Сегмент пользователей «НАВСТАР» составляют приемники GPS и сообщество пользователей системы. Приемники GPS преобразовывают сигналы спутников в оценки местоположения, скорости и времени. Приемники GPS используются для навигации, позиционирования, коррекции времени и других целей.

Основная задача системы «НАВСТАР» - навигация в трехмерном пространстве. Существуют навигационные приемники для летательных аппаратов, кораблей, сухопутных транспортных средств и для индивидуального использования.

2.2 Навигационный радиосигнал

В системе «НАВСТАР» используется кодовое разделение сигналов (CDМA), все спутники излучают сигналы с одинаковой частотой. Каждый спутник системы «НАВСТАР» излучает два фазоманипулированных сигнала. Частота первого сигнала составляет , а второго . Сигнал несущей частоты , модулируется двумя двоичными последовательностями, каждая из которых образована путём суммирования по модулю 2 дальномерного кода и передаваемых системных и навигационных данных (сигнал с частотой 50 Гц, состоящий из информационных разрядов, которые описывают орбиты спутников системы «НАВСТАР», синхронизируют коррекцию и другие параметры системы), формируемых со скоростью 50 бит/с. На частоте передаются две квадратурные компоненты, бифазно манипулированные двоичными последовательностями. Первая последовательность является суммой по модулю 2 точного дальномерного кода Р (precise) или засекреченного кода Y и навигационных данных. Вторая последовательность также является суммой по модулю 2 грубого С/А (открытого) кода и той же последовательности навигационных данных.

Радиосигнал на частоте бифазно манипулирован только одной из двух ранее рассмотренных последовательностей. Выбор модулирующей последовательности осуществляется по команде с Земли.

Каждый спутник использует свойственные только ему дальномерные коды С/А и Р(Y), что и позволяет разделять спутниковые сигналы. В процессе формирования точного дальномерного Р(Y) кода одновременно формируются метки времени спутникового сигнала.

Кроме описанных дальномерных кодов Р, Y, C/A в системе «НАВСТАР» предусмотрены нестандартные коды С/А (NSC) и Y(NSY), которые формируются при появлении неисправностей в бортовой аппаратуре какого-либо НИСЗ. Нестандартные коды отличаются от кодов исправных НИСЗ и не могут быть декодированы потребителем. Применение NSC и NSY в системе обеспечивает защиту потребителей от использования неправильной информации.

Каждый из сигналов, излучаемых на частотах и , представляет собой ФМ несущую, манипуляция которой выполняется навигационным кодом, труднообнаруживаемым для военных и легкообнаруживаемым для гражданских. В первом случае используется сложный псевдошумовой код, обеспечивающий высокую точность местоопределения, скрытность, защиту от искусственных помех. Разделение излучений НИСЗ - кодовое (CDMA), каждый из них излучает свой навигационный код. Разделение сигналов одного и того же НИСЗ, излучаемых на частоте, фазовое (фазовый сдвиг).

Навигационный код образуется из дальномерного кода и кода двоичной служебной информации D (data) путем их сложения по модулю 2. Легкообнаруживаемый дальномерный код С/А - код пониженной точности - имеет частоту синхронизации 1,023 МГц и период 1 мс. Высокоточный защищенный дальномерный код Р и излучаемый вместо него код Y (когда требуется препятствовать применению уводящей помехи при работе по сигналу Р) имеют одинаковую частоту синхронизации, равную 10,23 МГц, на порядок более высокую, чем у кода С/А.

2.3 Структура навигационного сообщения

В настоящем разделе описывается смысловое содержание и формат навигационного сообщения, передаваемого НКА «НАВСТАР» в навигационном радиосигнале.

Передаваемое в навигационных радиосигналах НКА «НАВСТАР» навигационное сообщение предназначено для проведения потребителями навигационных определений, привязки к точному времени и для планирования сеансов навигации.

По своему содержанию навигационное сообщение подразделяется на оперативную и неоперативную информацию.

Оперативная информация относится к тому НКА, с борта которого передается данный навигационный радиосигнал и содержит:

оцифровку меток времени НКА;

сдвиг шкалы времени НКА относительно шкалы времени системы «НАВСТАР»;

относительное отличие несущей частоты излучаемого навигационного радиосигнала от номинального значения;

эфемериды НКА и другие параметры.

Неоперативная информация содержит альманах системы, включающий в себя:

данные о состоянии всех НКА системы (альманах состояния);

сдвиг шкалы времени каждого НКА относительно шкалы времени системы «НАВСТАР» (альманах фаз);

параметры орбит всех НКА системы (альманах орбит);

сдвиг шкалы времени системы «НАВСТАР» относительно UTC(SU) и другие параметры. Это значение может использоваться приемником, чтобы установить UTC с точностью в пределах 100 ns.

Основное сообщение, передаваемое с каждого навигационного спутника GPS, формируется в виде кадра. Поток навигационных данных передается со скоростью 50 бит/сек. Длительность информационного символа «0» или «1» равна 20 мсек.

Кадр состоит из пяти подкадров. Подкадры с 1 по 3 содержат по 300 информационных символов. Триста информационных символов разделяются на 10 слов по 30 символов в слове.

Подкадры 4 и 5 содержат по 25 страниц. Каждая страница состоит из 300 информационных символов (или разрядов), которые также разделены на 10 слов по 30 символов в слове.

Таким образом, сформированных кадр всегда содержит 1, 2, 3 подкадры, одну страницу из подкадра 4 и одну страницу из подкадра 5.

Поскольку каждая строка или страница имеет объем 300 символов, длительность символа 20 мсек, то время передачи кадра из пяти подкадров составляет 30 сек, время передачи строки (страницы)- 6 сек, время передачи всего со общения (25 кадров) - 12.5 мин. Период повторения подкадров 1-3 составляет 30 сек, периоды повторения страниц из подкадров 4 и 5 большее время, что обусловлено значимостью передаваемой информации. Формат сообщений подкадров 1-3 и строк (страниц) подкадров 4, 5 изображен на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Формат сообщений подкадров

Расположение информации, передаваемой с навигационного спутника системы «НАВСТАР» приведено на рисунке 2.2.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20