اصل اساسی ازسیستم ناوبری GPSاندازه گیری فاصله بین یک ماهواره با موقعیت مشخص و گیرنده کاربر و سپس ادغام داده های چندین ماهواره برای اطلاع از موقعیت خاص گیرنده است. برای دستیابی به این هدف، موقعیت ماهواره را می توان با توجه به زمان ثبت شده توسط ساعت آنبورد در فواصل زمانی ماهواره پیدا کرد. فاصله کاربر تا ماهواره با ثبت زمانی که سیگنال ماهواره به کاربر می رسد و سپس ضرب آن در سرعت نور به دست می آید (به دلیل تداخل یونوسفر در جو، این فاصله واقعی نیست. فاصله بین کاربر و ماهواره، اما شبه برد (PR): هنگامی که ماهواره های GPS به طور معمول کار می کنند، به ارسال پیام های ناوبری با کدهای شبه تصادفی (که به عنوان کدهای شبه نامیده می شوند) متشکل از 1 و 0 نمادهای باینری ادامه می دهند دو نوع شبه کد مورد استفاده توسط سیستم های GPS هستند، یعنی: کد C/A غیر نظامی و کد P(Y) نظامی فرکانس کد C/A 1.023 مگاهرتز، دوره تکرار یک میلی ثانیه و فاصله کد 1 میکروثانیه است. که معادل 300 متر است عملکرد امنیتی بهتر است پیام ناوبری شامل گذر زمان، شرایط کاری، تصحیح ساعت، تصحیح تاخیر یونوسفر، تصحیح انکسار جو، و غیره است. از سیگنال ماهواره دمودوله شده و بر روی فرکانس حامل با مدولاسیون 50b/s ارسال می شود. هر فریم اصلی پیام ناوبری شامل 5 فریم فریم با طول فریم 6 ثانیه است. سه فریم اول هر کدام 10 کلمه دارند. هر 30 ثانیه تکرار می شود و هر ساعت به روز می شود. دو فریم آخر مجموعاً 15000b دارند. محتویات پیام ناوبری عمدتاً شامل کدهای تله متری، کدهای تبدیل و بلوک های داده اول، دوم و سوم است که مهم ترین آنها داده های ephemeris است. هنگامی که کاربر پیام ناوبری را دریافت کرد، زمان ماهواره را استخراج کرده و با ساعت خود مقایسه کنید تا از فاصله بین ماهواره و کاربر مطلع شوید و سپس از داده های ephemeris ماهواره در پیام ناوبری برای محاسبه موقعیت ماهواره در هنگام ارسال استفاده کنید. پیام موقعیت و سرعت کاربر در سیستم مختصات ژئودزی WGS-84 قابل تشخیص است.
مشاهده می شود که نقش ماهواره در قسمتسیستم ناوبری GPSانتقال مداوم پیام های ناوبری است. با این حال، از آنجایی که ساعت استفاده شده توسط گیرنده کاربر و ساعت آنبورد ماهواره را نمی توان همیشه همگام کرد، علاوه بر مختصات سه بعدی x، y، و z کاربر، یک Δt، تفاوت زمانی بین ماهواره و گیرنده است. ، به عنوان یک شماره مجهول نیز معرفی شده است. سپس از 4 معادله برای حل این 4 مجهول استفاده کنید. بنابراین اگر می خواهید بدانید گیرنده کجاست، باید حداقل 4 سیگنال ماهواره را دریافت کنید.
اینگیرنده جی پی اسمی تواند اطلاعات زمانی را با دقت در سطح نانوثانیه دریافت کند که می تواند برای زمان بندی استفاده شود. پیش بینی پیش بینی برای پیش بینی موقعیت تقریبی ماهواره در چند ماه آینده. گذر زمان پخش برای محاسبه مختصات ماهواره مورد نیاز برای موقعیت یابی، با دقت چند متر تا ده ها متر (متفاوت از ماهواره، در هر زمان تغییر می کند). وسیستم جی پی اساطلاعاتی مانند وضعیت ماهواره
اینگیرنده جی پی اسمی تواند کد را اندازه گیری کند تا فاصله ماهواره تا گیرنده را بدست آورد. چون حاوی خطای ساعت ماهواره گیرنده و خطای انتشار اتمسفر است به آن شبه می گویند. شبه پرتقالی که برای کد 0A اندازه گیری می شود، کد UA شبه نامیده می شود و دقت آن حدود 20 متر است. شبه اندازه گیری شده برای کد P را شبه کد P می نامند و دقت آن حدود 2 متر است.
اینگیرنده جی پی اسسیگنال ماهواره ای دریافتی را رمزگشایی می کند یا از تکنیک های دیگر برای حذف اطلاعات مدوله شده بر روی حامل استفاده می کند و سپس حامل را می توان بازیابی کرد. به بیان دقیق، فاز حامل را باید فاز فرکانس ضربان حامل نامید، که تفاوت بین فاز حامل سیگنال ماهواره ای دریافتی تحت تأثیر تغییر داپلر و فاز سیگنال تولید شده توسط نوسان موضعی گیرنده است. به طور کلی در زمان تعیین شده توسط ساعت گیرنده و پیگیری سیگنال ماهواره اندازه گیری می شود، مقدار تغییر فاز را می توان ثبت کرد، اما مقدار اولیه فاز گیرنده و نوسانگر ماهواره در ابتدای مشاهده ناشناخته است. عدد صحیح فاز دوره اولیه نیز ناشناخته است، یعنی ابهام کل هفته فقط به عنوان پارامتر در پردازش داده ها قابل حل است. دقت مقدار مشاهده فاز به اندازه میلی متر است، اما فرض حل ابهام کل محیط است. بنابراین، مقدار مشاهده فاز تنها زمانی قابل استفاده است که یک مشاهده نسبی و یک مقدار مشاهده پیوسته وجود داشته باشد و دقت موقعیت یابی که بهتر از سطح متر است، فقط از مشاهدات فاز استفاده می شود.
با توجه به روش موقعیت یابی، موقعیت یابی GPS به موقعیت یابی تک نقطه ای و موقعیت یابی نسبی (موقعیت یابی دیفرانسیل) تقسیم می شود. موقعیت یابی تک نقطه ای روشی برای تعیین موقعیت گیرنده بر اساس داده های مشاهده گیرنده است. این فقط می تواند از مشاهدات شبه رنگ استفاده کند و می تواند برای ناوبری خشن و موقعیت یابی وسایل نقلیه و کشتی ها استفاده شود. موقعیت یابی نسبی (موقعیت یابی دیفرانسیل) روشی برای تعیین موقعیت نسبی بین نقاط مشاهده بر اساس داده های مشاهده بیش از دو گیرنده است. می تواند از مشاهدات شبه رنگ یا مشاهدات فازی استفاده کند. باید از اندازه گیری های ژئودتیک یا مهندسی استفاده شود. از مشاهدات فاز برای موقعیت یابی نسبی استفاده کنید.
مشاهدات GPSشامل تفاوت ساعت ماهواره و گیرنده، تأخیر انتشار اتمسفر، اثرات چند مسیری و خطاهای دیگر. آنها همچنین در طول محاسبات موقعیت یابی تحت تأثیر خطاهای زودگذر پخش ماهواره ای قرار می گیرند. بیشتر خطاهای رایج به دلیل موقعیت یابی نسبی ایجاد می شوند. لغو یا تضعیف، بنابراین دقت موقعیت یابی تا حد زیادی بهبود می یابد. گیرنده دو فرکانس می تواند بخش اصلی خطای یونوسفر در جو را بر اساس مشاهدات دو فرکانس لغو کند. ) باید از گیرنده های دو فرکانس استفاده شود.
