Global Positioning System (GPS) ist ein im Weltraum vorhandenes Satellitennavigationssystem, das Position und Zeitinformation im ganzen Wetter, überall auf oder in der Nähe von der Erde zur Verfügung stellt, wo es eine unversperrte Gesichtslinie zu vier oder mehr GPS Satelliten gibt. Es wird von der USA-Regierung aufrechterhalten und ist für jeden mit einem GPS Empfänger frei zugänglich.

Das GPS Programm stellt kritische Fähigkeiten militärischen, bürgerlichen und kommerziellen Benutzern um die Welt zur Verfügung. Außerdem ist GPS das Rückgrat, für das globale Luftverkehr-System zu modernisieren.

Das GPS-Projekt wurde 1973 entwickelt, um die Beschränkungen von vorherigen Navigationssystemen zu überwinden, Ideen von mehreren Vorgängern einschließlich mehrerer klassifizierter Technikdesignstudien von den 1960er Jahren integrierend. GPS wurde geschaffen und vom amerikanischen Verteidigungsministerium (DoD) begriffen und wurde mit 24 Satelliten ursprünglich geführt. Es ist völlig betrieblich 1994 geworden.

Fortschritte in der Technologie und den neuen Anforderungen auf dem vorhandenen System haben jetzt zu Anstrengungen geführt, das GPS System zu modernisieren und die folgende Generation von GPS III Satelliten und Folgende Generation Betriebliches Regelsystem (OCX) durchzuführen. Ansagen vom Vizepräsidenten und dem Weißen Haus 1998 haben diese Änderungen begonnen. 2000 hat amerikanischer Kongress die Modernisierungsanstrengung autorisiert, die auf als GPS III verwiesen ist.

Zusätzlich zu GPS sind andere Systeme im Gebrauch oder unter der Entwicklung. Das russische Globale Navigationssatellitensystem (GLONASS) war im Gebrauch durch nur das russische Militär, bis es völlig verfügbar für Bürger 2007 gemacht wurde. Es gibt auch die geplante Europäische Union Positionierungssystem von Galileo, chinesisches Kompass-Navigationssystem und Indianerregionalnavigationssatellitensystem.

Geschichte

Das Design von GPS basiert teilweise auf ähnlichen Boden-basierten Radionavigationssystemen, wie LORAN und der Navigator von Decca entwickelt am Anfang der 1940er Jahre und verwendet während des Zweiten Weltkriegs. 1956 hat Friedwardt Winterberg einen Test der allgemeinen Relativität (für die Zeit vorgeschlagen, sich in einem starken Schwerefeld verlangsamend), das Verwenden genauer Atomuhren, die in die Bahn innerhalb von künstlichen Satelliten gelegt sind. (Um Genauigkeitsvoraussetzungen zu erreichen, verwendet GPS Grundsätze der allgemeinen Relativität, um die Atomuhren der Satelliten zu korrigieren.) Die zusätzliche Inspiration für GPS ist gekommen, als die Sowjetunion den ersten künstlichen Satelliten, Sputnik 1957 gestartet hat. Zwei amerikanische Physiker, William Guier und George Weiffenbach, an Applied Physics Laboratory (APL) von Johns Hopkins, haben sich selbstständig dafür entschieden, die Radioübertragungen des Sputniks zu kontrollieren. Innerhalb von Stunden haben sie begriffen, dass, wegen der Wirkung von Doppler, sie genau feststellen konnten, wo der Satellit entlang seiner Bahn von der Verschiebung von Doppler war. Der Direktor des APL hat ihnen Zugang zu ihrem UNIVAC gegeben, um die schweren erforderlichen Berechnungen zu tun. Als sie die Bahn des Sputniks zu den Medien veröffentlicht haben, wurden die Russen verblüfft, um zu erfahren, wie starke amerikanische Computer geworden waren, weil sie nicht im Stande gewesen wären, die Bahn selbst zu berechnen. Den nächsten Frühling hat Frank McClure, der stellvertretende Direktor des APL, Guier und Weiffenbach gebeten, auf das umgekehrte Problem zu schauen, wo Sie die Position des Satelliten wissen und Sie Ihre eigene Position finden wollen. (Die Marine entwickelte die unterseebootgestartete Rakete von Polarstern, die verlangt hat, dass sie die Position des Unterseeboots gewusst haben.) Das hat sie und APL dazu gebracht, das Transitsystem zu entwickeln.

Das erste Satellitennavigationssystem, Durchfahrt (Satellit), der durch die USA-Marine verwendet ist, wurde zuerst 1960 erfolgreich geprüft. Es hat eine Konstellation von fünf Satelliten verwendet und konnte eine üble Navigationslage ungefähr einmal pro Stunde zur Verfügung stellen. 1967 hat die amerikanische Marine den Satelliten von Timation entwickelt, der die Fähigkeit bewiesen hat, genaue Uhren in Raum, eine durch GPS erforderliche Technologie zu legen. In den 1970er Jahren ist das Boden-basierte Omega-Navigationssystem, das auf dem Phase-Vergleich der Signalübertragung von Paaren von Stationen gestützt ist, das erste Weltradionavigationssystem geworden. Beschränkungen dieser Systeme haben das Bedürfnis nach einer universaleren Navigationslösung mit der größeren Genauigkeit gesteuert.

Während es breite Bedürfnisse nach der genauen Navigation in militärischen und zivilen Sektoren gab, wurde fast keiner von denjenigen als Rechtfertigung für die Milliarden von Dollars gesehen, die es in Forschung, Entwicklung, Aufstellung und Operation wegen einer Konstellation von Navigationssatelliten kosten würde. Während des Wettrüstens des Kalten Kriegs war die Kerndrohung gegen die Existenz der Vereinigten Staaten ein Bedürfnis, das wirklich diese Kosten in der Ansicht vom USA-Kongress gerechtfertigt hat. Diese abschreckende Wirkung besteht darin, warum GPS gefördert wurde. Es ist auch der Grund für die extreme Geheimhaltung damals. Die Kerntriade hat aus den unterseebootgestarteten ballistischen Raketen der USA-Marine (SLBMs) zusammen mit United States Air Force (USAF) strategische Bomber und interkontinentale ballistische Raketen (Interkontinentalraketen) bestanden. Betrachtet lebenswichtig für die Kernabschreckungshaltung war der genaue Entschluss von der SLBM-Start-Position ein Kraft-Vermehrer.

Genaue Navigation würde USA-Unterseebooten ermöglichen, eine genaue üble Lage ihrer Positionen vor dem Stapellauf ihres SLBMs zu bekommen. Der USAF mit zwei Dritteln der Kerntriade hatte auch Voraussetzungen für ein genaueres und zuverlässiges Navigationssystem. Die Marine- und Luftwaffe entwickelte ihre eigenen Technologien in der Parallele, um zu lösen, was im Wesentlichen dasselbe Problem war. Um die Überlebensfähigkeit von Interkontinentalraketen zu vergrößern, gab es einen Vorschlag, bewegliche Start-Plattformen (wie russischer SS-24 und SS-25) zu verwenden, und so hatte das Bedürfnis, die Start-Position zu befestigen, Ähnlichkeit zur SLBM Situation.

1960 hat die Luftwaffe ein Radionavigationssystem genannt das MOSAIK vorgeschlagen (Bewegliches System für die Genaue Interkontinentalrakete-Kontrolle), der im Wesentlichen ein 3. LORAN war. Eine später folgende Studie genannt das Projekt 57 wurde 1963 gearbeitet, und es war "in dieser Studie, dass das GPS Konzept geboren gewesen ist." Dass dasselbe Jahr das Konzept wurde als Projekt 621B verfolgt, das "viele der Attribute hatte, die Sie jetzt in GPS sehen" und vergrößerte Genauigkeit für Luftwaffenbomber sowie Interkontinentalrakete-Aktualisierungen vom Marinetransitsystem versprochen haben, für die hohen Geschwindigkeiten der Luftwaffenoperation zu langsam war. Das Marineforschungslabor hat Förderungen mit ihrem Timation (Zeitnavigation) Satelliten, zuerst gestartet 1967, und mit dem dritten fortgesetzt, 1974 die erste Atomuhr in die Bahn tragend.

Mit diesen parallelen Entwicklungen in den 1960er Jahren wurde es begriffen, dass ein höheres System durch das Synthetisieren der besten Technologien von 621B, Durchfahrt, Timation und SECOR in einem Mehrdienstprogramm entwickelt werden konnte.

Während des Wochenendes des Tages der Arbeit 1973 hat eine Sitzung von ungefähr 12 militärischen Offizieren im Pentagon die Entwicklung von Defense Navigation Satellite System (DNSS) besprochen. Es war auf dieser Sitzung, dass "die echte Synthese, die GPS geworden ist, geschaffen wurde." Später in diesem Jahr wurde das DNSS Programm Navstar genannt. Mit den individuellen Satelliten, die mit dem Namen Navstar (als mit den Vorgängern Transit und Timation) vereinigen werden, wurde ein mehr völlig umfassender Name verwendet, um die Konstellation von Satelliten von Navstar, Navstar-GPS zu identifizieren, der später einfach zu GPS verkürzt wurde.

Nachdem koreanischer Luftlinienflug 007, 269 Menschen tragend, 1983 nach dem Weglaufen in den verbotenen Luftraum der UDSSR, in der Nähe von Sakhalin und Moneron Islands niedergeschossen wurde, hat Präsident Ronald Reagan eine Direktive ausgegeben, die für den Zivilgebrauch frei verfügbaren GPS macht, sobald es als ein Gemeinwohl genug entwickelt wurde. Der erste Satellit wurde 1989 gestartet, und der 24. Satellit wurde 1994 gestartet.

Am Anfang wurde das Signal der höchsten Qualität für den militärischen Gebrauch vorbestellt, und das für den Zivilgebrauch verfügbare Signal wurde (Auswählende Verfügbarkeit) absichtlich erniedrigt. Das hat sich mit Präsidenten Bill Clinton geändert, der Auswählende Verfügbarkeit befiehlt, in der Mitternacht am 1. Mai 2000 abgedreht zu werden, die Präzision von zivilem GPS von dazu verbessernd. Die Durchführungsverordnung hat 1996 unterzeichnet abzubiegen Auswählende Verfügbarkeit 2000 wurde vom US-Sekretär der Verteidigung, William Perry wegen des weit verbreiteten Wachstums von GPS Differenzialdienstleistungen vorgeschlagen, Zivilgenauigkeit zu verbessern und den militärischen US-Vorteil zu beseitigen. Außerdem entwickelte das US-Militär Technologien aktiv, um GPS Dienst potenziellen Gegnern auf einer Regionalbasis zu verweigern.

Im Laufe des letzten Jahrzehnts haben die Vereinigten Staaten mehrere Verbesserungen zum GPS Dienst einschließlich neuer Signale für den Zivilgebrauch durchgeführt und Genauigkeit und Integrität für alle Benutzer, alle vergrößert, während sie Vereinbarkeit mit der vorhandenen GPS Ausrüstung aufrechterhalten.

GPS Modernisierung ist jetzt eine andauernde Initiative geworden, das Globale Positionierungssystem mit neuen Fähigkeiten zu befördern, wachsenden militärischen, bürgerlichen und kommerziellen Bedarf zu decken. Das Programm wird durch eine Reihe von Satellitenanschaffungen, einschließlich des GPS Blocks III und der Folgenden Generation Betriebliches Regelsystem (OCX) durchgeführt. Die amerikanische Regierung setzt fort, den GPS Raum und die Boden-Segmente zu verbessern, um Leistung und Genauigkeit zu vergrößern.

GPS ist im Besitz und bedient von der USA-Regierung als eine nationale Quelle. Verteidigungsministerium (DoD) ist der Steward von GPS. Interagency GPS Executive Board (IGEB) hat GPS Politiksachen von 1996 bis 2004 beaufsichtigt. Danach wurden die Nationale Im Weltraum vorhandene Positionierung, die Navigation und das Timing des Exekutivausschusses durch die Präsidentendirektive 2004 gegründet, um Bundesabteilungen und Agenturen auf Sachen bezüglich des GPS und der verwandten Systeme zu empfehlen und zu koordinieren. Beim Exekutivausschuss wird gemeinsam von den Vizesekretären der Verteidigung und des Transports den Vorsitz geführt. Seine Mitgliedschaft schließt Beamte des gleichwertigen Niveaus von den Abteilungen des Staates, des Handels, und der Heimatssicherheit, der gemeinsamen Generalstabschefs und NASA ein. Bestandteile des Exekutivbüros des Präsidenten nehmen als Beobachter zum Exekutivausschuss teil, und der FCC Vorsitzende nimmt als eine Verbindung teil.

DoD ist durch das Gesetz erforderlich, einen Standardpositionierungsdienst "aufrechtzuerhalten (wie definiert, im Bundesradionavigationsplan und der Standardpositionierungsdienstsignalspezifizierung), der auf einer dauernden, weltweiten Basis verfügbar sein wird," und "entwickeln Maßnahmen, um feindlichen Gebrauch von GPS und seinen Zunahmen zu verhindern, ohne Zivilgebrauch übermäßig zu stören oder zu erniedrigen."

Zeitachse und Modernisierung

• 1972, die USAF Hauptträgheitsleitungstestmöglichkeit (Holloman AFB), hat Entwicklungsflugtests von zwei Prototyp GPS Empfänger über die Weiße Sand-Raketenreihe mit Boden-basierten Pseudosatelliten geführt.
• 1978 wurde der erste experimentelle Block-I GPS Satellit gestartet.
• 1983, nachdem sowjetisches Auffänger-Flugzeug das Zivilverkehrsflugzeug KAL 007 niedergeschossen hat, ist das in den verbotenen Luftraum wegen Navigationsfehler gestreunt, alle 269 Menschen an Bord tötend, der amerikanische Präsident Ronald Reagan hat bekannt gegeben, dass GPS für den Zivilgebrauch bereitgestellt würde, sobald es vollendet wurde., obwohl es vorher [in der Zeitschrift Navigation] veröffentlicht worden war, dass der CA-Code für Zivilbenutzer verfügbar sein würde.
• Vor 1985 waren zehn mehr experimentelle Satelliten des Blocks-I gestartet worden, um das Konzept gültig zu machen. Befehl & Kontrolle dieser Satelliten hatten sich von Onizuka AFS, CA bewegt und waren zu 2nd Satellite Control Squadron (2SCS) umgekippt, die an der Falke-Luftwaffenstation in Colorado Frühlingen, Colorado gelegen ist.
• Am 14. Februar 1989 wurde der erste moderne Satellit des Blocks-II gestartet.
• Der Golfkrieg von 1990 bis 1991, war der erste Konflikt, wo GPS weit verwendet wurde.
• 1992 wurde der 2. Raumflügel, der ursprünglich das System geführt hat, ausgeschaltet und durch den 50. Raumflügel ersetzt.
• Vor dem Dezember 1993 hat GPS anfängliche betriebliche Fähigkeit (IOC) erreicht, anzeigend, dass eine volle Konstellation (24 Satelliten) verfügbar und Standard Positioning Service (SPS) zur Verfügung stellend war.
• Full Operational Capability (FOC) wurde durch den Luftwaffenraumbefehl (AFSPC) im April 1995 erklärt, volle Verfügbarkeit von sicherem Precise Positioning Service (PPS) des Militärs bedeutend.
• 1996, die Wichtigkeit von GPS Zivilbenutzern sowie militärischen Benutzern anerkennend, hat der amerikanische Präsident Bill Clinton eine Politikdirektive ausgegeben, GPS erklärend, ein Doppelgebrauch-System zu sein und eine Zwischenagentur GPS Vorstand einsetzend, um es als ein nationaler Aktivposten zu führen.
• 1998 hat der USA-Vizepräsident Al Gore Pläne bekannt gegeben, GPS mit zwei neuen Zivilsignalen für die erhöhte Benutzergenauigkeit und Zuverlässigkeit besonders in Bezug auf die Flugsicherheit zu befördern, und 2000 hat der USA-Kongress die Anstrengung autorisiert, sich darauf als GPS III beziehend.
• Am 2. Mai 2000 "wurde Auswählende Verfügbarkeit" infolge der 1996-Durchführungsverordnung unterbrochen, Benutzern erlaubend, ein nichterniedrigtes Signal allgemein zu erhalten.
• 2004 hat die USA-Regierung einen Vertrag mit der Europäischen Gemeinschaft geschlossen, die mit GPS verbundene Zusammenarbeit gründet, und Europa hat System von Galileo geplant.
• 2004 hat der USA-Präsident George W. Bush die nationale Politik aktualisiert und hat den Vorstand durch den Nationalen Exekutivausschuss für die Im Weltraum vorhandene Positionierung, die Navigation und das Timing ersetzt.
• November 2004 hat QUALCOMM erfolgreiche Tests von geholfenem GPS für Mobiltelefone bekannt gegeben.
• 2005 hat sich das erste modernisiert GPS Satellit wurde gestartet und hat begonnen, ein zweites ziviles Signal (L2C) für die erhöhte Benutzerleistung zu übersenden.
• Am 14. September 2007 wurde das Großrechner-basierte Altersboden-Segment-Regelsystem dem neuen Architektur-Evolutionsplan übertragen.
• Am 19. Mai 2009 hat das USA-Regierungsverantwortlichkeitsbüro einen Bericht ausgegeben, der warnt, dass einige GPS Satelliten sobald 2010 scheitern konnten.
• Am 21. Mai 2009 hat der Luftwaffenraumbefehl Ängste vor dem GPS Misserfolg beruhigt, der sagt, dass "Es nur eine kleine Gefahr gibt, werden wir nicht fortsetzen, unseren Leistungsstandard zu überschreiten."
• Am 11. Januar 2010 hat eine Aktualisierung von Bodenkontrolle-Systemen eine Softwareinkompatibilität mit 8000 bis 10000 militärischen Empfängern verursacht, die von einer Abteilung von Trimble Navigation Limited von Sunnyvale, Kalifornien verfertigt sind.
• Am 25. Februar 2010 hat die amerikanische Luftwaffe den Vertrag zuerkannt, um den GPS Folgende Generation Betriebliches Regelsystem (OCX) zu entwickeln, um Genauigkeit und Verfügbarkeit von GPS Navigationssignalen und Aufschlag als ein kritischer Teil der GPS Modernisierung zu verbessern.
• Ein GPS Satellit wurde am 28. Mai 2010 gestartet. Der älteste GPS Satellit noch in der Operation wurde am 26. November 1990 gestartet, und ist betrieblich am 10. Dezember 1990 geworden.
• Der GPS Satellit, GPS IIF-2, wurde am 16. Juli 2011 um 6:41 Uhr GMT vom Raumstart-Komplex 37B an der Luftwaffenstation von Cape Canaveral gestartet.

Preise

Am 10. Februar 1993 hat die Nationale Aeronautische Vereinigung die GPS Mannschaft als Sieger der 1992-Trophäe von Robert J. Collier, des renommiertsten Flugpreises der Nation ausgewählt. Diese Mannschaft verbindet Forscher vom Marineforschungslabor, dem USAF, Aerospace Corporation, Rockwell International Corporation und IBM Federal Systems Company. Das Zitat beachtet sie "für die bedeutendste Entwicklung für die sichere und effiziente Navigation und Kontrolle von Luft und Raumfahrzeug seit der Einführung der Radionavigation vor 50 Jahren."

Zwei GPS Entwickler haben die Nationale Akademie der Technik Charles Stark Draper Prize für 2003 empfangen:

• Ivan Getting, der emeritierte Präsident von Aerospace Corporation und ein Ingenieur am Institut von Massachusetts für die Technologie, hat die Grundlage für GPS geschaffen, den Zweiten Weltkrieg landgestütztes Radiosystem genannt LORAN (Langstreckenradiohilfe zur Navigation) übertreffend.
• Bradford Parkinson, Professor der Luftfahrt und Raumfahrt an der Universität von Stanford, hat sich die Gegenwart satellitenbasiertes System am Anfang der 1960er Jahre vorgestellt und hat es in Verbindung mit der amerikanischen Luftwaffe entwickelt. Parkinson hat einundzwanzig Jahren in der Luftwaffe von 1957 bis 1978 gedient, und hat sich mit der Reihe des Obersten zurückgezogen.
• GPS Entwickler Roger L. Easton hat die Nationale Medaille der Technologie am 13. Februar 2006 erhalten.

1998 wurde GPS Technologie in die Raumfundament-Raumtechnologieruhmeshalle eingeweiht.

Francis X. Kane (Oberst USAF, rösten.) wurde in die amerikanische Luftwaffenraum- und Raketenpionierruhmeshalle an Lackland A.F.B eingeweiht. San Antonio, Texas, am 2. März 2010 für seine Rolle in der Raumtechnologieentwicklung und dem Technikdesignkonzept von als ein Teil des Projektes 621B geführtem GPS.

Am 4. Oktober 2011 hat International Astronautical Federation (IAF) Global Positioning System (GPS) sein 60. Jahrestag-Preis zuerkannt, der vom IAF Mitglied, dem amerikanischen Institut für die Luftfahrt und Raumfahrt (AIAA) berufen ist. Das IAF-Besonderen Auszeichnungen und Preis-Komitee hat die Einzigartigkeit des GPS Programms und der vorbildlichen Rolle anerkannt, die es im Gebäude internationaler Kollaboration zu Gunsten der Menschheit gespielt hat.

Grundlegendes Konzept von GPS

Ein GPS Empfänger berechnet seine Position durch das genaue Timing der Signale, die durch GPS Satelliten hoch über der Erde gesandt sind. Jeder Satellit übersendet ständig Nachrichten, die einschließen

• die Zeit die Nachricht wurde übersandt
• Satellitenposition in der Zeit der Nachrichtenübertragung

Der Empfänger verwendet die Nachrichten, die er erhält, um die Transitzeit jeder Nachricht zu bestimmen, und die Entfernung zu jedem Satelliten schätzt. Diese Entfernungen zusammen mit den Positionen der Satelliten werden mit der möglichen Hilfe von trilateration verwendet, abhängig von dem Algorithmus verwendet wird, um die Position des Empfängers zu schätzen. Diese Position wird dann, vielleicht mit einer bewegenden Karte-Anzeige oder Breite und Länge gezeigt; Erhebungsinformation kann eingeschlossen werden. Viele GPS Einheiten zeigen abgeleitete Information wie Richtung und Geschwindigkeit, die von Positionsänderungen berechnet ist.

Drei Satelliten könnten genug scheinen, um für die Position zu lösen, da Raum drei Dimensionen hat und eine Position in der Nähe von der Oberfläche der Erde angenommen werden kann. Jedoch läuft sogar ein sehr kleiner Uhr-Fehler, der mit der sehr großen Geschwindigkeit des Lichtes — der Geschwindigkeit multipliziert ist, mit der sich Satellitensignale fortpflanzen — auf einen großen Stellungsfehler hinaus. Deshalb verwenden Empfänger vier oder mehr Satelliten, um sowohl für die Position des Empfängers als auch für Zeit zu lösen. Die sehr genau geschätzte Zeit wird durch die meisten GPS Anwendungen effektiv verborgen, die nur die Position verwenden. Einige haben sich spezialisiert GPS Anwendungen verwenden wirklich jedoch die Zeit; diese schließen Zeitübertragung, Verkehrssignaltiming und Synchronisation von Mobiltelefon-Grundstationen ein.

Obwohl vier Satelliten für die normale Operation erforderlich sind, wenden sich weniger in speziellen Fällen. Wenn eine Variable bereits bekannt ist, kann ein Empfänger seine Position mit nur drei Satelliten bestimmen. Zum Beispiel können ein Schiff oder Flugzeug Erhebung gewusst haben. Einige GPS Empfänger können zusätzliche Hinweise oder Annahmen (wie das Wiederverwenden der letzten bekannten Höhe, des Koppelns, der Trägheitsnavigation, oder einschließlich der Information vom Fahrzeugcomputer) verwenden, um eine weniger genaue (erniedrigte) Position zu geben, wenn weniger als vier Satelliten sichtbar sind.

Positionsberechnungseinführung

Um eine einleitende Beschreibung dessen zur Verfügung zu stellen, wie ein GPS Empfänger arbeitet, werden Fehlereffekten zu einer späteren Abteilung aufgeschoben. Mit von einem Minimum von vier sichtbaren Satelliten erhaltenen Nachrichten ist ein GPS Empfänger im Stande, die Zeiten gesandt und dann die Satellitenpositionen entsprechend diesen gesandten Zeiten zu bestimmen. Die x, y, und z Bestandteile der Position, und die gesandte Zeit, werden als benannt, wo die Subschrift ich den Wert 1, 2, 3, oder 4 habe. Das Wissen der angezeigten Zeit die Nachricht, wurde der GPS Empfänger erhalten, schätzt die Transitzeit der Nachricht als. Eine Pseudoreihe wird als eine Annäherung der Entfernung vom Satelliten bis GPS Empfänger geschätzt.

Eine Position und Pseudoreihe eines Satelliten definieren einen Bereich, der auf den Satelliten mit dem der Pseudoreihe gleichen Radius in den Mittelpunkt gestellt ist. Die Position des Empfängers ist irgendwo auf der Oberfläche dieses Bereichs. So mit vier Satelliten ist die angezeigte Position des GPS Empfängers an oder in der Nähe von der Kreuzung der Oberflächen von vier Bereichen. Im idealen Fall keiner Fehler würde der GPS Empfänger an einer genauen Kreuzung der vier Oberflächen sein.

Wenn sich die Oberflächen von zwei Bereichen an mehr als einem Punkt schneiden, schneiden sie sich in einem Kreis. Der Artikel trilateration zeigt das mathematisch. Eine Zahl, Zwei Bereich-Oberflächen, die Sich in einem Kreis Schneiden, wird unten gezeigt. Zwei Punkte, wo sich die Oberflächen der Bereiche schneiden, werden klar in der Zahl gezeigt. Die Entfernung zwischen diesen zwei Punkten ist das Diameter des Kreises der Kreuzung. Die Kreuzung einer dritten kugelförmigen Oberfläche mit den ersten zwei wird seine Kreuzung mit diesem Kreis sein; in den meisten Fällen vom praktischen Interesse bedeutet das, dass sie sich an zwei Punkten schneiden. Eine andere Zahl, Oberfläche des Bereichs, der einen Kreis (nicht eine feste Platte) an Zwei Punkten Durchschneidet, illustriert die Kreuzung. Die zwei Kreuzungen werden mit Punkten gekennzeichnet. Wieder zeigt der Artikel trilateration klar das mathematisch.

und andere erdnahe Fahrzeuge, die richtige Position des GPS Empfängers ist die an der Oberfläche der Erde am nächste Kreuzung. Für Raumfahrzeuge kann die von der Erde am weiteste Kreuzung die richtige sein.

Die richtige Position für den GPS Empfänger ist auch auf der Kreuzung mit der Oberfläche des Bereichs entsprechend dem vierten Satelliten.

Das Korrigieren einer Uhr eines GPS Empfängers

Eine der bedeutendsten Fehlerquellen ist die Uhr des GPS Empfängers. Wegen des sehr großen Werts der Geschwindigkeit des Lichtes, c, sind die geschätzten Entfernungen vom GPS Empfänger bis die Satelliten, die Pseudoreihen, zu Fehlern in der GPS Empfänger-Uhr sehr empfindlich; zum Beispiel entspricht ein Fehler einer Mikrosekunde (0.000 001 Sekunde) einem Fehler dessen. Das weist darauf hin, dass eine äußerst genaue und teure Uhr für den GPS Empfänger erforderlich ist zu arbeiten; jedoch ziehen Hersteller es vor, billige GPS Empfänger für Massenmärkte zu bauen. Dieses Dilemma wird durch das Ausnutzen die Tatsache aufgelöst, dass es vier Pseudoreihen gibt.

Es ist wahrscheinlich, dass sich die Oberflächen der drei Bereiche schneiden, weil der Kreis der Kreuzung der ersten zwei Bereiche normalerweise ziemlich groß ist, und so die dritte Bereich-Oberfläche wahrscheinlich diesen großen Kreis durchschneiden wird. Wenn die Uhr falsch ist, ist es sehr unwahrscheinlich, dass die Oberfläche des Bereichs entsprechend dem vierten Satelliten jeden der zwei Punkte der Kreuzung der ersten drei am Anfang durchschneiden wird, weil jeder Uhr-Fehler es veranlassen konnte es zu vermissen, einen Punkt durchzuschneiden. Andererseits, wenn eine Lösung solch gefunden worden ist, dass der ganze vier Bereich mindestens erscheint, ungefähr schneiden sich mit einer kleinen Abweichung von einer vollkommenen Kreuzung dann es ist ziemlich wahrscheinlich, dass eine genaue Bewertung der Empfänger-Position gefunden worden sein wird, und dass die Uhr ziemlich genau ist. Methoden der Lösung werden in der Navigationsgleichungsabteilung dieses Artikels besprochen.

Struktur

Der aktuelle GPS besteht aus drei Hauptsegmenten. Das sind das Raumsegment (SS), ein Kontrollsegment (CS) und ein Benutzersegment (US). Die amerikanische Luftwaffe entwickelt, erhält aufrecht, und bedient den Raum und die Kontrollsegmente. GPS Satelliten übertragen Signale vom Raum, und jeder GPS Empfänger verwendet diese Signale, seine dreidimensionale Position (Breite, Länge und Höhe) und die Uhrzeit zu berechnen.

Das Raumsegment wird aus 24 bis 32 Satelliten in der mittleren Erdbahn zusammengesetzt und schließt auch die Nutzlast-Adapter zu den Boosterraketen ein, die erforderlich sind, sie in die Bahn zu starten. Das Kontrollsegment wird aus einer Master-Kontrollstation, einer abwechselnden Master-Kontrollstation und einem Gastgeber von hingebungsvollen und geteilten Boden-Antennen und Monitor-Stationen zusammengesetzt. Das Benutzersegment wird aus Hunderttausenden von den Vereinigten Staaten zusammengesetzt und hat militärische Benutzer des sicheren GPS Genauen Positionierungsdienstes und Dutzende Millionen von bürgerlichen, kommerziellen und wissenschaftlichen Benutzern des Standardpositionierungsdienstes verbunden (sieh GPS Navigationsgeräte).

Raumsegment

Das Raumsegment (SS) wird aus den umkreisenden GPS Satelliten oder Space Vehicles (SV) im GPS Sprachgebrauch zusammengesetzt. Das GPS Design hat ursprünglich nach 24 SVs, acht jeder in drei ungefähr kreisförmigen Bahnen verlangt, aber das wurde zu sechs Augenhöhlenflugzeugen mit vier Satelliten jeder modifiziert. Die Bahnen werden auf die Erde in den Mittelpunkt gestellt, mit der Erde nicht rotierend, aber stattdessen in Bezug auf die entfernten Sterne befestigt. Die sechs Bahn-Flugzeuge haben etwa 55 ° Neigung (Neigung hinsichtlich des Äquators der Erde) und werden durch 60 ° richtige Besteigung des steigenden Knotens (Winkel entlang dem Äquator von einem Bezugspunkt bis die Kreuzung der Bahn) getrennt. Die Augenhöhlenperiode ist eine - ein halber Sterntag, d. h. 11 Stunden und 58 Minuten. Die Bahnen werden eingeordnet, so dass mindestens sechs Satelliten immer innerhalb der Gesichtslinie von fast überall auf der Oberfläche der Erde sind. Das Ergebnis dieses Ziels besteht darin, dass die vier Satelliten (90 Grade) einzeln innerhalb jeder Bahn nicht gleichmäßig unter Drogeneinfluss sind. Allgemein ist der winkelige Unterschied zwischen Satelliten in jeder Bahn 30, 105, 120, und 105 Grade einzeln, die natürlich zu 360 Graden resümieren.

Das Umkreisen an einer Höhe ungefähr; Augenhöhlenradius ungefähr, jeder SV macht zwei ganze Bahnen jeden Sterntag, dieselbe Boden-Spur jeden Tag wiederholend. Das war während der Entwicklung sehr nützlich, weil sogar mit nur vier Satelliten richtige Anordnung bedeutet, dass alle vier von einem Punkt seit ein paar Stunden jeden Tag sichtbar sind. Für Militäreinsätze kann die Boden-Spur-Wiederholung verwendet werden, um guten Einschluss in Kampfzonen zu sichern.

, es gibt 31 aktiv Sendesatelliten in der GPS Konstellation, und zwei ältere, pensionierte von aktiven Dienstsatelliten, die in der Konstellation als Augenhöhlenersatzteile behalten sind. Die zusätzlichen Satelliten verbessern die Präzision von GPS Empfänger-Berechnungen durch die Versorgung überflüssiger Maße. Mit der gesteigerten Zahl von Satelliten wurde die Konstellation zu einer ungleichförmigen Einordnung geändert. Wie man zeigte, hat solch eine Einordnung Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des Systems hinsichtlich eines gleichförmigen Systems verbessert, wenn vielfache Satelliten scheitern. Ungefähr neun Satelliten sind von jedem Punkt auf dem Boden zu irgendeiner Zeit sichtbar (sieh Zeichentrickfilm am Recht), beträchtliche Überfülle über die minimalen vier für eine Position erforderlichen Satelliten sichernd.

Kontrollsegment

Das Kontrollsegment wird aus zusammengesetzt

1. eine Master-Kontrollstation (MCS),
2. ein abwechselnder Master kontrolliert Station,
3. vier hingebungsvolle Boden-Antennen und
4. sechs hingebungsvolle Monitor-Stationen

Der MCS kann auch auf amerikanische Boden-Antennen von Air Force Satellite Control Network (AFSCN) (für den zusätzlichen Befehl zugreifen und Fähigkeit kontrollieren), und NGA (Nationaler Geospatial-Geheimdienst) Monitor-Stationen. Die Flugrouten der Satelliten werden durch hingebungsvolle amerikanische Luftwaffenmithörstationen in den Hawaiiinseln, Kwajalein, der Besteigungsinsel, Diego Garcia, Colorado Frühlinge, Colorado und Cape Canaveral zusammen mit geteilten NGA-Monitor-Stationen verfolgt, die in England, Argentinien, Ecuador, Bahrain, Australien und Washingtoner Gleichstrom bedient sind. Die Verfolgen-Information wird an den Luftwaffenraumbefehl-MCS am Schriever Luftwaffenstützpunkt ESE von Colorado Frühlingen gesandt, der durch die 2. Raumoperationsstaffel (2 EINGETUNKTE BISSEN) der amerikanischen Luftwaffe bedient wird. Dann setzen sich 2 EINGETUNKTE BISSEN mit jedem GPS Satelliten regelmäßig mit einem Navigationsaktualisierungsverwenden gewidmet oder geteilt (AFSCN) Boden-Antennen in Verbindung (GPS gewidmete Boden-Antennen werden an Kwajalein, Besteigungsinsel, Diego Garcia und Cape Canaveral gelegen). Diese Aktualisierungen synchronisieren die Atomuhren an Bord die Satelliten zu innerhalb von ein paar Nanosekunden einander, und passen die Ephemeride des inneren Augenhöhlenmodells jedes Satelliten an. Die Aktualisierungen werden durch einen Filter von Kalman geschaffen, der Eingänge von den Boden-Mithörstationen, der Raumwetterinformation und den verschiedenen anderen Eingängen verwendet.

Satellitenmanöver sind nach GPS Standards nicht genau. So, um die Bahn eines Satelliten zu ändern, muss der Satellit ungesund gekennzeichnet werden, so werden Empfänger es in ihrer Berechnung nicht verwenden. Dann kann das Manöver, und die resultierende vom Boden verfolgte Bahn ausgeführt werden. Dann wird die neue Ephemeride geladen, und der Satellit hat gesund wieder gekennzeichnet.

Operation Control Segment (OCS) dient zurzeit als das Kontrollsegment der Aufzeichnung. Es stellt die betriebliche Fähigkeit zur Verfügung, die globale GPS Benutzer unterstützt und das GPS System betrieblich und leistend innerhalb der Spezifizierung hält.

OCS hat erfolgreich den Vermächtnis-Großrechner-Computer des Zeitalters der 1970er Jahre am Schriever Luftwaffenstützpunkt im September 2007 ersetzt. Nach der Installation hat das System geholfen, Steigungen zu ermöglichen und ein Fundament für eine neue Sicherheitsarchitektur zur Verfügung zu stellen, die die amerikanischen Streitkräfte unterstützt hat. OCS wird fortsetzen, das Bodenkontrolle-System der Aufzeichnung bis zum neuen Segment, Folgender Generation GPS Operationsregelsystem (OCX) zu sein, wird völlig entwickelt und funktionell.

Die neuen durch OCX zur Verfügung gestellten Fähigkeiten werden der Eckstein sein, um die Missionsfähigkeiten von GPS zu revolutionieren, und Luftwaffenraumbefehl zu ermöglichen, GPS betriebliche Dienstleistungen zu amerikanischen Kampfkräften, Zivilpartnern und Myriade von Innen- und Außenbenutzern außerordentlich zu erhöhen.

Der GPS OCX Programm wird auch Kosten, Liste und technische Gefahr reduzieren. Es wird entworfen, um 50 % sustainment Kostenersparnisse durch die effiziente Softwarearchitektur und Leistungsbasierte Logistik zur Verfügung zu stellen. Außerdem GPS hat OCX angenommen, Millionen weniger zu kosten, als die Kosten, um OCS zu befördern, während er viermal die Fähigkeit zur Verfügung gestellt hat.

Der GPS OCX Programm vertritt einen kritischen Teil der GPS Modernisierung und stellt bedeutende Informationsversicherungsverbesserungen über den Strom GPS OCS Programm zur Verfügung.

• OCX wird in der Lage sein, GPS Vermächtnis-Satelliten sowie die folgende Generation von GPS III Satelliten zu kontrollieren und zu führen, während er die volle Reihe von militärischen Signalen ermöglichen wird.
• Gebaut auf einer flexiblen Architektur, die sich an die sich ändernden Bedürfnisse nach GPS heutigen und zukünftigen Benutzern schnell anpassen kann, die unmittelbaren Zugang zum GPS Daten- und Konstellationsstatus durch die sichere, genaue und zuverlässige Information erlauben.
• Ermächtigt den warfighter mit der sichereren, klagbaren und prophetischen Information, Situationsbewusstsein zu erhöhen.
• Ermöglicht neue modernisierte Signale (L1C, L2C und L5) und hat M Codefähigkeit, die das Vermächtnis-System unfähig ist zu tun.
• Stellt bedeutende Informationsversicherungsverbesserungen über das aktuelle Programm einschließlich des Ermittelns und Verhinderns cyber Angriffe zur Verfügung, während man isoliert, enthaltend und während solcher Angriffe funktionierend.
• Unterstützungen höheres Volumen in der Nähe vom Echtzeitbefehl und der Kontrollfähigkeit.

Am 14. September 2011 hat die amerikanische Luftwaffe die Vollziehung von GPS OCX Einleitende Designrezension bekannt gegeben und hat bestätigt, dass das OCX Programm zur folgenden Phase der Entwicklung bereit ist.

Der GPS OCX Programm hat Hauptmeilensteine erreicht und ist auf der Spur, um den GPS IIIA Start im Mai 2014 zu unterstützen.

Benutzersegment

Das Benutzersegment wird aus Hunderttausenden von den Vereinigten Staaten zusammengesetzt und hat militärische Benutzer des sicheren GPS Genauen Positionierungsdienstes und Dutzende Millionen von bürgerlichen, kommerziellen und wissenschaftlichen Benutzern des Standardpositionierungsdienstes verbunden. Im Allgemeinen werden GPS Empfänger aus einer Antenne zusammengesetzt, die auf die Frequenzen abgestimmt ist, die durch die Satelliten, Empfänger-Verarbeiter und eine hoch stabile Uhr (häufig ein Kristalloszillator) übersandt sind. Sie können auch eine Anzeige einschließen, um Position und Geschwindigkeitsinformation dem Benutzer zur Verfügung zu stellen. Ein Empfänger wird häufig durch seine Zahl von Kanälen beschrieben: Das ist wichtig, wie viele Satelliten es gleichzeitig kontrollieren kann. Ursprünglich beschränkt auf vier oder fünf hat das im Laufe der Jahre progressiv zugenommen, so dass, Empfänger normalerweise zwischen 12 und 20 Kanälen haben.

GPS Empfänger können einen Eingang für Differenzialkorrekturen, mit dem RTCM SC-104 Format einschließen. Das ist normalerweise in der Form eines RS-232 Hafens mit 4,800 bit/s Geschwindigkeit. Daten werden wirklich an einer viel niedrigeren Rate gesandt, die die Genauigkeit des gesandten Signals mit RTCM beschränkt. Empfänger mit inneren DGPS Empfängern können diejenigen überbieten, die RTCM Außendaten verwenden., sogar preisgünstige Einheiten schließen allgemein Empfänger von Wide Area Augmentation System (WAAS) ein.

Viele GPS Empfänger können Positionsdaten zu einem PC oder anderem Gerät mit dem NMEA 0183 Protokoll weitergeben. Obwohl dieses Protokoll von National Marine Electronics Association (NMEA) offiziell definiert wird, sind Verweisungen auf dieses Protokoll von öffentlichen Aufzeichnungen kompiliert worden, offene Quellwerkzeuge wie gpsd erlaubend, das Protokoll zu lesen, ohne Gesetze des geistigen Eigentums zu verletzen. Andere Eigentumsprotokolle bestehen ebenso, wie SiRF und MTK Protokolle. Empfänger können mit anderen Gerät-Verwenden-Methoden einschließlich einer Serienverbindung, USB oder Bluetooth verbinden.

Anwendungen

Während ursprünglich ein militärisches Projekt, GPS als eine Doppelgebrauch-Technologie betrachtet wird, bedeutend, dass er bedeutende militärische und zivile Anwendungen hat.

GPS ist ein weit aufmarschiertes und nützliches Werkzeug für Handel, wissenschaftlichen Gebrauch, Verfolgen und Kontrolle geworden. Die genaue Zeit von GPS erleichtert tägliche Tätigkeiten wie Bankwesen, Mobiltelefonoperationen und sogar die Kontrolle des Macht-Bratrostes durch das Erlauben der gut synchronisierten Hand - von der Schaltung.

Bürger

Viele Zivilanwendungen verwenden ein oder mehr von drei grundlegenden Bestandteilen von GPS: absolute Position, Verhältnisbewegung und Zeitübertragung.

• Uhr-Synchronisation: Die Genauigkeit von GPS Zeitsignalen (±10 ns) ist nur zu den Atomuhren zweit, auf die sie basieren.
• Zelltelefonie: Uhr-Synchronisation ermöglicht Zeitübertragung, die kritisch ist, um seine sich ausbreitenden Codes mit anderen Grundstationen zu synchronisieren, um Zwischenzelle handoff zu erleichtern und GPS/cellular hybride Positionsentdeckung für bewegliche Notrufe und andere Anwendungen zu unterstützen. Die ersten Hörer mit einheitlichem GPS sind gegen Ende der 1990er Jahre losgefahren. Amerikanische Federal Communications Commission (FCC) hat die Eigenschaft entweder im Hörer oder in den Türmen (für den Gebrauch in der Triangulation) 2002 beauftragt, so konnten Notdienste 911 Anrufer ausfindig machen. Drittsoftwareentwickler haben später Zugang zu GPS APIs von Nextel auf den Start gewonnen, der vom Sprint 2006 und Verizon bald danach gefolgt ist.
• Katastrophenhilfe / Notdienste: Hängen Sie von GPS für die Position und Timing-Fähigkeiten ab.
• Geofencing: Fahrzeugverfolgen-Systeme, Person-Verfolgen-Systeme und Lieblingsverfolgen-Systeme verwenden GPS, um ein Fahrzeug, Person oder Haustier ausfindig zu machen. Diese Geräte werden dem Fahrzeug, der Person oder dem Lieblingskragen beigefügt. Die Anwendung stellt das dauernde Verfolgen und beweglich zur Verfügung, oder Internetaktualisierungen sollten die Zielerlaubnis ein benanntes Gebiet.
• Geotagging: Verwendung der Position koordiniert zu Digitalgegenständen wie Fotographien und andere Dokumente zu Zwecken wie das Schaffen von Karte-Bedeckungen.
• GPS Flugzeug, das verfolgt
• GPS Touren: Position bestimmt was Inhalt zu zeigen; zum Beispiel, Information über einen sich nähernden Punkt von Interesse.
• Kartografie: Sowohl zivile als auch militärische Kartenzeichner verwenden GPS umfassend.
• Navigation: Navigatoren schätzen digital genaue Geschwindigkeit und Orientierungsmaße.
• Operator-Maße: GPS ermöglicht hoch genauen timestamping von Macht-Systemmaßen, es möglich machend, Operatoren zu schätzen.
• Robotertechnik: Das Selbststeuern, autonome Roboter mit GPS Sensoren, die Breite, Länge, Zeit, Geschwindigkeit und Kopfstück berechnen.
• Unterhaltung: Zum Beispiel, geocaching, geodashing, GPS Zeichnung und waymarking.
• Das Vermessen: Landvermesser verwenden absolute Positionen, um Karten zu machen und Eigentumsgrenzen zu bestimmen.
• Tektonik: GPS ermöglicht direktes Schuld-Bewegungsmaß in Erdbeben.
• Telematik: GPS Technologie, die mit der Computer- und Mobilkommunikationstechnologie in Automobilnavigationssysteme integriert ist
• Das Flotteverfolgen: Der Gebrauch der GPS Technologie, um sich zu identifizieren, machen Sie ausfindig und erhalten Sie Kontakt-Berichte mit einem oder mehr Flottefahrzeugen in Realtime aufrecht.

Beschränkungen des Zivilgebrauches

Die amerikanische Regierung kontrolliert den Export von einigen Zivilempfängern. Alle GPS Empfänger, die zur Wirkung über der Höhe fähig sind, und werden als Munition (Waffen) klassifiziert, für die Außenministerium-Exportlizenzen erforderlich sind. Diese Grenzen versuchen, Gebrauch eines Empfängers in einer ballistischen Rakete zu verhindern. Sie würden Gebrauch in einem Marschflugkörper nicht verhindern, weil ihre Höhen und Geschwindigkeiten denjenigen des gewöhnlichen Flugzeuges ähnlich sind.

Diese Regel gilt sogar für sonst rein zivile Einheiten, die nur die L1 Frequenz und den C/A (Rau / Erwerb) Code erhalten und für Selective Availability (SA) usw. nicht korrigieren können.

Operation über diesen Grenzen unbrauchbar zu machen, befreit den Empfänger von der Klassifikation als eine Munition. Verkäufer-Interpretationen unterscheiden sich. Die Regel nimmt Operation gegeben die Kombination der Höhe und Geschwindigkeit ins Visier, während einige Empfänger aufhören, selbst wenn stationär zu funktionieren. Das hat Probleme mit einigen Amateurradioballon-Starts verursacht, die regelmäßig reichen.

Diese Grenzen gelten nur für Einheiten, die davon exportiert sind (oder die Bestandteile von exportieren ließen) die USA - gibt es einen wachsenden Handel mit verschiedenen Bestandteilen einschließlich GPS Einheiten, die durch andere Länder geliefert sind, die als ITAR-frei ausdrücklich verkauft werden.

Militär

Bezüglich 2009 schließen militärische Anwendungen von GPS ein:

• Navigation: GPS erlaubt Soldaten, Ziele sogar in der Dunkelheit oder im fremden Territorium zu finden, und Truppe und Versorgungsbewegung zu koordinieren. In den USA-Streitkräften verwenden Kommandanten die Kommandanten der Digitalhelfer und die niedrigeren Reihen verwenden den Soldaten der Digitalhelfer.
• Das Zielverfolgen: Verschiedene militärische Waffensysteme verwenden GPS, um potenziellen Boden und Luftziele vor Platten von ihnen als feindlich zu verfolgen. Diese Waffensysteme passieren Zielkoordinaten zur gePräzisionsführten Munition, um ihnen zu erlauben, Ziele genau zu verpflichten. Militärische Flugzeuge, besonders in Bord-Bodenrollen, verwenden GPS, um Ziele zu finden (zum Beispiel, Pistole-Kameravideo von AH 1 Kobras im Irak zeigen GPS-Koordinaten, die mit der Spezialsoftware angesehen werden können).
• Rakete und Kugel-Leitung: GPS erlaubt das genaue Zielen von verschiedenen militärischen Waffen einschließlich Interkontinentalraketen, Marschflugkörpern und gePräzisionsführter Munition. Artillerie-Kugeln. Eingebettete GPS Empfänger, die fähig sind, Beschleunigungen von 12,000 g oder ungefähr 118 km/s zu widerstehen, sind für den Gebrauch in Haubitzen entwickelt worden.
• Suche und Rettung: Niedergeschlagene Piloten können schneller gelegen werden, wenn ihre Position bekannt ist.
• Aufklärung: Patrouillebewegung kann näher geführt werden.
• GPS Satelliten tragen eine Reihe von Kerndetonationsentdeckern, die aus einem optischen Sensor (Y-Sensor), ein Röntgenstrahl-Sensor, ein dosimeter und ein elektromagnetischer Puls (EMP) Sensor (W-Sensor), diese Form ein Hauptteil des USA-Kerndetonationsentdeckungssystems besteht.

Kommunikation

Die durch GPS Satelliten übersandten Navigationssignale verschlüsseln eine Vielfalt der Information einschließlich Satellitenpositionen, des Staates der inneren Uhren und der Gesundheit des Netzes. Diese Signale werden auf zwei getrennten Transportunternehmen-Frequenzen übersandt, die für alle Satelliten im Netz üblich sind. Zwei verschiedene encodings werden verwendet: Ein Publikum, das verschlüsselt, der niedrigerer Entschlossenheitsnavigation und einem encrypted durch das amerikanische Militär verwendete Verschlüsselung ermöglicht.

Nachrichtenformat

:

Jeder GPS Satellit überträgt unaufhörlich eine Navigationsnachricht auf L1 C/A und L2 P/Y an einer Rate von 50 Bit pro Sekunde (sieh bitrate). Jede ganze Nachricht nimmt 750 Sekunden (12 1/2 Minuten), um zu vollenden. Die Nachrichtenstruktur hat ein grundlegendes Format eines 1500 Bit langen Rahmens, der aus fünf Subrahmen, jeder Subrahmen zusammengesetzt ist, der 300 Bit (6 Sekunden) lange ist. Subrahmen 4 und 5 sind subcommutated 25mal jeder, so dass eine ganze Datennachricht die Übertragung von 25 vollen Rahmen verlangt. Jeder Subrahmen besteht aus zehn Wörtern, jeder 30 Bit lang. So, mit 300 Bit in einem Subrahmen Zeiten 5 Subrahmen in einem Rahmen Zeiten 25 Rahmen in einer Nachricht, ist jede Nachricht 37,500 Bit lang. An einer Übertragungsgeschwindigkeit von 50 bps gibt das 750 Sekunden, um eine komplette Almanach-Nachricht zu übersenden. Jeder 30 Sekunde Rahmen beginnt genau auf der Minute oder Hälfte der Minute, wie angezeigt, durch die Atomuhr auf jedem Satelliten.

Der erste Teil der Nachricht verschlüsselt die Woche-Zahl und die Zeit innerhalb der Woche, sowie die Daten über die Gesundheit des Satelliten. Der zweite Teil der Nachricht, der Ephemeride, stellt die genaue Bahn für den Satelliten zur Verfügung. Der letzte Teil der Nachricht, des Almanachs, U-Boot commutated in Subrahmen 4 & 5, enthält raue Bahn und Zustandsinformation für bis zu 32 Satelliten in der Konstellation sowie den mit der Fehlerkorrektur verbundenen Daten. So, um eine genaue Satellitenposition aus dieser übersandten Nachricht zu erhalten, muss der Empfänger die Nachricht von jedem Satelliten demodulieren, den es in seine Lösung seit 18 bis 30 Sekunden einschließt. Um alle übersandten Almanache zu sammeln, muss der Empfänger die Nachricht seit 732 bis 750 Sekunden oder 12 1/2 Minuten demodulieren.

Alle Satelliten senden an denselben Frequenzen. Signale werden mit Erlauben-Nachrichten der Codeabteilung vielfachen Zugangs (CDMA) von individuellen Satelliten verschlüsselt, die von einander bemerkenswert sind, der auf einzigartigem encodings für jeden Satelliten gestützt ist (dass der Empfänger bewusst sein muss). Zwei verschiedene Typen von CDMA encodings werden verwendet: Das raue / der Erwerb (C/A) Code, der durch die breite Öffentlichkeit und das genaue (P) Code zugänglich ist, der encrypted ist, so dass nur das amerikanische Militär darauf zugreifen kann.

Die Ephemeride wird alle 2 Stunden aktualisiert und ist seit 4 Stunden mit Bestimmungen für Aktualisierungen alle 6 Stunden allgemein gültig oder in nichtnominellen Bedingungen länger. Der Almanach wird normalerweise alle 24 Stunden aktualisiert. Zusätzlich laden Daten seit ein paar Wochen folgender wird im Falle Übertragungsaktualisierungen geladen, die Daten verzögern.

Satellitenfrequenzen

:

Die ganze Satellitensendung an denselben zwei Frequenzen, 1.57542 GHz (L1 Signal) und 1.2276 GHz (L2 Signal). Das Satellitennetz verwendet eine CDMA Ausbreitungsspektrum-Technik, wo die niedrigen-bitrate Nachrichtendaten mit einer hohen Rate pseudozufällige (PRN) Folge verschlüsselt werden, die für jeden Satelliten verschieden ist. Der Empfänger muss der PRN-Codes für jeden Satelliten bewusst sein, um die wirklichen Nachrichtendaten wieder aufzubauen. Der C/A-Code, für den Zivilgebrauch, übersendet Daten an 1.023 Millionen Chips pro Sekunde, wohingegen der P Code, für den amerikanischen militärischen Gebrauch, an 10.23 Millionen Chips pro Sekunde übersendet. Die wirkliche innere Verweisung der Satelliten ist 10.22999999543 MHz, um relativistische Effekten zu ersetzen

das lässt Beobachter auf der Erde eine verschiedene Zeitverweisung in Bezug auf die Sender in der Bahn wahrnehmen.

Das L1 Transportunternehmen wird sowohl durch die C/A-als auch durch P-Codes abgestimmt, während das L2 Transportunternehmen nur durch den P-Code abgestimmt wird. Der P-Code kann encrypted als ein so genannter P (Y) Code sein, der nur für die militärische Ausrüstung mit einem richtigen Dekodierungsschlüssel verfügbar ist. Sowohl der C/A als auch P (Y) Codes geben die genaue Zeit-tägig dem Benutzer.

Das L3-Signal an einer Frequenz von 1.38105 GHz wird durch die USA-Kerndetonation (NUDET) Entdeckungssystem (USNDS) verwendet, um Kerndetonationen (NUDETs) in der Atmosphäre der Erde und in der Nähe vom Raum zu entdecken, ausfindig zu machen, und zu melden. Ein Gebrauch ist die Erzwingung von Kerntestverbot-Verträgen.

Das L4 Band an 1.379913 GHz wird für die zusätzliche ionosphärische Korrektur studiert.

Das L5 Frequenzband an 1.17645 GHz wurde im Prozess der GPS Modernisierung hinzugefügt. Diese Frequenz fällt in eine international geschützte Reihe für die aeronautische Navigation, wenig oder keine Einmischung unter allen Verhältnissen versprechend. Der erste Block IIF Satellit, der dieses Signal zur Verfügung stellen würde, wird veranlasst, 2009 gestartet zu werden. Der L5 besteht aus zwei Transportunternehmen-Bestandteilen, die in der Phase-Quadratur mit einander sind. Jeder Transportunternehmen-Bestandteil ist durch einen getrennten Bit-Zug abgestimmte Bi-Phase-Umschalttaste (BPSK). "L5, das dritte Zivil-GPS-Signal, wird schließlich Anwendungen der Sicherheit des Lebens für die Luftfahrt unterstützen und verbesserte Verfügbarkeit und Genauigkeit zur Verfügung stellen."

Eine bedingte Verzichtserklärung ist kürzlich LightSquared anerkannt worden, einen Landbreitbanddienst in der Nähe vom L1 Band zu bedienen. Obwohl sich LightSquared um eine Lizenz beworben hatte, um im Band des 1525 bis 1559 schon in 2003 zu funktionieren, und es für die öffentliche Anmerkung ausgestellt wurde, hat der FCC LightSquared gebeten, eine Arbeitsgruppe mit der GPS Gemeinschaft zu bilden, um GPS Empfänger zu prüfen und Problem zu identifizieren, das wegen der größeren Signalmacht von LightSquared Landnetz entstehen könnte. Die GPS Gemeinschaft hatte gegen LightSquared (früher MSV und SkyTerra) Anwendungen bis November 2010 nicht eingewandt, als sich LightSquared um eine Modifizierung zu seiner Genehmigung von Ancillary Terrestrial Component (ATC) beworben hat. Dieser Feilstaub (hat MOD 20101118 00239 GESESSEN), hat sich auf eine Bitte belaufen, mehrere Größenordnungen mehr Macht in demselben Frequenzband für Landgrundstationen zu führen, im Wesentlichen wiederbeabsichtigend, was eine "ruhige Nachbarschaft" für Signale vom Raum als die Entsprechung von einem Zellnetz hat sein sollen. Die Prüfung in der ersten Hälfte von 2011 hat demonstriert, dass der Einfluss der niedrigeren 10 MHz des Spektrums zu GPS Geräten minimal ist (der weniger als 1 % der GPS Gesamtgeräte wird betroffen). Die oberen 10 MHz, die für den Gebrauch durch LightSquared beabsichtigt sind, können etwas Einfluss auf GPS Geräte haben. Es gibt eine Sorge, dass das das GPS-Signal für vielen Verbrauchergebrauch ernstlich erniedrigen wird. Zeitschrift Aviation Week berichtet, dass die letzte Prüfung (Juni 2011) "bedeutende Klemmung" von GPS durch das System von LightSquared bestätigt.

Demodulation und Entzifferung

Weil alle Satellitensignale auf dieselbe L1 Transportunternehmen-Frequenz abgestimmt werden, müssen die Signale danach demodulation getrennt werden. Das wird durch das Zuweisen jedes Satelliten eine einzigartige binäre als ein Goldcode bekannte Folge getan. Die Signale werden danach demodulation das Verwenden der Hinzufügung der Goldcodes entsprechend den durch den Empfänger kontrollierten Satelliten decodiert.

Wenn die Almanach-Information vorher erworben worden ist, pickt der Empfänger die Satelliten auf, um durch ihren PRNs, einzigartige Zahlen in der Reihe 1 bis 32 zu horchen. Wenn die Almanach-Information nicht im Gedächtnis ist, geht der Empfänger in eine Suchweise ein, bis ein Schloss auf einem der Satelliten erhalten wird. Um ein Schloss zu erhalten, ist es dass notwendig, dort eine unversperrte Gesichtslinie vom Empfänger bis den Satelliten sein. Der Empfänger kann dann den Almanach erwerben und die Satelliten bestimmen, auf die es horchen sollte. Da es das Signal jedes Satelliten entdeckt, identifiziert es sich es durch seinen verschiedenen C/A codiert Muster. Es kann eine Verzögerung von bis zu 30 Sekunden vor der ersten Schätzung der Position wegen des Bedürfnisses geben, die Ephemeride-Daten zu lesen.

Die Verarbeitung der Navigationsnachricht ermöglicht den Entschluss der Zeit der Übertragung und der Satellitenposition in dieser Zeit. Weil mehr Information Demodulation und Decoding, Fortgeschritten sieht.

Navigationsgleichungen

Der Empfänger verwendet von Satelliten erhaltene Nachrichten, um die Satellitenpositionen und gesandte Zeit zu bestimmen. Der x, y, und die z Bestandteile der Satellitenposition und die gesandte Zeit werden als [x, y, z, t] benannt, wo die Subschrift i den Satelliten anzeigt und den Wert 1, 2..., n hat, wo, Wenn die Zeit des durch die Uhr an Bord angezeigten Nachrichtenempfangs ist, die Transitzeit der Nachricht ist, wo Uhr-Neigung ist. Das Annehmen der Nachricht ist mit der Geschwindigkeit des Lichtes (c) gereist die Entfernung ist gereist ist (t + b  t) c. Das Wissen der Entfernung vom Empfänger bis Satelliten und die Position des Satelliten deutet an, dass der Empfänger auf der Oberfläche eines an der Position des Satelliten in den Mittelpunkt gestellten Bereichs ist. So ist der Empfänger an oder in der Nähe von der Kreuzung der Oberflächen der Bereiche. Im idealen Fall keiner Fehler ist der Empfänger an der Kreuzung der Oberflächen der Bereiche.

Der Uhr-Fehler oder die Neigung, b, sind der Betrag, dass die Uhr des Empfängers aus ist. Der Empfänger hat vier unknowns, die drei Bestandteile der GPS Empfänger-Position und der Uhr-Neigung [x, y, z, b]. Durch die Gleichungen der Bereich-Oberflächen wird gegeben:

:

oder in Bezug auf Pseudoreihen, als

:.

Diese Gleichungen können durch algebraische oder numerische Methoden gelöst werden.

Die Methode von Bancroft

Die Methode von Bancroft schließt einen algebraischen im Vergleich mit der numerischen Methode ein und kann für den Fall von vier Satelliten oder für den Fall von mehr als vier Satelliten verwendet werden. Wenn es vier Satelliten dann gibt, stellt die Methode von Bancroft eine oder zwei Lösungen für die vier unknowns zur Verfügung. Wenn es mehr als vier Satelliten dann gibt, stellt die Methode von Bancroft die Lösung zur Verfügung, die die Summe der Quadrate der Fehler für über das entschlossene System minimiert.

Trilateration

Der Empfänger kann trilateration und eine dimensionale numerische Wurzelentdeckung verwenden. Satellitenposition und Pseudoreihe bestimmen einen Bereich, der auf den Satelliten mit dem der Pseudoreihe gleichen Radius in den Mittelpunkt gestellt ist. Trilateration wird verwendet, um Empfänger-Position zu schätzen, die auf der Kreuzung von drei so bestimmten Bereich-Oberflächen gestützt ist. Im üblichen Fall von zwei Kreuzungen von drei Bereich-Oberflächen der Punkt am nächsten wird die Oberfläche des Bereichs entsprechend dem vierten Satelliten gewählt. Lassen Sie d die unterzeichnete Entfernung von der aktuellen Schätzung der Empfänger-Position zum Bereich um den vierten Satelliten anzeigen. Die Notation, d (Korrektur) zeigt das als eine Funktion der Uhr-Korrektur an. Das Problem ist, die solche Korrektur dass zu bestimmen

d (Korrektur) = 0. Das ist das vertraute Problem, den zeroes einer dimensionaler nichtlinearer Funktion einer Skalarvariable zu finden. Wiederholende numerische Methoden, wie diejenigen, die im Kapitel über die Wurzel gefunden sind, die in Numerischen Rezepten findet, können diesen Typ des Problems lösen.

Mehrdimensionale Berechnungen des Newtons-Raphson

Wechselweise kann mehrdimensionale Wurzelentdeckungsmethode wie Methode des Newtons-Raphson verwendet werden. Die Annäherung ist zu linearize um eine ungefähre Lösung, sagen Sie von der Wiederholung k, dann lösen Sie die geradlinigen Gleichungen ist auf die quadratischen Gleichungen oben zurückzuführen gewesen, um vorzuherrschen. Obwohl es keine Garantie gibt, dass die Methode immer zusammenläuft auf Grund dessen, dass mehrdimensionale Wurzeln nicht begrenzt werden können, wenn eine Nachbarschaft, die eine Lösung enthält, bekannt ist, wie gewöhnlich der Fall für GPS ist, ist es ziemlich wahrscheinlich, dass eine Lösung gefunden wird. Es ist gezeigt worden, dass Ergebnisse in der Genauigkeit mit denjenigen der Methode von Bancroft vergleichbar sind.

Zusätzliche Methoden für mehr als vier Satelliten

Wenn mehr als vier Satelliten verfügbar sind, kann die Berechnung die vier am besten oder mehr als vier verwenden, Zahl von Kanälen denkend, Fähigkeit und geometrische Verdünnung der Präzision (GDOP) bearbeitend. Das Verwenden mehr als vier sind ein überentschlossenes Gleichungssystem ohne einzigartige Lösung, die durch Am-Wenigsten-Quadrate oder eine ähnliche Technik gelöst werden muss. Wenn alle sichtbaren Satelliten verwendet werden, sind die Ergebnisse so gut wie oder besser als das Verwenden der vier am besten. Fehler können durch den residuals geschätzt werden. Mit jeder Kombination von vier oder mehr Satelliten, ein GDOP Faktor kann berechnet, auf den Verhältnishimmel-Richtungen der verwendeten Satelliten gestützt werden. Da mehr Satelliten aufgenommen werden, können Pseudoreihen von verschiedenen 4-wegigen Kombinationen bearbeitet werden, um mehr Schätzungen zur Position und dem Uhr-Ausgleich hinzuzufügen. Der Empfänger nimmt dann den gewogenen Mittelwert dieser Positionen und Uhr-Ausgleiche. Nachdem die Endposition und Zeit berechnet wird, wird die Position in einem spezifischen Koordinatensystem wie Breite und Länge, mit dem WGS 84 geodätische Gegebenheit oder ein länderspezifisches System ausgedrückt.

Fehlerquellen und Analyse

GPS Fehleranalyse, die in der Fehleranalyse für das Globale Positionierungssystem gefunden wird, ist ein wichtiger Aspekt, um zu bestimmen, welche Fehler und ihr Umfang erwartet werden sollen. GPS Fehler werden durch die geometrische Verdünnung der Präzision betroffen und hängen von Signalankunftszeit-Fehlern, numerischen Fehlern, Effekten der atmosphärischen Störungen, Ephemeride-Fehlern, Mehrpfad-Fehlern und anderen Effekten ab. Die Veränderlichkeit im Sonnenstrahlungsdruck hat eine indirekte Wirkung auf die GPS Genauigkeit wegen seiner Wirkung auf Ephemeride-Fehler.

Genauigkeitserhöhung und das Vermessen

Zunahme

Die Integrierung der Außeninformation in den Berechnungsprozess kann Genauigkeit materiell verbessern. Solche Zunahme-Systeme werden allgemein genannt oder gestützt darauf beschrieben, wie die Information ankommt. Einige Systeme übersenden zusätzliche Fehlerinformation (wie Uhr-Antrieb, Eintagsfliege oder ionosphärische Verzögerung), andere charakterisieren vorherige Fehler, während eine dritte Gruppe zusätzlich Navigations- oder Fahrzeuginformation zur Verfügung stellt.

Beispiele von Zunahme-Systemen schließen Wide Area Augmentation System (WAAS), European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS), Unterschiedlichen GPS, Inertial Navigation Systems (INS) und Geholfenen GPS ein.

Genaue Überwachung

Genauigkeit kann durch die genaue Überwachung und das Maß von vorhandenen GPS-Signalen auf zusätzliche oder abwechselnde Weisen verbessert werden.

Der größte restliche Fehler ist gewöhnlich die unvorhersehbare Verzögerung durch die Ionosphäre. Die Raumfahrzeuge übertragen ionosphärische Musterrahmen, aber Fehler bleiben. Das ist ein Grund, den GPS Raumfahrzeuge auf mindestens zwei Frequenzen, L1 und L2 übersenden. Ionosphärische Verzögerung ist eine bestimmte Funktion der Frequenz, und der Gesamtelektroninhalt (TEC) entlang dem Pfad, so den Ankunftszeit-Unterschied zwischen den Frequenzen messend, bestimmt TEC und so die genaue ionosphärische Verzögerung an jeder Frequenz.

Militärische Empfänger können den P (Y) - Code decodieren, der sowohl auf L1 als auch auf L2 übersandt ist. Ohne Dekodierungsschlüssel ist es noch möglich, eine codeless Technik zu verwenden, um den P (Y) Codes auf L1 und L2 zu vergleichen, um viel von derselben Fehlerinformation zu gewinnen. Jedoch ist diese Technik langsam, so ist es nur auf der Spezialvermessen-Ausrüstung zurzeit verfügbar. In den zukünftigen, zusätzlichen Zivilcodes werden erwartet, auf dem L2 und den L5 Frequenzen übersandt zu werden (sieh GPS Modernisierung). Dann werden alle Benutzer im Stande sein, Doppelfrequenz-Maße durchzuführen und direkt ionosphärische Verzögerungsfehler zu schätzen.

Eine zweite Form der genauen Überwachung wird mit dem Transportunternehmen phasige Erhöhung (CPGPS) genannt. Das korrigiert den Fehler, der entsteht, weil der Pulsübergang des PRN, und so die Korrelation nicht sofortig ist (Satellitenempfänger-Folge, die zusammenpasst), ist Operation unvollständig. CPGPS verwendet die L1 Transportunternehmen-Welle, die eine Periode dessen hat, der über tausendsten vom C/A Goldcode ist, hat Periode dessen gebissen, um als eine zusätzliche Uhr zu handeln, geben Zeichen und lösen die Unklarheit auf. Der Phase-Unterschied-Fehler im normalen GPS beläuft sich auf der Zweideutigkeit. CPGPS, der zu innerhalb von 1 % des vollkommenen Übergangs arbeitet, reduziert diesen Fehler auf der Zweideutigkeit. Durch das Beseitigen dieser Fehlerquelle begreift CPGPS, der mit DGPS normalerweise verbunden ist, zwischen der absoluten Genauigkeit.

Relative Kinematic Positioning (RKP) ist eine dritte Alternative für ein genaues GPS-basiertes Positionierungssystem. In dieser Annäherung kann der Entschluss vom Reihe-Signal zu einer Präzision weniger aufgelöst werden als. Das wird durch die Auflösung der Zahl von Zyklen getan, dass das Signal übersandt und durch den Empfänger durch das Verwenden einer Kombination des Differenzials GPS (DGPS) Korrektur-Daten, das Übertragen von GPS Signalphase-Informations- und Zweideutigkeitsentschlossenheitstechniken über statistische Tests — vielleicht mit der Verarbeitung in Realtime (kinematische Echtzeitpositionierung, RTK) erhalten wird.

Timekeeping

Timekeeping und Sprung-Sekunden

Während die meisten Uhren zur Koordinierten Koordinierten Weltzeit (UTC) synchronisiert werden, werden die Atomuhren auf den Satelliten auf die GPS Zeit gesetzt (GPST; sieh die Seite der USA-Marinesternwarte). Der Unterschied ist, dass GPS Zeit nicht korrigiert wird, um die Folge der Erde zu vergleichen, so enthält es Sprung-Sekunden oder andere Korrekturen nicht, die zu UTC regelmäßig hinzugefügt werden. GPS Zeit wurde veranlasst, Koordinierte Koordinierte Weltzeit (UTC) 1980 zu vergleichen, aber ist seitdem abgewichen. Der Mangel an Korrekturen bedeutet, dass GPS Zeit an einem unveränderlichen Ausgleich mit der Internationalen Atomzeit (TAI) (TAI - GPS = 19 Sekunden) bleibt. Periodische Korrekturen werden auf den Uhren an Bord durchgeführt, um sie synchronisiert mit Boden-Uhren zu halten.

Die GPS Navigationsnachricht schließt den Unterschied zwischen GPS Zeit und UTC ein. Bezüglich 2011 ist GPS Zeit 15 Sekunden vor UTC wegen des Sprungs zweit hinzugefügt zu UTC am 31. Dezember 2008. Empfänger ziehen diesen Ausgleich von der GPS Zeit ab, um UTC und spezifische Timezone-Werte zu berechnen. Neue GPS Einheiten können die richtige UTC Zeit bis Empfang der UTC-Ausgleich-Nachricht nicht zeigen. Das GPS-UTC-Ausgleich-Feld kann 255 Sprung-Sekunden (acht Bit) anpassen, die, in Anbetracht der aktuellen Periode der Folge der Erde (mit einem Sprung zweit eingeführt ungefähr alle 18 Monate), genügend sein sollten, um bis ungefähr das Jahr 2300 zu dauern.

Genauigkeit von Timekeeping

GPS Zeit ist zu ungefähr 14 Nanosekunden genau.

Format von Timekeeping

Im Vergleich mit dem Jahr, Monat und Tagesformat des Gregorianischen Kalenders, wird das GPS Datum als eine Woche-Zahl und eine Zahl der Sekunden-in-wöchig ausgedrückt. Die Woche-Zahl wird als ein Zehn-Bit-Feld im C/A und P (Y) Navigationsnachrichten übersandt, und so wird es Null wieder alle 1,024 Wochen (19.6 Jahre). GPS Woche-Null hat um 0:00:00 Uhr UTC (0:00:19 Uhr TAI) am 6. Januar 1980 angefangen, und die Woche-Zahl ist Null wieder zum ersten Mal um 23:59:47 Uhr UTC am 21. August 1999 (0:00:19 Uhr TAI am 22. August 1999) geworden. Um das aktuelle Gregorianische Datum zu bestimmen, muss ein GPS Empfänger mit dem ungefähren Datum (zu innerhalb von 3,584 Tagen) versorgt werden, um das GPS Datum-Signal richtig zu übersetzen. Um diese Sorge zu richten, verwendet die modernisierte GPS Navigationsnachricht ein 13-Bit-Feld, das sich nur alle 8,192 Wochen (157 Jahre) wiederholt, so bis das Jahr 2137 (157 Jahre nach der GPS Woche-Null) dauernd.

Das Transportunternehmen-Phase-Verfolgen (das Vermessen)

Eine andere Methode, die im Vermessen von Anwendungen verwendet wird, ist das Transportunternehmen-Phase-Verfolgen. Die Periode der mit der Geschwindigkeit des Lichtes multiplizierten Transportunternehmen-Frequenz gibt die Wellenlänge, die ungefähr 0.19 Meter für das L1 Transportunternehmen ist. Die Genauigkeit innerhalb von 1 % der Wellenlänge im Ermitteln des Bleis reduziert diesen Bestandteil des Pseudoreihe-Fehlers zu nur 2 Millimetern. Das vergleicht sich mit 3 Metern für den C/A-Code und 0.3 Metern für den P-Code.

Jedoch verlangt 2-Millimeter-Genauigkeit das Messen der Gesamtphase — die Zahl von Wellen, die mit der Wellenlänge plus die Bruchwellenlänge multipliziert sind, die besonders ausgestattete Empfänger verlangt. Diese Methode hat viele Vermessen-Anwendungen.

Verdreifachen Sie differencing, der von der numerischen Wurzelentdeckung gefolgt ist, und eine mathematische Technik hat gerufen kleinste Quadrate können die Position eines Empfängers gegeben die Position von einem anderen schätzen. Schätzen Sie erstens den Unterschied zwischen Satelliten, dann zwischen Empfängern, und schließlich zwischen Zeitaltern. Andere Ordnungen, Unterschiede zu nehmen, sind ebenso gültig. Die ausführliche Diskussion der Fehler wird weggelassen.

Das Satellitentransportunternehmen Gesamtphase kann mit der Zweideutigkeit betreffs der Zahl von Zyklen gemessen werden. Lassen Sie zeigen die Phase des Transportunternehmens des Satelliten j gemessen durch den Empfänger i in der Zeit an. Diese Notation zeigt die Bedeutung der Subschriften i, j und k. Der Empfänger (r), Satellit (En), und Zeit (t) kommt in alphabetischer Reihenfolge als Argumente und Lesbarkeit und Bündigkeit zu erwägen, zu lassen, eine kurze Abkürzung zu sein. Auch wir definieren drei Funktionen: die Unterschiede zwischen Empfängern, Satelliten und Zeitpunkten beziehungsweise zurückgeben. Jede Funktion hat Variablen mit drei Subschriften als seine Argumente. Diese drei Funktionen werden unten definiert. Wenn eine Funktion der drei Argumente der ganzen Zahl, meiner, j, und k dann ist, ist es ein gültiges Argument für die Funktionen: mit den Werten definiert als

:

: und

:.

Auch wenn gültige Argumente für die drei Funktionen und den a sind und b Konstanten dann sind

ist ein gültiges Argument mit Werten definiert als

:: und:.

Empfänger-Uhr-Fehler können durch differencing die Phasen ungefähr beseitigt werden, die vom Satelliten 1 damit vom Satelliten 2 an demselben Zeitalter gemessen sind. Dieser Unterschied wird als benannt

Doppelter differencing schätzt den Unterschied des Empfängers 1 Satellitenunterschied zu diesem des Empfängers 2. Das beseitigt ungefähr Satellitenuhr-Fehler. Dieser doppelte Unterschied ist:

:

\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})

\end {richten} </Mathematik> {aus}

Dreifacher differencing zieht den Empfänger-Unterschied von der Zeit 1 von dieser der Zeit 2 ab. Das beseitigt die Zweideutigkeit, die mit der integrierten Zahl von Wellenlängen in der Transportunternehmen-Phase vereinigt ist, vorausgesetzt dass sich diese Zweideutigkeit mit der Zeit nicht ändert. So beseitigt das dreifache Unterschied-Ergebnis praktisch alle Uhr-Neigungsfehler und die Zweideutigkeit der ganzen Zahl. Atmosphärische Verzögerung und Satellitenephemeride-Fehler sind bedeutsam reduziert worden. Dieser dreifache Unterschied ist:

:

Dreifache Unterschied-Ergebnisse können verwendet werden, um unbekannte Variablen zu schätzen. Zum Beispiel, wenn die Position des Empfängers 1 bekannt ist, aber die Position des Empfängers 2 unbekannte, es kann möglich sein, die Position des Empfängers 2 verwendende numerische Wurzelentdeckung und kleinste Quadrate zu schätzen. Dreifache Unterschied-Ergebnisse für drei unabhängige Zeitpaare werden ganz vielleicht genügend sein, um für den Empfänger 2 drei Positionsbestandteile zu lösen. Das kann den Gebrauch eines numerischen Verfahrens verlangen. Eine Annäherung des Empfängers 2 Position ist erforderlich, solch eine numerische Methode zu verwenden. Dieser Anfangswert kann wahrscheinlich aus der Navigationsnachricht und der Kreuzung von Bereich-Oberflächen zur Verfügung gestellt werden. Solch eine angemessene Schätzung kann Schlüssel zur erfolgreichen mehrdimensionalen Wurzelentdeckung sein. Das Wiederholen von dreimal, wenn Paare und ein ziemlich guter Anfangswert denjenigen erzeugen, hat dreifaches Unterschied-Ergebnis für den Empfänger 2 Position beobachtet. In einer Prozession gehende zusätzliche Zeitpaare können Genauigkeit verbessern, die Antwort mit vielfachen Lösungen überbestimmend. Kleinste Quadrate können ein überentschlossenes System schätzen. Kleinste Quadrate bestimmen die Position des Empfängers 2, der am besten die beobachteten dreifachen Unterschied-Ergebnisse für den Empfänger 2 Positionen unter dem Kriterium passt, die Summe der Quadrate zu minimieren.

Durchführungsspektrum kommt bezüglich GPS Empfänger heraus

In den Vereinigten Staaten werden GPS Empfänger laut der Regeln des Teils 15 von Federal Communications Commission (FCC) geregelt. Wie angezeigt, in den Handbüchern von GPS-ermöglichten Geräten, die in den Vereinigten Staaten als ein Gerät des Teils 15 verkauft sind, muss es "jede Einmischung erhalten einschließlich der Einmischung akzeptieren, die unerwünschte Operation verursachen kann." In Bezug auf GPS Geräte insbesondere stellt der FCC fest, dass GPS Empfänger-Hersteller, "Empfänger verwenden müssen, die vernünftig gegen den Empfang von Signalen außerhalb ihres zugeteilten Spektrums unterscheiden."

Das Spektrum, das für GPS L1 Gebrauch durch den FCC zugeteilt ist, ist 1559 bis 1610 MHz. Seit 1996 hat der FCC lizenzierten Gebrauch des Spektrums autorisiert, das an das GPS Band von 1525 bis 1559 MHz zur Gesellschaft von Virginia LightSquared grenzt. Am 1. März 2001 hat der FCC eine Anwendung vom Vorgänger von LightSquared, Motient Services erhalten, um ihre zugeteilten Frequenzen für einen einheitlichen Satellitenlanddienst zu verwenden. 2002 ist der amerikanische GPS Industrierat zu einer Abmachung der Band-Emissionen (OOBE) mit LightSquared gekommen, um Übertragungen an den Boden-basierten Stationen von LightSquared davon zu verhindern, Übertragungen ins benachbarte GPS Band von 1559 bis 1610 MHz auszustrahlen. 2004 hat der FCC die OOBE Abmachung in seiner Genehmigung für LightSquared angenommen, um ein Boden-basiertes Netz einzusetzen, das seine zugeteilten Frequenzen von 1525 bis 1559 MHz verwendet hat. Diese Genehmigung wurde nachgeprüft und vom amerikanischen Zwischenabteilungsradioberatungsausschuss genehmigt, der die Vereinigten Staaten einschließt. Abteilungen von Landwirtschaft, Luftwaffe, Armee, Küstenwache, Bundesflugregierung, Nationaler Luftfahrt und Raumfahrtbehörde, Interieur und Transport.

Im Januar 2011 hat der FCC bedingt die Großhandelskunden von LightSquared, solcher autorisiert, weil Am besten, Scharfe und C Spitze Kaufen, um im Stande zu sein, nur einen einheitlichen Boden-basierten Dienst in LightSquared zu kaufen und diesen einheitlichen Dienst auf Geräten wieder zu verkaufen, die ausgestattet werden, um nur das Boden-basierte Signalverwenden die zugeteilten Frequenzen von LightSquared von 1525 bis 1559 MHz zu verwenden. Im Dezember 2010 haben GPS Empfänger-Hersteller Sorgen zum FCC ausgedrückt, dass das Signal von LightSquared GPS Empfänger-Geräte stören würde, obwohl die Politikrücksichten des FCC, die bis zur Ordnung im Januar 2011 führen, keinen vorgeschlagenen Änderungen zur maximalen Zahl von Boden-basierten Stationen von LightSquared oder der maximalen Macht gehört haben, an der diese Stationen funktionieren konnten. Die Ordnung im Januar 2011 macht Endgenehmigungsanteil nach Studien von GPS Einmischungsproblemen ausgeführt von der geführten Arbeitsgruppe von LightSquared zusammen mit der GPS Industrie und Bundesanstalt-Teilnahme.

GPS Empfänger-Hersteller-Design GPS Empfänger, um Spektrum außer dem GPS-zugeteilten Band zu verwenden. In einigen Fällen werden GPS Empfänger entworfen, um bis zu 400 MHz des Spektrums in jeder Richtung der L1 Frequenz von 1575.42 MHz zu verwenden. Jedoch, wie geregelt, laut der Regeln des Teils 15 des FCC, sind GPS Empfänger nicht bevollmächtigter Schutz vor Signalen außerhalb des GPS-zugeteilten Spektrums.

Der FCC hat Regeln im Februar 2003 angenommen, die Lizenznehmern von Mobile Satellite Service (MSS) wie LightSquared erlaubt haben, Boden-basierte Türme in ihrem lizenzierten Spektrum zu bauen, um effizienteren Gebrauch des Landradiospektrums "zu fördern." Im Juli 2010 hat der FCC festgestellt, dass er angenommen hat, dass LightSquared seine Autorität verwendet hat, einen einheitlichen Satellitenlanddienst anzubieten, bewegliche Breitbanddienstleistungen "zur Verfügung zu stellen, die denjenigen ähnlich sind, die von beweglichen Landversorgern zur Verfügung gestellt sind und Konkurrenz im beweglichen Breitbandsektor zu erhöhen." Jedoch haben GPS Empfänger-Hersteller behauptet, dass das lizenzierte Spektrum von LightSquared von 1525 bis 1559 MHz als nie vorgesehen wurde, für das Hochleistungsradiobreitband verwendet werden, obwohl es keine regelnde oder gesetzliche Unterstützung dieses Anspruchs gibt. Um öffentliche Unterstützung von Anstrengungen zu bauen, die FCC 2004-Genehmigung des Netzes von LightSquared GPS Empfänger-Hersteller umzukehren, hat Trimble Navigation Ltd. die "Koalition gebildet, um Unseren GPS Zu sparen."

Der FCC und LightSquared haben jeder öffentliche Verpflichtungen übernommen, das GPS Einmischungsproblem zu lösen, bevor dem Netz erlaubt wird zu funktionieren. Jedoch, gemäß Chris Dancy von der Flugzeugseigentümer- und Versuchsvereinigung, können Luftfahrtgesellschaft-Piloten mit dem Typ von Systemen, die betroffen würden, "Kurs abgehen und es nicht sogar begreifen." Die Probleme konnten auch die Bundesflugregierungssteigung zum Flugsicherungssystem, der USA-Verteidigungsabteilungsleitung und den lokalen Notdiensten einschließlich 911 betreffen.

Am 14. Februar 2012 hat sich amerikanische Federal Communications Commission (FCC) bewegt, um das geplante nationale Breitbandnetz von LightSquared zu verriegeln, durch das Nationale Fernmeldewesen und die Informationsregierung (NTIA) informiert, "die Bundesanstalt, die Spektrum-Gebrauch für das Militär und die anderen Bundesregierungsentitäten koordiniert," das "gibt es keine praktische Weise, potenzielle Einmischung in dieser Zeit zu lindern." LightSquared fordert die Handlung des FCC heraus.

Andere Systeme

Andere Satellitennavigationssysteme im Gebrauch oder den verschiedenen Staaten der Entwicklung schließen ein:

• GLONASS - Russlands globales Navigationssystem. Völlig betrieblich weltweit.
• Galileo - ein globales System, das durch die Europäische Union und anderen Partnerländer, geplant wird entwickelt, um vor 2014 betrieblich

zu sein

• Beidou - Volksrepublik von Chinas Regionalsystem, das zurzeit nach Asien und dem Westlichen Pazifik beschränkt ist
• KOMPASS - Volksrepublik von Chinas globalem System, geplant, um vor 2020 betrieblich

zu sein

• IRNSS - Indiens Regionalnavigationssystem, geplant, um vor 2012 betrieblich zu sein, Indien und den Nördlichen Indischen Ozean bedeckend
• QZSS - japanisches Regionalsystem, das Asien und Ozeanien bedeckt

Siehe auch

• GPS/INS
• GPS Navigationssoftware
• Hohe Empfindlichkeit GPS
• Lokales Positionierungssystem
• Militärische Erfindung
• Mobiltelefon, das verfolgt
• Navigationsparadox
• S-GPS

Weiterführende Literatur

Außenverbindungen

• Luftwaffenraumbefehl GPS Operationszentrum-Einstiegsseite
• FAA GPS HÄUFIG GESTELLTE FRAGEN
• GPS.GOV — Ausbildungswebsite der Breiten Öffentlichkeit, die von der amerikanischen Regierung geschaffen ist
• Nationaler Im Weltraum vorhandener PNT Exekutivausschuss hat 2004 gegründet, um Management von GPS und GPS Zunahmen auf der nationalen Ebene zu beaufsichtigen
• USCG Navigationszentrum — Status der GPS Konstellation, Regierungspolitik und Verbindungen zu anderen Verweisungen; schließt Satellitenalmanach-Daten ein.
• Das GPS Programm-Büro (GPS Flügel) — Verantwortlich dafür, das System im Auftrag der USA-Regierung zu entwickeln und zu erwerben.
• Amerikanisches Armeekorps des Ingenieur-Handbuches: NAVSTAR HTML und PDF (22.6 Mb, 328 Seiten)
• Nationale Geodätische Überblick-Bahnen für die Globalen Positionierungssystemsatelliten im Globalen Navigationssatellitensystem
• GPS SPS Leistungsstandard — Die offizielle Standardpositionierungsdienstspezifizierung (2008-Version).
• GPS SPS Leistungsstandard — Die offizielle Standardpositionierungsdienstspezifizierung (2001-Version).
• GPS PPS Leistungsstandard — Die offizielle Genaue Positionierungsdienstspezifizierung.
• Satellitennavigation: GPS & Galileo (PDF) — 16-seitiges Papier über die Geschichte und das Arbeiten von GPS, den kommenden Galileo berührend
• Durchschnittliche Breite & Länge von Ländern
• Ein umfassender Online-Tutorenkurs auf GPS Grundsätzen und Kinematischen Echtzeitpositionierungstechniken durch Tekmon Geomatics
• "Quellen von Fehlern in GPS"
• GPS und GLONASS Simulation (Java applet) Simulation und grafisches Bild der Raumfahrzeugbewegung einschließlich der Berechnung der Verdünnung der Präzision (DOP)
• Universität von New South Wales: Transportunternehmen-Phase-Maß
• Universität von New South Wales: Phase des Trägers Beat
• GPS, die - Als der Gebrauch der satelliteneinstellenden Technologie eingeklemmt sind, setzen fort zu wachsen, was kann getan werden, um absichtliche und gefährliche Klemmung der Signale aufzuhören? Der Wirtschaftswissenschaftler
• GeoCheckpointing - Spiel für GPS Benutzer
• GPS koordiniert