방송되지 않았으며 4개의 운영 위성만 이를 방송할 수 있습니다.L1C는 2020년대 ^[1]말에 24개의 GPS 위성에 탑재될 것으로 예상된다.

L1C는 파일럿(L1C_P)과 데이터(^[35]L1C_D) 컴포넌트로 구성됩니다.이들 컴포넌트는 L5와 ^[36]같은 직교 상태의 캐리어가 아니라 (오차 범위 100밀리라디안 이내) 동일한 위상을 가진 캐리어를 사용합니다.PRN 코드의 길이는 10,230비트이며 1.023 Mbit/s로 전송됩니다.파일럿 컴포넌트는 L1C라는_O 오버레이 코드(레인지 코드보다 레이트가 낮고 레인징 ^[35]코드와 같이 사전 정의되어 있는 세컨더리 코드)에 의해서도 변조됩니다.총 L1C 신호 전력 중 25%가 데이터에 할당되고 75%가 파일럿에 할당됩니다.사용되는 변조 기법은 데이터 신호의 경우 BOC(1,1) 및 파일럿의 경우 TMBOC입니다.Time Multiplex Binary Offset Carrier(TBOC; 시간 다중 바이너리 오프셋캐리어)는 BOC(6,1)로 전환되는 33 사이클 중 4 사이클을 제외한 모든 사이클에 대해 BOC(1,1)입니다.

• 구현에서는 하위 호환성을 보장하기 위한 C/A 코드를 제공합니다.
• 최소 C/A 코드 전력 1.5dB 증가를 보장하여 노이즈 플로어 증가를 완화
• L1 C/A에 비해 데이터리스 신호 컴포넌트 파일럿 캐리어에 의한 트래킹 향상
• Galileo L1과의 상호 운용성 향상

2021년 6월 10일^[21] 현재 L1C 신호의 현재 상태는 다음과 같습니다.

• "불건전" 메시지 세트가 있고 내비게이션 데이터가 없는 발달 신호
• 4기의 GPS 위성으로부터의 방송(2021년 1월 9일 현재)
• 2018년 GPS III 탑재 개시
• 2020년대 후반 24기의 GPS 위성에서 이용 가능

L1C 레인징 코드

L1C 파일럿 및 데이터 범위 코드는 중간 코드(Weil 코드라고 함)를 구축하기 위해 사용되는 길이 10223의 Legendre 시퀀스를 기반으로 합니다.이 코드는 고정7비트 시퀀스를 사용하여 필요한 10,230비트로 확장됩니다.이 10,230비트시퀀스는 레인징 코드이며 PRN 번호 및 파일럿컴포넌트와 데이터컴포넌트에 따라 달라집니다.범위 코드는 다음과 같이 ^[37]설명됩니다.

${\displaystyle {\text {L1C}}_{i}(t)&=text {L1C}}(t{\bmod {10,230}})\\{\text{L1C}}'_{i}(t')&="begin{case}"W_{i}(t')&{\text{if}}t'<p'_{i}\S(t'-p'_{i})&{\text{if}p'_{i}\leq t'<p'_{i}+7\\"W_{i}(t'-7)&{\text{if}}t'\geq p'_{i}+7\\end{case}\\\S&=(0,1,0,1,0,1,0,0)\\W_{i}(n)&=L(n)\oplus L(((n+w_{i}){\bmod {10,223})\L(n)&="begin {cases}1&{\text{}}n\neq 0\text {{\text}이 있고 }n\pm{eq}{{n}}{eq}}}{n}}}}{{n}}}}}}}}}}{n}}}}}}}}}{pm}}}}}}}}}}}}$

여기서:

${\displaystyle {}_{}}$i(\$displaystyle {L1C}}_{i})$는 PRN 번호 및 $컴포넌트{\displaystyle }$i(\$display$ i$)$의 $범위$ 코드입니다.

${\displaystyle {}_{}^{}}$ i ${\$ { $style$ { \ $display$ { $L1C }$ } _ {$$$i$} l 、 $L1C$} _ { $display$ style }의 기간을 나타냅니다$$.이것은 보다 명확한 표기를 가능하게 하기 위해서만 도입되고 있습니다.$L1C의$직접 공식(\displaystyle$\$$text$${$$L1C})$을 얻으려면 ${\displaystyle {\text{L1C}}^{}}$의${\displaystyle {}^{}}$공식$(\$$displaystyle$${L1C$})의$$$$ 오른쪽부터 시작하여$t$의 모든 ${\displaystyle 인스턴스}$를 t ${\displaystyle \mathrm{mod}}$ ${\displaystyle 10}$230(\$displaystyle$ t${\bmod$ {$10{\displaystyle }$,230$\})$으로 바꿉니다.

$\displaystyle$t는$$ L1C 칩 주기의 정수(즉,1µ1.023 µs)를 GPS 시각의 원점으로부터 또는 동등한 시간으로부터, 임의의 GPS 초(0부터 개시)부터.

${\displaystyle i}${\$displaystyle$ i$}$는 PRN 번호와 코드(L1C_P 또는_D L1C)를 식별하는 순서쌍으로, ($)\displaystyle({\text})$ 형식입니다.$P}}, n)}$ 또는$$${\displaystyle }$(${\displaystyle D,}$ $)$ {$displaystyle({\text$${$$D}}, n$$})$ $n$은 위성의 PRN 번호이고, P, $(\$는 각각 L1C_P 코드 또는 L1C_D 코드를 나타내는 기호(변수가 아님)입니다.

${\displaystyle L}${\$displaystyle$ L$}$은 중간 코드입니다.도메인은 0${\displaystyle n}$ n${\displaystyle 10}$ 10 ${\displaystyle 222}$ { $displaystyle$$0$ \ $leq$ 10$,222$}의 $정수n{\displaystyle \mathrm{}}$ $세트$입니다.

$(\$})는 Weil 코드라는 중간 코드로 L$(\displaystyle$ L$)$과 같은 도메인을 가집니다.

$\displaystyle$S는$$ 0 ~6의 인덱스에 대해 정의된7비트 길이 시퀀스입니다

${\displaystyle p_{}^{}}$ i ${\$ { \ $display style$ $p$$$_ { i$$} ${\displaystyle p_{}^{}}$ 、$S$의 레인징 코드(PRN 번호 및 $코드{\displaystyle }$ i$\$ $display style$ i$)$에 $$대한 0 베이스 삽입 인덱스입니다.Interface Specification(IS; 인터페이스 사양)에서는 1 기반 $인덱스{\displaystyle }$ p$\displaystyle$ p$\backslash$displaystyle p\$displaystyle$ p$'_{i}=p_{i}-1$^[38]로 정의되어 $있습니다{\displaystyle {}_{}^{}}$.

${\displaystyle w_{}}$ i$\$는 ^[38]IS에서 지정된$$ PRN 번호 및 $코드{\displaystyle }$ i$\displaystyle$i의 Weil 인덱스입니다.

${\displaystyle \mathrm{mod}}$\$displaystyle \operatorname {mod}는$분할$$(또는 모듈로) 연산의 나머지 부분으로, 이 문서에서도 사용되고 있는 모듈러 일치문에서의 표기법과는 다릅니다.

위의 공식과 GPS IS에 따르면 ${\displaystyle {\text{L1C}}_{}^{}}$ ${\displaystyle {}_{}^{}}$$$${\$ { $display$$style$ { $L1C$} $_$ { $i$$}$ l$$ ${\displaystyle \text{L1C}}$ } {\ l L1C {\ l l l c L1C l l l l l l L1C$$$display{\displaystyle }$$$ l display display display display i i i i i i i i i i i i i i i i i i $i{\displaystyle {}_{}}$ i i i i i i i ${\displaystyle i_{}}$ （ \$$$display$ style$$$（$ \ display style \ display $style$ \$\displaystyle$ S$.$ 나머지 비트는 Weil 코드의 나머지 비트입니다.

그 IS은 0≤ p나는′명확성을 위해 ≤ 10222{\displaystyle 0\leq p'_{나는}\leq 10\,222}.[39], L1C의 값은 나는′{\displaystyle{\text{L1C}}'_{나는}}에 나는 을 ′ p인 것은 사실 10222{\displaystyle p'_{나는}&gt을 위해;10\,222}, S의 인스턴스의 원인이 될 것 설명하지 않는다{\displ다고 주장하고 있다.Saystyle}$$ ${\displaystyle {\text{L1C}}_{}^{}}$ ${\displaystyle {}_{}^{}}$ ${\$ {\$style {\text{L1C}}}'$_{$i}}$에 삽입하여 인덱스 10229에서 0으로 바꿉니다.

L1C 오버레이 코드

오버레이 코드의 길이는 1,800비트이며 L1C로_D 인코딩된 내비게이션메시지와 동기화되어 100비트/초로 전송됩니다.

PRN 번호 1~63의 경우 초기 조건과 피드백 ^[40]다항식이 다른 최대 주기 LFSR의 잘린 출력이다.

PRN 번호 64 ~210의 경우 2개의 LFSR 출력($S1$ i ${\displaystyle {S1}_{i$} 및$$ ${\displaystyle {}_{}}$i ${\displaystyle {S2}}_{i$을 조합하여 생성된 잘린 골드 코드이며, $여기$서 i ${\displaystyle$ i$}$는 PRN 번호입니다.${\displaystyle {}_{}}$ i$(\$})에는 전체적으로 사용되는 4개의 피드백 다항식 중 하나가 있습니다(PRN 번호 64~210).${\displaystyle {}_{}}$ i$(\$})는 64~^[41]210 범위의 모든 PRN 번호에 대해 동일한 피드백 다항식을 가집니다.

CNAV-2 내비게이션메시지

서브프레임

서브프레임	비트수		묘사
	날것의	부호화
1	9	52	Time of Interval(TOI; 시간 간격)
2	576	1,200	시간 수정 및 사용 후 데이터
3	250	548	가변 데이터

서브프레임 3페이지

페이지 번호	묘사
1	UTC 및 IONO
2	GGTO 및 EOP
3	연감을 줄이다
4	미디 연감
5	미분 보정
6	본문

L1C 내비게이션 데이터(CNAV-2라고 불립니다)는 1,800비트 길이(FEC 포함) 프레임으로 브로드캐스트되며 100비트/초로 전송됩니다.

L1C 프레임은 L2C 및 L5 메시지와 비슷합니다.L2 CNAV 및 L5 CNAV는 에페메리스 데이터에 전용 메시지유형을 사용하지만 모든 CNAV-2 프레임에는 이 정보가 포함됩니다.

모든 메시지의 공통 구조는 인접한 표에 나타나 있듯이 3개의 프레임으로 구성됩니다.서브프레임 3의 내용은 페이지 번호에 따라 달라집니다.페이지 번호는 L2 CNAV 및 L5 CNAV 메시지의 유형 번호와 유사합니다.페이지는 임의의 ^[42]순서로 브로드캐스트됩니다.

메시지 시간(클럭 보정 파라미터와 혼동하지 말 것)은 이전 민간 신호의 형식과는 다른 형식으로 표현됩니다.대신 다음 3가지 컴포넌트로 구성됩니다.

1. 다른 민간 신호와 같은 의미를 가진 주 번호.각 메시지에는 주 번호 모듈로 8,192 또는 이에 상당하는 주 번호의 최하위 13비트가 포함되어 있어 사이클링 157년 범위 내의 날짜를 직접 지정할 수 있습니다.
2. Interval Time of Week(ITOW): 최근 시작/종료 후 경과한2시간 기간의 정수.범위는 0 ~ 83(포함)이며 인코딩에는 7비트가 필요합니다.
3. Time of Interval(TOI; 시간 간격): 현재 ITOW가 나타내는 기간부터 다음 메시지가 시작될 때까지 경과한 18초의 정수.범위는 0 ~ 399(포함)이며 9비트의 데이터가 필요합니다.

TOI는 서브프레임 1의 유일한 내용입니다.주 번호와 ITOW는 다른 정보와 함께 서브프레임 2에 포함되어 있습니다.

서브프레임 1은 수정된 BCH 코드로 인코딩됩니다.구체적으로는 최하위 8비트를 BCH 부호화하여 51비트를 생성한 후 배타적 비트 또는 최상위 비트와 조합하고 마지막으로 최상위 비트를 앞의 결과의 최상위 비트로 부가하여 최종 52비트를 ^[43]얻는다.서브프레임 2, 3은 24비트 CRC에 의해 개별적으로 전개된 후 저밀도 패리티 체크 코드를 사용하여 개별적으로 부호화되고 블록 인터리버를 ^[44]사용하여 단일 유닛으로 인터리브된다.

주파수의 개요

GPS 주파수

밴드	빈도수. (MHz)	단계	본래의 용도	현대화된 사용법
L1	1575.42 (10.23 × 154)	I	암호화 정밀도 P(Y) 코드
		Q	조잡/취득(C/A) 코드	C/A, L1 민간(L1C) 및 밀리터리(M) 코드
L2	1227.60 (10.23 × 120)	I	암호화 정밀도 P(Y) 코드
		Q	비변조 반송파	L2 민간(L2C) 코드 및 밀리터리(M) 코드
L3	1381.05 (10.23 × 135)		핵폭발에 사용 (NUDET) 탐지 시스템 페이로드(NDS): 핵폭발 신호를 보낸다/ 고에너지 적외선 이벤트 핵실험 시행에 사용 조약을 금지하다
L4	1379.9133... (10.23 × 1214/9)		—	추가 연구를 위해 연구되다 전리층 보정[45]: 607
L5	1176.45 (10.23 × 115)	I	—	Safety-of-Life(SoL) 데이터 신호
		Q		Safety-of-Life(SoL) 파일럿 신호

모든 위성은 1.57542GHz(L1 신호)와 1.2276GHz(L2 신호)의 2개의 주파수로 브로드캐스트합니다.위성 네트워크는 CDMA 확산 스펙트럼 기법을 사용합니다.이 기술은 저비트레이트 메시지 데이터가 위성마다 다른 고속 의사 랜덤 노이즈(PRN) 시퀀스로 인코딩됩니다.수신자는 실제 메시지 데이터를 재구성하기 위해 각 위성의 PRN 코드를 알고 있어야 합니다.민간용 C/A 코드는 초당 102만3000칩, 미군용 P 코드는 초당 1023만칩으로 데이터를 전송합니다.L1 캐리어는 C/^[46]A 코드와 P 코드 모두에 의해 변조되며 L2 캐리어는 P 코드만으로 변조됩니다.P 코드는 적절한 복호화 키를 가진 군사 장비에서만 사용할 수 있는 이른바 P(Y) 코드로 암호화할 수 있습니다.C/A 코드와 P(Y) 코드 모두 사용자에게 정확한 시각을 제공합니다.

각 복합 신호(동상 및 직교 위상)는 다음과 같습니다.

${\displaystyle S(t)=sysqrt {P_{\operatorname {I}}}X_{\operatorname {I}}(t)\cos \left(\obega t+\phi _{0}\right)-{\cosrt {P_{\operatorname {Q}}}_ATOName{\opername}$

$여기$서 $(\displaystyle$ \$scriptstyle P_{\operatorname {I}})$ $및$ ${\displaystyle {P\mathrm{}}_{}}$ Q$(\$$scriptstyle$ $P_{\operatorname$${$$Q}}})$는 신호 파워를 나타냅니다.${\displaystyle {X\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle I{}_{}}$($t$) \ $displaystyle$ $X$_ {\$operatorname {I$$$} } }$$es$({\displaystyle }$데이터 포함/없음) ($=$ ±${\displaystyle 1}$)$${\$displaystyle \scriptstyle$ (=\;\$pm$ 1$)\}$이는 타이밍 오류, 노이즈, 컴포넌트 간 진폭 불일치 또는 직교 오류(컴포넌트가 정확히 직교형이 아닌 경우)를 모델링하지 않기 때문에 이상적인 경우(실제로 달성되지 않음)의 공식입니다.

복조 및 복호화

GPS 수신기는 안테나에 수신된 GPS 신호를 처리하여 위치, 속도 및/또는 타이밍을 결정한다.안테나 신호는 증폭되어 베이스밴드 또는 중간 주파수로 다운 변환되어 필터링되고(에일리어스되는 디지털 신호의 의도된 주파수 범위를 벗어나는 주파수를 제거하기 위해) 디지털화됩니다.이러한 단계는 다른 순서로 연쇄될 수 있습니다.앨리어스는 의도적인 경우도 있지만(특히 언더샘플링을 사용하는 경우), 디지털 표현에 존재하지 않는 주파수를 폐기하려면 필터링이 여전히 필요합니다.

수신기가 사용하는 각 위성에 대해 수신기는 먼저 신호를 취득한 후 해당 위성이 사용 중인 한 이를 추적해야 합니다. 둘 다 디지털 도메인에서 대부분(전부는 아님) 수신기에서 수행됩니다.

신호의 취득은, 이전에는 알 수 없었던 주파수 및 코드 위상(리시버 시간에 상대적인 것)을 결정하는 프로세스입니다.코드 위상은 리시버 설계(특히 트래킹루프)에 따라 결정되어야 합니다.코드 칩의 0.5배 지속시간(약 0.489µs)이 대표적인 값입니다.

트래킹은 수신 신호에 최대한 근접하도록 추정 주파수와 위상을 지속적으로 조정하는 프로세스이므로 위상 잠금 루프입니다.수집은 특정 위성을 사용하기 위해 수행되지만 해당 위성이 사용 중인 동안에는 추적 작업이 수행됩니다.

이 절에서는 L1 C/A 수집 및 추적에 대해 한 가지 절차를 설명하지만 다른 신호에서도 프로세스는 매우 유사합니다.여기서 설명하는 절차는 수신된 신호와 로컬로 생성된 레인징 코드의 복제품의 상관관계를 계산하고 최고 피크 또는 최저 밸리를 검출하는 것에 기초하고 있습니다.가장 높은 피크 또는 가장 낮은 밸리의 오프셋에는 수신 시간을 기준으로 한 코드 위상에 대한 정보가 포함됩니다.로컬 복제본의 지속 시간은 수신기 설계에 따라 설정되며 일반적으로 내비게이션 데이터 비트의 지속 시간(20 ms)보다 짧습니다.

획득

소정의 PRN 번호의 취득은, 치수가 (1) 부호 위상 (2) 주파수인 2 차원 서치 공간에서의 신호 탐색으로서 개념화할 수 있다.또, 수신자는 어느 PRN 번호를 검색해야 할지 모르는 경우가 있어, 그 경우, 서치 공간에 제3의 차원(3)의 PRN 번호가 추가된다.

주파수 공간

서치 공간의 주파수 범위는 수신기에 대한 지식이 주어졌을 때 신호가 위치할 수 있는 대역입니다.수신기가 정지해 있을 때의 도플러 효과로 인해 반송파 주파수는 약 5kHz씩 변화합니다.수신기가 움직이면 그 변동은 더 커집니다.코드 주파수는 반송파 주파수의 1/1,540이므로 코드 주파수 편차는 L1의 반송파 주파수 편차의 1/1,540배입니다(「GPS가 사용하는 주파수」를 참조).하향 변환은 주파수 편차에 영향을 주지 않고 모든 신호 주파수 성분을 하향으로 전환할 뿐입니다.주파수는 수신기 시간을 참조하기 때문에 수신기 발진기 주파수의 불확실성이 서치 공간의 주파수 범위에 추가됩니다.

코드 위상 공간

레인징 코드의 주기는 각각 약 0.977µs인 1,023 칩입니다( coarse Harse/Acquisition 코드 참조).이 코드는 크기가 1보다 작은 오프셋에서만 강력한 자기 상관을 제공합니다.코드 위상 차원에서의 서치 공간의 범위는 상관관계가 계산되는 오프셋의 세밀도에 따라 달라집니다.일반적으로 0.5칩 이상의 입도 내에서 코드 위상을 검색하는 것은 2,046개의 오프셋을 의미합니다.코드 단계의 서치 공간의 크기를 증가시키는 요인이 더 있을 수 있습니다.예를 들어 수신기는 디지털 신호의 연속된 2개의 창을 검사하도록 설계되어 적어도 1개가 내비게이션 비트 천이를 포함하지 않도록(상관 피크를 악화시킨다) 할 수 있다.이 때문에 신호창의 길이는 최대 10밀리초이다.

PRN 번호 공간

작은 PRN 번호의 범위는 1 ~32 입니다.따라서 리시버가 이 차원에서 검색을 좁히는 정보를 가지고 있지 않은 경우 검색하는 PRN 번호는 32개입니다.큰 PRN 번호의 범위는 33 ~66 입니다§ 내비게이션메시지를 참조해 주세요.

미리 연감 정보를 취득한 경우 수신기는 PRN에 의해 청취할 위성을 선택합니다.연감 정보가 메모리에 없는 경우 수신기는 검색 모드로 들어가 위성 중 하나에 잠길 때까지 PRN 번호를 순환합니다.잠금을 얻으려면 수신기에서 위성까지의 시야가 방해받지 않아야 합니다.수신기는 연감을 디코딩하여 수신자가 수신해야 할 위성을 결정할 수 있습니다.각 위성의 신호를 검출할 때, 독자적인 C/A 코드 패턴으로 식별한다.

단순 상관 관계

신호를 획득하는 가장 간단한 방법(꼭 가장 효과적이거나 계산 비용이 적게 드는 것은 아님)은 로컬로 생성된 복제 세트를 사용하여 디지털 신호 창의 닷 곱을 계산하는 것입니다.로컬로 생성된 복제본은 주파수 서치 공간과 코드 위상 서치 공간의 데카르트 곱인 이미 언급된 모든 서치 공간을 커버하기 위해 반송파 주파수와 코드 위상이 다릅니다.반송파는 오일러의 공식에 의해 기술된 바와 같이 실수 성분과 허수 성분이 모두 사인사인 복소수입니다.도트 곱의 가장 큰 크기를 생성하는 복제본은 신호의 코드 위상 및 주파수와 가장 잘 일치하는 복제본일 수 있습니다. 따라서 그 크기가 임계값을 초과하면 수신기는 추적하기 전에 신호를 추적하거나 추정된 파라미터를 더욱 세분화합니다.임계값은 false positive를 최소화하기 위해 사용되지만(실제로 신호가 없을 때 신호를 검출하는 것이 명백한 경우) 일부만 발생할 수 있습니다.

복잡한 반송파를 사용하면 복제품이 신호의 반송파 위상에 관계없이 디지털 신호를 일치시키고 해당 위상을 검출할 수 있습니다(원리는 푸리에 변환에서 사용되는 것과 동일).도트 곱은 복소수이며, 그 크기는 실제 값 시계열의 일반적인 상관 관계와 마찬가지로 복제품과 신호 사이의 유사성 수준을 나타냅니다.닷 곱의 인수는 디지털 신호에서 대응하는 반송파의 근사치입니다.

예를 들어, 코드 위상에서의 검색 입도가 0.5칩이고 주파수가 500Hz라고 가정하면, 총 20×2,046개의 코드 위상 및 10,000Hz/500Hz = 20개의 주파수가 있어 총 20×2,046 = 40,920개의 로컬 복제본을 시도합니다.각 주파수 빈은 해당 간격의 중심에 있으므로 각 방향으로 250Hz를 커버합니다. 예를 들어, 첫 번째 빈은 -4.750Hz의 반송파를 가지고 있고 -5000Hz ~ -4,500Hz의 간격을 커버합니다.코드 위상은 레인징 코드가 주기적이기 때문에 등가 모듈로 1,023입니다.예를 들어 단계 -0.5는 단계 1,022.5와 동일합니다.

다음 표는 이 예에서 디지털 신호와 비교되는 로컬 복제본을 보여 줍니다."•"는 단일 로컬 복제본을 의미하며, "..."는 생략된 로컬 복제본에 사용됩니다.

캐리어 FREQ 편차	코드 단계(칩 단위)
	0.0	0.5	(기타 단계)	1,022.0	1,022.5
- 4,750Hz	•	•	...	•	•
- 4,250Hz	•	•	...	•	•
(더하다 주파수)	...	...	...	...	...
4,250Hz	•	•	...	•	•
4,750Hz	•	•	...	•	•

푸리에 변환

단순한 상관법에 비해 개선된 것으로 푸리에 변환에 의해 닷 곱의 연산을 보다 효율적으로 실시할 수 있다.코드와 주파수의 데카르트 곱의 각 요소에 대해 하나의 닷 곱을 수행하는 대신, FFT를 포함한 단일 연산이 각 코드 위상에 대해 수행됩니다. 이러한 연산은 각각 계산 비용이 더 많이 들지만 FFT 알고리의 효율로 인해 여전히 이전 방법보다 더 빠를 수 있습니다.주파수 빈은 DFT 내에서 매우 촘촘히 떨어져 있기 때문에 반송파 주파수를 더 높은 정확도로 복구합니다.

구체적으로는 서치 공간 내의 모든 코드 위상에 대해 디지털화된 신호창은 코드의 로컬 레플리카(캐리어 없음)와 요소별로 곱한 후 이산 푸리에 변환으로 처리된다.

이 방법으로 처리하는 앞의 예에서 (동상 및 직교 구성요소를 갖는 복잡한 데이터와 달리) 실제 값 데이터, 샘플링 속도 5MHz, 신호 창 10ms 및 중간 주파수 2.5MHz를 가정합니다.디지털 신호에는 5MHz×10ms = 50,000개의 샘플이 있으므로, 100Hz 단계로 0Hz ~ 2.5MHz 범위의 25,001개의 주파수 성분이 있습니다(실제 값 신호의 평균이고 2.5MHz 성분은 임계 주파수이기 때문에 실재합니다).2.495MHz ~ 2.505MHz 범위의 중앙 주파수 5kHz 내의 성분(또는 빈)만 검사되며 51개의 주파수 성분에 의해 처리됩니다.이전 사례와 같이 2,046개의 코드 위상이 있으므로, 총 51×2,046 = 104,346개의 복잡한 주파수 성분이 조사됩니다.

푸리에 변환과의 원형 상관 관계

마찬가지로 간단한 상관법에 대한 개선으로 각 주파수 빈에 대해 모든 코드 위상을 포함하는 단일 연산을 실행할 수 있다.각 코드 위상 빈에 대해 수행되는 작업은 주파수 영역에서 요소별 곱셈인 순방향 FFT를 포함합니다.역 FFT 및 추가 처리를 통해 전체적으로 원형 컨볼루션 대신 원형 상관 관계를 계산합니다.이는 단순한 상관법보다 더 정확한 코드 위상 판별을 제공하며, 이전 방법보다 더 정확한 반송파 주파수 판별을 제공합니다.

추적 및 내비게이션 메시지 디코딩

수신된 반송파 주파수는 도플러 시프트에 의해 변화할 수 있기 때문에 수신된 PRN 시퀀스가 시작되는 포인트는 O와 정확한 정수(밀리초)만큼 다르지 않을 수 있습니다.따라서 수신된 위성의 PRN 코드가 언제 ^[47]시작되는지 판단하기 위해 반송파 주파수 트래킹과 PRN 코드 트래킹을 사용합니다.모든 1,023 오프셋의 시행이 잠재적으로 필요할 수 있는 이전의 오프셋 계산과 달리 잠금을 유지하기 위한 추적은 일반적으로 펄스 폭의 절반 이하를 이동해야 합니다.이 추적을 수행하기 위해 수신기는 위상 오류와 수신 주파수 오프셋이라는 두 가지 양을 관찰합니다.수신측 PRN 코드에 대한 수신측 PRN 코드의 상관관계가 계산되어 2개의 신호의 비트가 잘못 정렬되어 있는지 여부를 판단합니다.수신된 PRN 코드와 수신자가 생성한 PRN 코드를 비교하여 필요한 ^[48]조정을 추정한다.최대 상관관계에 필요한 조정량은 위상오차를 추정하는 데 사용됩니다.수신기에 의해 생성된 주파수로부터 수신된 주파수 오프셋은 위상률 오차의 추정치를 제공합니다.주파수 발생기에 대한 명령과 필요한 추가 PRN 코드 전환은 사용되는 제어 법칙에 따라 위상 오류 및 위상 속도 오류의 함수로 계산됩니다.도플러 속도는 반송파 공칭 주파수로부터의 주파수 오프셋의 함수로 계산됩니다.도플러 속도는 위성에 상대적인 수신기의 시선 방향의 속도 성분입니다.

리시버는 연속되는 PRN 시퀀스를 계속 읽으면 1,023비트 수신된 PRN 신호의 위상이 급변합니다.이것은 내비게이션 ^[49]메시지의 데이터 비트의 시작을 나타냅니다.이를 통해 수신기는 내비게이션 메시지의 20밀리초 비트를 읽을 수 있습니다.내비게이션 프레임의 각 서브프레임 시작 부분에 있는 TLM 워드를 통해 수신기가 서브프레임의 시작을 감지하고 내비게이션 서브프레임이 시작되는 수신기 클럭 시간을 결정할 수 있습니다.그런 다음 HOW 단어를 통해 수신기가 ^[11][12]전송 중인 특정 서브프레임을 판단할 수 있습니다.구면의 교차를 계산하기 전에 사용후기 데이터를 읽어야 하기 때문에 위치의 최초 추정까지 최대 30초의 지연이 있을 수 있습니다.

서브프레임을 읽고 해석한 후 클럭 보정 데이터 및 HOW를 사용하여 다음 서브프레임이 전송된 시간을 계산할 수 있습니다.수신기는 Telemetry Word 검출로부터 다음 서브프레임의 시작을 수신한 수신기의 클럭 시간을 인식하여 전송 시간과 의사 범위를 계산할 수 있습니다.수신기는 잠재적으로 각 서브프레임 시작 시 또는 6초마다 새로운 의사 범위 측정을 받을 수 있습니다.

그런 다음 내비게이션 메시지의 궤도 위치 데이터(ephemeris)를 사용하여 메시지가 시작될 때 위성이 어디에 있었는지 정확하게 계산합니다.특히 노이즈가 많은 환경에서는,^[50] 감도가 낮은 리시버보다 감도가 높은 리시버가 에페메리스 데이터를 고속으로 취득할 가능성이 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 동상 및 직교 컴포넌트

출처 및 참고 자료

참고 문헌

GPS 인터페이스 사양

• "GPS Interface Specification (GPS-IS-200K)" (PDF). 4 March 2019. (L1, L2C 및 P에 대해 설명합니다).
• "GPS Interface Specification (GPS-IS-705F)" (PDF). 4 March 2019. (L5에 대해 설명).
• "GPS Interface Specification (GPS-IS-800E)" (PDF). 4 March 2019. (L1C에 대해 설명).

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