Jumat, 20 Februari 2009

GPS



"GPS" redirects here. Untuk sistem serupa lainnya, lihat Global Sistem Navigasi Satelit. Untuk kegunaan lain dari "GPS", lihat GPS (disambiguasi).
Untuk diakses secara umum dan kurang teknis pengenalan kepada topik, lihat Pendahuluan untuk Global Positioning System.
Artis dari konsepsi dari satelit GPS di orbit
Sipil GPS ( "perangkat navigasi GPS") di laut aplikasi.
Otomotif sistem navigasi di taxicab.
GPS receivers sekarang banyak terintegrasi dalam ponsel.

Global Positioning System (GPS) adalah sistem satelit navigasi global (GNSS) yang dikembangkan oleh Amerika Serikat dan Departemen Pertahanan yang dikelola oleh Angkatan Udara Amerika Serikat 50. Ruang Angkasa Wing. Ia adalah satu-satunya berfungsi penuh GNSS di dunia, dapat digunakan secara bebas, dan sering digunakan oleh warga sipil untuk keperluan navigasi. Menggunakan konstelasi antara 24 dan 32 Medium Earth Orbit satelit yang mengirimkan sinyal microwave tepat, yang memungkinkan receivers GPS untuk menentukan lokasi mereka saat ini, waktu, dan kecepatan. Nya adalah nama resmi NAVSTAR GPS. NAVSTAR meskipun bukan merupakan akronim, [1] beberapa backronyms telah dibuat untuk itu. [2]

Sejak menjadi sepenuhnya beroperasi pada tahun 1993, GPS menjadi banyak digunakan untuk bantuan navigasi di seluruh dunia, dan tool yang berguna untuk membuat peta, survei tanah, perdagangan, menggunakan ilmiah, dan hobi seperti geocaching. Juga, tepat waktu referensi digunakan di berbagai aplikasi termasuk kajian ilmiah dari gempa bumi. GPS juga merupakan kunci diperlukan sinkronisasi sumber dari jaringan selular, seperti Qualcomm CDMA udara banyak antarmuka nirkabel yang digunakan oleh operator di banyak negara. [Kutipan diperlukan]
Isi
[hide]

* 1 Sejarah
* 2 konsep dasar GPS
o 2,1 Posisi perhitungan pengenalan
o Memperbaiki 2,2 yang GPS dari jam
* 3 Sistem detail
o Sistem segmentasi 3,1
+ 3.1.1 Ruang Angkasa segmen
+ 3.1.2 Control segmen
+ 3.1.3 Pengguna segmen
o 3,2 Navigasi sinyal
o Satelit frekuensi 3,3
3,4 o C / A kode
+ 3.4.1 Demodulation dan decoding
+ 3.4.2 Carrier tahap pelacakan (survei)
+ 3.4.3 Posisi perhitungan lanjutan
o 3,5 P (Y) kode
o 3,6 Kesalahan sumber dan analisis
+ 3.6.1 Sinyal kedatangan waktu pengukuran
+ 3.6.2 Atmospheric efek
+ 3.6.3 Multipath efek
+ 3.6.4 Ephemeris jam dan kesalahan
+ 3.6.5 Geometric pengenceran dari presisi hisab (DOP)
# 3.6.5.1 Asal DOP Equations
+ 3.6.6 selektif ketersediaan
+ 3.6.7 kenisbian
+ 3.6.8 Sagnac distorsi
* 4 Sumber Kemungkinan gangguan
o 4,1 sumber alam
o 4,2 Artificial sumber
* 5 Keakuratan perangkat tambahan
o 5,1 Augmentation
o 5,2 Precise pemantauan
o 5,3 Timekeeping
o 5,4 Modernisasi
* 6 Aplikasi
o 6,1 Militer
o 6,2 Civilian
o 6,3 Timeline
o 6,4 Penghargaan
* 7 Sistem lain
* 8 Multidimensional Newton-Raphson untuk GPS
* 9 Lihat pula
* 10 Referensi
* 11 Pranala luar
o 11,1 Link Pemerintah
o 11,2 Pendahuluan / link tutorial
o 11,3 Teknis, sejarah, dan bawahan topik link

[sunting] Sejarah

Pertama sistem navigasi satelit, Transit, digunakan oleh Amerika Serikat Navy, pertama kali berhasil diuji pada tahun 1960. Menggunakan kumpulan dari lima satelit, dapat memberikan navigasi memperbaiki sekitar sekali per jam. Pada tahun 1967, the US Navy Timation mengembangkan satelit yang membuktikan kemampuan untuk menempatkan jam di ruang akurat, sebuah teknologi yang bergantung pada GPS. Pada tahun 1970-an, tanah berbasis Omega Navigation System, berdasarkan sinyal fase perbandingan, menjadi satu sistem navigasi radio di seluruh dunia.

Rancangan GPS didasarkan pada sebagian tanah serupa berbasis sistem navigasi radio, seperti LORAN dan Decca Navigator yang dikembangkan pada awal tahun 1940-an, dan digunakan selama Perang Dunia II. Tambahan GPS inspirasi untuk datang saat Uni Soviet meluncurkan Sputnik pertama di tahun 1957. Sebuah tim yang terdiri dari US ilmuwan yang dipimpin oleh Dr Richard B. Kershner adalah pemantauan Sputnik's transmisi radio. Mereka menemukan bahwa, yang disebabkan oleh efek Doppler, frekuensi sinyal yang dikirimkan oleh Sputnik yang lebih tinggi sebagai mendekati satelit, dan lebih rendah karena terus dari mereka. Mereka sadar bahwa mereka karena mereka tahu persis lokasi di dunia, tepat di mana mereka dapat satelit yang telah bersama-sama oleh para mengorbitkan mengukur Doppler distorsi.

Setelah Korean Air Lines Penerbangan 007 adalah gambar di bawah 1983 setelah straying ke USSR's airspace dilarang, [3] Presiden Ronald Reagan mengeluarkan direktif membuat GPS sipil bebas tersedia untuk digunakan sebagai umum. [4] satelit yang telah diluncurkan antara 1989 dan 1993.

Pada awalnya kualitas sinyal yang digunakan untuk militer, sedangkan sinyal tersedia untuk penggunaan sipil telah sengaja direndahkan ( "Ketersediaan selektif", SA). Ketersediaan selektif telah berakhir pada tahun 2000, meningkatkan presisi dari civilan GPS dari sekitar 100m ke sekitar 20m.

[sunting] Konsep Dasar GPS

J GPS menghitung posisinya oleh tepat waktu sinyal yang dikirim oleh satelit GPS tinggi di atas Bumi. Setiap satelit terus transmit pesan pribadi yang berisi pesan yang dikirim, tepat orbital informasi (yang ephemeris), dan sistem kesehatan umum dan kasar orbits dari semua satelit GPS (yang almanak). Penerima mengukur waktu transit dari setiap pesan dan computes jarak ke setiap satelit. Geometris trilateration digunakan untuk menggabungkan ini dengan jarak lokasi dari satelit untuk menentukan lokasi penerima. Posisi ditampilkan, mungkin dengan memindahkan peta layar atau lintang dan bujur; ketinggian informasi dapat disertakan. Banyak unit GPS juga menunjukkan berasal informasi seperti arah dan kecepatan, posisi dihitung dari perubahan.

Mungkin kelihatannya tiga satelit yang cukup untuk memecahkan untuk posisi, sejak ruang memiliki tiga dimensi. Namun yang sangat kecil kesalahan jam dikalikan dengan besar kecepatan cahaya [5]-kecepatan sinyal satelit yang memperkembangbiakkan-hasil positional kesalahan besar. Penerima menggunakan empat satelit untuk memecahkan untuk x, y, z, dan t yang digunakan untuk memperbaiki penerima dari jam. Meskipun sebagian besar aplikasi GPS menggunakan computed lokasi dan efektif hanya menyembunyikan computed sangat tepat waktu, digunakan dalam beberapa aplikasi GPS khusus seperti waktu transfer dan lampu lalu lintas waktu.

Meskipun empat satelit yang diperlukan untuk operasi normal, kurang berlaku dalam hal khusus. Jika salah satu variabel yang sudah diketahui (misalnya, sebuah kapal atau pesawat mungkin telah dikenal ketinggian), yang merupakan penerima dapat menentukan posisinya hanya menggunakan tiga satelit. Beberapa dapat menggunakan GPS receivers tambahan clues atau asumsi (seperti reusing terakhir dikenal ketinggian, mati perhitungan, inertial navigasi, atau termasuk informasi dari kendaraan komputer) untuk memberikan posisi direndahkan bila kurang dari empat satelit yang terlihat (lihat [6], bab 7 dan 8 dari [7], dan [8]).

[sunting] Posisi perhitungan pengenalan

Pengantar untuk memberikan gambaran bagaimana GPS bekerja, kesalahan pengukuran akan diabaikan di bagian ini. Menggunakan pesan yang diterima dari minimal empat terlihat satelit, penerima GPS dapat menentukan posisi dan waktu satelit dikirim. X, y, z dan komponen posisi dan waktu dikirim dimaksudkan sebagai \ kiri [x_i, y_i, z_i, t_i \ right] dimana i adalah tanda nomor satelit dan memiliki nilai 1, 2, 3, atau 4 . Mengetahui ditunjukkan waktu pesan telah diterima \ tr_i, penerima GPS dapat menghitung waktu yang ditunjukkan transit, \ kiri (tr_i-t_i \ kanan). dari pesan. Menganggap pesan bepergian pada kecepatan cahaya, c, jarak perjalanan, \ p_i dapat computed sebagai \ kiri (tr_i-t_i \ kanan) c. Mengetahui jarak dari GPS ke satelit dan posisi satelit menunjukkan bahwa GPS adalah pada permukaan sebuah bola yang berpusat di posisi satelit. Dengan demikian kita tahu bahwa posisi yang ditunjukkan GPS adalah pada atau di dekat persimpangan dari permukaan empat spheres. Dalam kasus yang ideal tidak ada kesalahan, maka GPS akan di persimpangan dari permukaan empat spheres. Pada permukaan dua spheres, jika mereka menyilang di lebih dari satu titik, menyilang dalam lingkaran. J angka, Dua Sphere permukaan Intersecting dalam Circle, ditunjukkan di bawah ini.
Dua bidang permukaan intersecting dalam lingkaran

Artikel, trilateration, matematis menunjukkan bahwa dua spheres intersecting di lebih dari satu titik menyilang dalam lingkaran.
Permukaan yang sphere intersecting lingkaran (yaitu, The Edge of disk) di dua titik

J lingkaran dan bidang permukaan di sebagian besar kasus-kasus praktis bunga menyilang di dua titik, meskipun yg mungkin agar mereka dapat memotong pada satu titik atau tidak sama sekali. Tokoh lain, Permukaan dari Sphere Intersecting yang Circle (bukan disk) pada Dua Poin, ini menunjukkan persimpangan. Kedua intersections ditandai dengan titik. Kembali trilateration ini jelas menunjukkan matematis. Posisi yang benar dari GPS adalah persimpangan yang dekat ke permukaan bumi untuk mobil dan lainnya dekat-Bumi kendaraan. Yang benar posisi penerima GPS juga merupakan persimpangan yang dekat dengan permukaan bidang sesuai dengan keempat satelit. (Kedua intersections simetris adalah dengan melihat pada pesawat yang berisi tiga satelit. Jika tidak tiga satelit yang sama dalam orbital pesawat, pesawat yang berisi tiga satelit tidak akan vertikal pesawat melewati bagian tengah Bumi. Dalam hal ini kasus salah satu intersections akan lebih dekat ke bumi daripada yang lain. yang mendekati Bumi-persimpangan akan posisi yang benar untuk hal yang dekat-Bumi kendaraan. di persimpangan yang terjauh dari Bumi dapat posisi yang benar untuk ruang kendaraan .)

[sunting] Memperbaiki yang GPS dari jam

Cara menghitung posisi untuk kasus tidak ada kesalahan telah dijelaskan. Salah satu yang paling penting adalah sumber kesalahan GPS dari jam. Karena nilai yang sangat besar dari kecepatan cahaya, c, perkiraan jarak dari GPS ke satelit, yang pseudoranges, sangat peka terhadap kesalahan dalam GPS jam. Ini menunjukkan bahwa yang sangat akurat dan mahal jam diperlukan untuk GPS untuk bekerja. Di sisi lain, produsen lebih memilih untuk membangun murah GPS receivers massa untuk pasar. Solusi untuk dilema ini didasarkan pada permukaan jalan sphere menyilang di GPS masalah.

Kemungkinan di permukaan tiga spheres menyilang sejak lingkaran dari persimpangan dua spheres biasanya cukup besar sehingga pihak ketiga sphere permukaan adalah kemungkinan besar untuk memotong lingkaran ini. Sangat tidak mungkin bahwa permukaan sphere sesuai dengan empat satelit akan memotong salah satu dari dua titik persimpangan yang pertama sejak tiga jam setiap kesalahan dapat menimbulkan ke salah satu titik intersecting. Namun jarak dari berlaku memperkirakan penerima GPS posisi ke permukaan sphere sesuai dengan keempat satelit dapat digunakan untuk menghitung sebuah koreksi jam. Let \ r_4 menunjukkan jarak dari berlaku memperkirakan penerima GPS posisi ke empat satelit dan membiarkan \ p_4 \ yang menunjukkan pseudorange dari empat satelit. Let \ da = r_4 - p_4. Perlu diketahui bahwa \ da adalah jarak dari computed GPS posisi ke permukaan sphere sesuai dengan keempat satelit. Dengan demikian, hasil bagi, \ da = b / c \, memberikan perkiraan

(tepat waktu) - (waktu yang ditunjukkan oleh penerima di papan-jam), dan GPS jam dapat maju jika \ b adalah positif atau tertunda jika \ b negatif.

[sunting] Sistem detail
Unlaunched GPS satelit yang terkenal di San Diego Aerospace Museum

[sunting] Sistem segmentasi

GPS yang sekarang terdiri dari tiga segmen utama. Ini adalah ruang segmen (SS), segmen kontrol (CS), dan segmen pengguna (AS). [9]

[sunting] Ruang Angkasa segmen

Lihat juga: satelit GPS dan Daftar meluncurkan satelit GPS

J visual contoh GPS konstelasi di Bumi dengan gerakan memutar. Perhatikan bagaimana jumlah satelit di lihat dari suatu titik pada permukaan bumi, dalam contoh ini di 45 ° N, dengan perubahan waktu.

Ruang segmen (SS) terdiri dari hal GPS satelit, atau Ruang Angkasa Kendaraan (SV) di GPS biasa. GPS desain awalnya dipanggil selama 24 SVs, delapan di masing-masing tiga circular orbital pesawat, [10] namun ini telah dimodifikasi untuk enam pesawat dengan empat satelit masing-masing. [11] The orbital pesawat berada pada Bumi, memutar dengan tidak hormat kepada bintang jauh. [12] Keenam pesawat memiliki sekitar 55 ° inklinasi (berayun relatif terhadap bumi khatulistiwa) dan dipisahkan oleh 60 ° kanan kenaikan yang naik node (sudut sepanjang khatulistiwa dari titik acuan ke orbit dari persimpangan). [13 ] orbits yang dapat diatur sehingga sedikitnya enam satelit yang selalu saling berhadapan dari hampir semua tempat di permukaan bumi. [14]

Hal di ketinggian sekitar 20.200 kilometer sekitar 10 satelit yang terlihat dengan saling berhadapan (12.600 mil atau 10.900 mil laut; orbital radius 26.600 km (16.500 mil atau 14.400 NM)), masing-masing membuat dua SV lengkap orbits yg berkenaan dgn bintang setiap hari. [ 15] Tanahnya melacak setiap satelit itu mengulangi setiap (yg berkenaan dgn bintang) hari. Hal ini sangat membantu selama ini, bahkan sejak hanya dengan empat satelit, benar berpihak berarti semua empat yang terlihat dari satu tempat selama beberapa jam setiap hari. Untuk operasi militer, mengulang trek tanah dapat digunakan untuk memastikan baik dalam memerangi zona cakupan.

Pada Maret 2008 [update], [16] terdapat 31 aktif dalam siaran satelit GPS konstelasi. Tambahan meningkatkan presisi satelit penerima GPS perhitungan dengan menyediakan berlebihan pengukuran. Dengan peningkatan jumlah satelit, konstelasi yang telah diubah ke nonuniform susunan. Susunan seperti ditunjukkan untuk meningkatkan keandalan dan ketersediaan sistem, dengan sistem yang seragam, ketika beberapa satelit gagal. [17]

[sunting] Kontrol segmen

Jalur penerbangan dari satelit yang dilacak oleh US Air Force pemantauan di Hawaii, Kwajalein, Ascension Island, Diego Garcia, dan Colorado Springs, Colorado, bersama dengan stasiun monitor dioperasikan oleh National Geospatial-Intelligence Agency (Nga). [18] pelacakan informasi dikirim ke Air Force Space Command Tuan kontrol di stasiun Schriever Air Force Base di Colorado Springs, yang dioperasikan oleh Ruang Angkasa Operasional 2. Squadron (2 SOPS) dari Angkatan Udara Amerika (USAF). Kemudian 2 SOPS kontak setiap satelit GPS secara teratur dengan navigasi diperbaharui (menggunakan antena tanah di Ascension Island, Diego Garcia, Kwajalein, dan Colorado Springs). Pembaruan ini menyinkronkan atomik clocks on board satelit ke dalam beberapa nanoseconds dari satu sama lain, dan menyesuaikan ephemeris dari setiap satelit orbital internal model. Pembaruan dibuat oleh Kalman filter yang menggunakan masukan dari tanah stasiun pemantauan, ruang informasi cuaca, dan berbagai masukan lainnya. [19]

Satelit maneuvers tidak tepat oleh GPS standar. Jadi untuk mengubah orbit dari satelit, maka satelit harus ditandai 'sehat', receivers sehingga tidak akan digunakan dalam perhitungan mereka. Maka manuver dapat dilakukan, dan hasil peredaran dilacak dari bawah. Kemudian baru ephemeris diupload dan satelit ditandai sehat lagi.

[sunting] Pengguna segmen
GPS receivers datang dalam berbagai format, dari perangkat yang diintegrasikan ke dalam mobil, telepon, dan jam tangan, yang didedikasikan untuk perangkat seperti yang ditampilkan di sini dari produsen Trimble, Garmin dan Leica (kiri ke kanan).

Pengguna GPS adalah segmen pengguna (US) dari GPS. Secara umum, GPS receivers yang terdiri dari antena, frekuensi yang sesuai untuk dikirimkan oleh satelit, penerima-prosesor, dan sangat stabil jam (osilator kristal yang sering). Mereka juga dapat menyertakan layar untuk menyediakan lokasi dan kecepatan informasi kepada pengguna. J penerima sering digambarkan dengan jumlah saluran: ini menandakan berapa banyak satelit yang dapat memantau secara bersamaan. Awalnya terbatas pada empat atau lima, hal ini telah semakin meningkat selama bertahun-tahun, sehingga pada 2007 [update], receivers biasanya antara 12 dan 20 channel. [20]
J khas OEM modul GPS berukuran 15 x 17 mm.

GPS receivers Mei termasuk masukan untuk koreksi diferensial, menggunakan RTCM SC-104 format. Ini biasanya dalam bentuk RS-232 port pada 4800 bit / s kecepatan. Data yang dikirim pada tingkat yang lebih rendah, yang batas ketepatan sinyal yang dikirim menggunakan RTCM. Receivers dengan internal DGPS receivers dapat lebih baik dr yang menggunakan data RTCM eksternal. Pada 2006, bahkan rendah biaya unit umum termasuk Wide Area Augmentation System (Waas) receivers.
A typical GPS terintegrasi dengan antena.

Banyak GPS receivers dapat relay posisi data ke PC atau perangkat lain dengan menggunakan protokol NMEA 0183, atau yang lebih baru dan kurang banyak digunakan NMEA 2000. [21] Walaupun ini adalah protokol yang ditetapkan secara resmi oleh NMEA, [22] referensi untuk protokol ini memiliki disusun dari catatan publik, sehingga open source tool seperti gpsd untuk membaca protokol tanpa melanggar undang-undang hak kekayaan intelektual. Milik lainnya protokol ada juga, seperti SiRF dan MTK protokol. Receivers dapat antarmuka dengan perangkat lain yang menggunakan metode termasuk sambungan serial, USB atau Bluetooth.

[sunting] Navigasi sinyal
Broadcast sinyal GPS

Setiap satelit GPS terus siaran yang Navigasi Pesan di 50 bit / s memberikan waktu-of-minggu, GPS dan angka minggu satelit informasi kesehatan (semua yang dikirim di bagian pertama pesan), sebuah ephemeris (dikirim dalam dua bagian pesan) dan almanak (nanti bagian dari pesan). Pesan terkirim dalam bingkai, mengambil setiap 30 detik untuk mengirimkan 1500 bit.

Transmisi bingkai setiap 30 detik dimulai tepatnya pada menit dan setengah menit seperti yang ditunjukkan oleh satelit dari jam atom menurut Satelite format pesan. Setiap bingkai berisi 5 subframes panjang dari 6 detik, dan dengan 300 bit. Setiap subframe berisi 10 kata dari 30 bit dengan panjang masing-masing 0,6 detik.

Kata 1 dan 2 dari setiap subframe ada yang sama jenis data. Kata pertama adalah kata yang menunjukkan telemetri awal yang subframe dan digunakan oleh penerima untuk synch dengan navigasi pesan. Kata yang kedua adalah CARA atau penyerahan kata dan berisi informasi waktu yang memungkinkan penerima untuk mengidentifikasi dan subframe menyediakan waktu berikutnya subframe telah dikirim.

3 kata melalui 10 dari subframe 1 berisi data yang menggambarkan jam satelit dan GPS untuk hubungan pribadi. 3 kata melalui 10 dari subframes 2 dan 3, berisi data ephemeris, memberikan satelit sendiri mengorbitkan tepat. Ephemeris yang diperbarui setiap 2 jam dan umumnya berlaku selama 4 hari, dengan ketentuan untuk update setiap 6 jam atau lebih lama dalam kondisi non-nominal. Waktu yang dibutuhkan untuk memperoleh ephemeris yang menjadi elemen penting menunda untuk memperbaiki posisi pertama, karena, seperti perangkat keras menjadi lebih mampu, waktu untuk kunci menuju shrinks sinyal satelit, namun ephemeris data memerlukan waktu 30 detik (kasus terburuk) sebelum diterima, karena rendahnya data rate.

Almanak yang terdiri dari peredaran kasar dan status informasi untuk setiap satelit di konstelasi, sebuah model yg berkenaan dgn ionosfir, dan informasi terkait GPS berasal waktu ke Coordinated Universal Time (UTC). 3 kata melalui 10 dari subframes 4 dan 5 baru yang berisi bagian dari almanak. Setiap bingkai berisi 1/25th dari almanak, jadi 12,5 menit diharuskan untuk menerima seluruh almanak dari satu satelit. [23] The almanak melayani beberapa tujuan. Yang pertama adalah untuk membantu dalam akuisisi satelit di power-up oleh memungkinkan penerima untuk membuat daftar terlihat satelit disimpan berdasarkan posisi dan waktu, sedangkan yang ephemeris dari setiap satelit diperlukan untuk menghitung perbaikan posisi yang menggunakan satelit. Dalam hardware lama, kekurangan dalam sebuah almanak baru penerima akan menyebabkan penundaan lama sebelum memberikan posisi yang valid, karena untuk setiap pencarian satelit adalah proses yang lambat. Kemajuan hardware telah membuat proses akuisisi lebih cepat, sehingga tidak memiliki almanak tidak lagi akan menjadi masalah. Yang kedua adalah untuk tujuan yang berkaitan waktu yang berasal dari GPS (GPS bernama waktu) dengan standar internasional waktu UTC. Akhirnya, almanak memungkinkan satu frekuensi penerima untuk memperbaiki kesalahan untuk yg berkenaan dgn ionosfir dengan menggunakan model yg berkenaan dgn ionosfir global. Koreksi tidak seakurat augmentation sistem seperti Waas atau dual-frekuensi receivers. Namun, sering lebih baik daripada tidak ada koreksi, karena kesalahan yg berkenaan dgn ionosfir merupakan kesalahan sumber untuk satu frekuensi-GPS. Sebuah hal penting yang perlu diketahui tentang navigasi data bahwa setiap satelit transmit tidak hanya ephemeris sendiri, tetapi yang transmit almanak untuk semua satelit.

Semua siaran satelit yang sama di dua frekuensi, 1,57542 GHz (sinyal L1) dan 1,2276 GHz (L2 sinyal). Penerima dapat membedakan yang berbeda dari sinyal satelit GPS karena menggunakan kode akses beberapa divisi (CDMA) yang tersebar di mana-teknik spektrum yang rendah Kecepatan bit data pesan encoded dengan tinggi menilai pseudo-acak (PRN) urutan yang berbeda untuk setiap satelit. Penerima mengetahui PRN kode untuk setiap satelit dan dapat menggunakan ini untuk kembali data pesan yang sebenarnya. Pesan data yang dikirim pada 50 bit per detik. Dua CDMA encodings digunakan: yang kasar / akuisisi (C / A) kode (apa yang disebut kode Emas) pada chip 1,023 juta per detik, dan tepat (P) pada kode 10/23 keripik juta per detik. The L1 carrier adalah modulated oleh kedua C / A dan kode P, sedangkan L2 hanya operator modulated oleh P kode. [24] The C / A kode dan digunakan oleh masyarakat sipil GPS receivers, sedangkan kode P dapat dienkripsi sebagai apa yang disebut P (Y) adalah kode yang tersedia hanya untuk peralatan militer dengan benar dekripsi kunci. Baik C / A dan P (Y) memberi kode yang tepat waktu dari hari ke pengguna.

[sunting] Satelit frekuensi

* L1 (1575,42 MHz): Mix Pesan dari Navigasi, kasar-akuisisi (C / A) dan kode dienkripsi presisi P (Y) kode, plus yang baru di masa depan L1C Blokir III satelit.
* L2 (1227,60 MHz): P (Y), kode yang baru plus L2C kode di Blokir IIR-M dan baru satelit.
* L3 (1381,05 MHz): Digunakan oleh Nuklir detonasi (NUDET) Deteksi Sistem payload (NDS) untuk deteksi sinyal dari nuklir detonations tinggi dan energi inframerah acara. Digunakan untuk menerapkan perjanjian nuklir percobaan nuklir.
* L4 (1379.913 MHz): Sebagai tambahan untuk belajar yg berkenaan dgn ionosfir koreksi.
* L5 (1176,45 MHz): Usulan untuk digunakan sebagai sipil keselamatan-of-life (SOL) sinyal (lihat GPS modernisasi). Frekuensi ini termasuk dalam rentang dilindungi secara internasional untuk berhubung dgn ilmu penerbangan navigasi, menjanjikan sedikit atau tidak ada gangguan pada semua keadaan. Pertama Blokir IIF satelit yang akan memberikan sinyal ini diatur untuk diluncurkan pada 2009. [25]

[sunting] C / A kode

[sunting] Demodulation dan decoding
Demodulating dan decoding satelit GPS Signals menggunakan kasar / Perolehan Emas kode.

Sejak seluruh sinyal satelit yang sama menuju modulated carrier frekuensi L1, ada kebutuhan untuk memisahkan sinyal setelah demodulation. Hal ini dilakukan oleh masing-masing menempatkan satelit yang unik urutan pseudorandom dikenal sebagai Gold kode, dan sinyal yang decoded, setelah demodulation, menggunakan penambahan modulo 2 Gold sesuai kode ke n1 melalui satelit nk, dimana k adalah jumlah channel di GPS dan n1 melalui pseudorandom nk adalah angka yang berhubungan dengan satelit. Hasil ini modulo 2 tambahan adalah 50 bit / s navigasi pesan dari satelit melalui n1 nk. Gold kode yang digunakan dalam GPS adalah urutan bit 1023 dengan jangka waktu satu millisecond. Emas kode ini sangat saling ortogonal, sehingga tidak mungkin bahwa satu sinyal satelit akan misinterpreted sebagai lain. Juga, Gold kode ada korelasi baik secara otomatis properti. [26]

Ada 1025 kode berbeda Emas panjang 1023 bit, tetapi hanya 32 yang akan digunakan. Emas ini cukup kode ini sering disebut sebagai pseudo acak kebisingan karena berisi data dan tidak akan berkata seperti sequence acak [27]. Namun, ini mungkin menyesatkan karena sebenarnya deterministic sequence.

Jika almanak informasi tersebut sebelumnya telah diperoleh, penerima satelit yang picks untuk mendengarkan oleh mereka PRN angka. Jika informasi tidak almanak dalam memori, penerima memasuki modus pencarian dan siklus melalui nomor PRN sampai kunci diperoleh pada salah satu satelit. Untuk mendapatkan kunci, maka perlu ada yang menjadi unobstructed saling berhadapan dari penerima dengan satelit. Penerima yang kemudian dapat memperoleh dan menentukan almanak satelit seharusnya untuk mendengarkan. Seperti mendeteksi sinyal dari setiap satelit, ia mengidentifikasi itu berbeda dengan C / A kode pola.

Penerima menggunakan C / A Emas dengan kode yang sama seperti nomor PRN satelit untuk menghitung sebuah offset, hai, yang menghasilkan korelasi yang terbaik. Yang offset, ya, adalah computed dalam cara trial and error. The 1023 bit dari sinyal satelit PRN adalah dibandingkan dengan penerima sinyal PRN. Jika korelasi tidak tercapai, maka 1023 bit dari penerima dari internal PRN kode yang dihasilkan oleh satu sedikit bergeser relatif terhadap satelit dari PRN dan kode sinyal yang lagi dibandingkan. Proses ini diulang sampai korelasi yang dicapai atau mungkin semua kasus 1023 telah diuji (lihat "Bagaimana GPS Receiver Gets a Kunci"). Jika semua kasus 1023 telah mencoba mencapai tanpa korelasi, frekuensi osilator adalah offset ke nilai berikutnya dan proses ini diulang.

Karena frekuensi carrier yang diterima dapat berbeda akibat pergeseran Doppler, dimana poin yang diterima PRN sequence mulai Mei tidak berbeda dari O oleh integral tepat jumlah milidetik. Karena itu, pelacakan frekuensi operator beserta PRN kode pelacakan yang digunakan untuk menentukan waktu yang diterima dari satelit PRN kode dimulai (lihat "Bagaimana GPS Receiver Gets a Kunci"). Berbeda dengan penghitungan awal dari kerugian yang dalam persidangan semua 1023 offsets dapat berpotensi diperlukan, pelacakan untuk menjaga kunci biasanya memerlukan pergeseran dari setengah lebar pulse atau kurang. Untuk melakukan pelacakan ini, maka jumlah penerima melihat dua, dan tahap kesalahan diterima frekuensi offset. Korelasi yang diterima dengan kode PRN kepada penerima dihasilkan PRN kode computed untuk menentukan apakah bit dari dua sinyal yang misaligned. Perbandingan dengan korelasi computed penerima dihasilkan dengan kode PRN bergeser setengah pulse width awal dan setengah pulse width terlambat (lihat bagian dari 1.4.2.4 [7]) digunakan untuk memperkirakan penyesuaian yang diperlukan. Jumlah penyesuaian yang diperlukan untuk maksimum korelasi yang digunakan dalam memperkirakan tahap kesalahan. Frekuensi offset diterima dari frekuensi yang dihasilkan oleh penerima memberikan perkiraan tahap menilai kesalahan. Perintah untuk frekuensi generator dan selanjutnya PRN kode yang diperlukan pergeseran computed sebagai fungsi tahap tahap kesalahan dan menilai kesalahan sesuai dengan kontrol hukum yang digunakan. The Doppler computed kecepatan adalah sebagai fungsi frekuensi offset dari operator nominal frekuensi. The Doppler kecepatan adalah kecepatan komponen sepanjang saling berhadapan dari penerima relatif terhadap satelit.

Sebagai penerima terus membaca PRN sequence berturut-turut, ia akan tiba-tiba mengalami perubahan dalam tahapan pelaksanaan 1023 bit PRN sinyal yang diterima. Hal ini menunjukkan awal data sedikit navigasi pesan (lihat bagian dari 1.4.2.5 [7]). Hal ini memungkinkan penerima untuk mulai membaca 20 bit millisecond dari pesan navigasi. Setiap subframe bingkai navigasi yang dimulai dengan telemetri Word yang memungkinkan penerima untuk mendeteksi awal dan subframe menentukan penerima waktu jam di mana navigasi subframe dimulai. Juga setiap subframe bingkai navigasi yang dikenalpasti oleh bit di Handover Word (CARA) sehingga memungkinkan penerima untuk menentukan subframe (lihat bagian dari 1.4.2.6 [7] dan bagian 2.5.4 dari "Essentials Navigasi Satelit singkatan dari") . Tidak boleh terjadi kelambatan hingga 30 detik sebelum perkiraan posisi pertama karena kebutuhan untuk membaca epheremis data sebelum komputasi yang intersections dari permukaan bola.

Setelah subframe telah dibaca dan diinterpretasikan, waktu berikutnya subframe dikirim dapat dihitung melalui penggunaan jam koreksi data dan CARA kata. Penerima penerima mengetahui tentang kapan waktu jam awal berikutnya subframe telah diterima dari deteksi dari telemetri Word sehingga memungkinkan komputasi yang transit dan waktu sehingga pseudorange. Penerima secara potensial mampu mendapatkan pseudorange baru pengukuran pada setiap awal subframe atau setiap 6 detik.

Maka posisi orbital data atau ephemeris, dari Navigasi Pesan digunakan untuk menghitung secara tepat di mana satelit itu di awal pesan. Penerima yang lebih sensitif akan berpotensi mendapatkan ephemeris data yang lebih cepat daripada yang kurang peka penerima, terutama di lingkungan yang bising. [28]

Proses ini diulangi untuk setiap satelit dimana penerima adalah mendengarkan.

[sunting] Carrier tahap pelacakan (survei)

Memanfaatkan pesan navigasi untuk mengukur pseudorange telah dibahas. Metode lain yang digunakan dalam survei GPS adalah aplikasi operator tahap pelacakan. Periode dari frekuensi operator kali kecepatan cahaya memberikan gelombang panjang, yang sekitar 0,19 meter untuk L1 operator. Dengan 1% dari panjang gelombang keakuratan dalam mendeteksi awalan ujung, ini komponen pseudorange kesalahan mungkin sebagai rendah sebagai 2 millimeters. Ini dengan 3 meter untuk C / A dan kode 0,3 meter untuk P kode.

Namun, ini memerlukan 2 milimeter ketepatan mengukur total tahap, yaitu jumlah total panjang gelombang plus yang pecahan panjang gelombang. Ini membutuhkan peralatan khusus receivers. Metode ini telah banyak aplikasi di bidang survei.

Kami sekarang menjelaskan metode yang potensial dapat digunakan untuk memperkirakan posisi penerima 2 diberikan posisi 1 penerima menggunakan tiga differencing diikuti numerik mencari akar, matematika dan teknik disebut setidaknya squares. J rinci pembahasan kesalahan yang dihilangkan untuk menghindari detracting dari keterangan metodologi. Dalam penjelasan ini diambil perbedaan dalam susunan differencing antara satelit, differencing antara receivers, dan differencing antara epochs. Ini tidak boleh dianggap berarti bahwa ini adalah satu-satunya ketertiban yang dapat digunakan. Sesungguhnya lainnya mengambil pesanan dari perbedaan yang sama-sama sah.

Satelit yang operator total tahap dapat diukur dengan kemenduaan mengenai jumlah siklus seperti yang dijelaskan di PERUSAHAAN TAHAPAN pengukuran dan PERUSAHAAN BEAT TAHAPAN. Let \ \ phi (r_i, s_j, t_k) yang menunjukkan tahapan pelaksanaan dari operator satelit j diukur oleh penerima pada saat i \ t_k. Notasi ini telah dipilih sehingga menjadikannya jelas apa yang subscripts i, j, k dan berarti. Dalam melihat kenyataan bahwa penerima, satelit, dan waktu datang dalam urutan abjad sebagai argumen dari \ \ phi dan mogok keseimbangan antara minat dan keringkasan yg padat isinya, biarkan \ \ phi_ (i, j, k) = \ phi (r_i, s_j, t_k), sehingga memiliki ringkas singkatan. Also we define three functions, :\ \Delta^r, \Delta^s, and \Delta^t which perform differences between receivers, satellites, and time points respectively. Each of these functions has a linear combination of variables with three subscripts as its argument. These three functions are defined below. If \ \alpha_{i,j,k} is a function of the three integer arguments, i, j, and k then it is a valid argument for the functions, :\ \Delta^r, \Delta^s, and \Delta^t , with the values defined as

\ \Delta^r(\alpha_{i,j,k}) = \alpha_{i+1,j,k} - \alpha_{i,j,k} ,
\ \Delta^s(\alpha_{i,j,k}) = \alpha_{i,j+1,k} - \alpha_{i,j,k} , and
\ \Delta^t(\alpha_{i,j,k}) = \alpha_{i,j,k+1} - \alpha_{i,j,k} .

Also if \ \alpha_{i,j,k}\ and\ \beta_{l,m,n} are valid arguments for the three functions and a and b are constants then \ ( a\ \alpha_{i,j,k} + b\ \beta_{l,m,n} ) is a valid argument with values defined as

\ \Delta^r(a\ \alpha_{i,j,k} + b\ \beta_{l,m,n}) = a \ \Delta^r(\alpha_{i,j,k}) + b \ \Delta^r(\beta_{l,m,n}) ,
\ \Delta^s(a\ \alpha_{i,j,k} + b\ \beta_{l,m,n} )= a \ \Delta^s(\alpha_{i,j,k}) + b \ \Delta^s(\beta_{l,m,n}) , and
\ \Delta^t(a\ \alpha_{i,j,k} + b\ \beta_{l,m,n} )= a \ \Delta^t(\alpha_{i,j,k}) + b \ \Delta^t(\beta_{l,m,n}) ,

Receiver clock errors can be approximately eliminated by differencing the phases measured from satellite 1 with that from satellite 2 at the same epoch as shown in BETWEEN-SATELLITE DIFFERENCING. This difference is designated as \ \Delta^s(\phi_{1,1,1}) = \phi_{1,2,1} - \phi_{1,1,1}

Double differencing can be performed by taking the differeces of the between satellite difference observed by receiver 1 with that observed by receiver 2. The satellite clock errors will be approximately eliminated by this between receiver differencing. This double difference is designated as \ \Delta^r(\Delta^s(\phi_{1,1,1})) = \Delta^r(\phi_{1,2,1} - \phi_{1,1,1}) = \Delta^r(\phi_{1,2,1}) - \Delta^r(\phi_{1,1,1}) = \ (\phi_{2,2,1} - \phi_{1,2,1}) - (\phi_{2,1,1} - \phi_{1,1,1}) .

Triple differencing can be performed by taking the difference of double differencing performed at time \ t_2 with that performed at time \ t_1 . This will eliminate the ambiguity associated with the integral number of wave lengths in carrier phase provided this ambiguity does not change with time. Thus the triple difference result has eliminated all or practically all clock bias errors and the integer ambiguity. Also errors associated with atmospheric delay and satellite ephemeris have been significantly reduced. This triple difference is designated as \ \Delta^t(\Delta^r(\Delta^s(\phi_{1,1,1}))) .

Triple difference results can be used to estimate unknown variables. For example if the position of receiver 1 is known but the position of receiver 2 unknown, it may be possible to estimate the position of receiver 2 using numerical root finding and least squares. Triple difference results for three independent time pairs quite possibly will be sufficient to solve for the three components of position of receiver 2. This may require the use of a numerical procedure such as one of those found in the chapter on root finding and nonlinear sets of equations in Numerical Recipes [29]. Also see Preview of Root Finding. To use such a numerical method, an initial approximation of the position of receiver 2 is required. This initial value could probably be providd by a position approximation based on the navigation message and the intersection of sphere surfaces. Although multidimensional numerical root finding can have problems, this disadvantage may be overcome with this good initial estimate. This procedure using three time pairs and a fairly good initial value followed by iteration will result in one observed triple difference result for receiver 2 position. Greater accuracy may be obtained by processing triple difference results for additional sets of three independent time pairs. This will result in an over determined system with multiple solutons. To get estimates for an over determined system, least squares can be used. The least squares procedure determines the position of receiver 2 which best fits the observed triple difference results for receiver 2 positions under the criterion of minimizing the sum of the squares.

Sumber :http://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System