إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)

رموز C/A PRN هي رموز ذهبية ذات دورة زمنية قدرها 1023 شريحة، تُرسل بمعدل 1.023  مليون شريحة/ثانية، مما يؤدي إلى تكرار الرمز كل 1  مللي ثانية. تُجرى عليها عملية XOR مع رسالة ملاحة بسرعة 50  بت/ثانية ، وتُستخدم النتيجة لتعديل طور الموجة الحاملة كما ذُكر سابقًا . تتطابق هذه الرموز، أو ترتبط ذاتيًا ارتباطًا قويًا، فقط عندما تكون متطابقة تقريبًا. يستخدم كل قمر صناعي رمز PRN فريدًا، لا يرتبط ارتباطًا وثيقًا بأي رمز PRN آخر لأي قمر صناعي آخر. بعبارة أخرى، رموز PRN متعامدة للغاية فيما بينها. تتوافق دورة 1 مللي ثانية لرمز C/A مع مسافة 299.8 كيلومترًا، وتتوافق كل شريحة مع مسافة 293 مترًا. تستطيع وحدات التحكم الدقيقة الحديثة، حتى منخفضة التكلفة منها، قياس زوايا الطور بدقة تصل إلى 1% خطأ. ^{[ 5 ]} ينتج عن 1% من معدل 1.023 مليون شريحة/ثانية ما يقارب 10 نانوثانية. بما أن إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) تنتشر بسرعة الضوء، فإن هذا يمثل دقة تحديد موقع تبلغ حوالي 3 أمتار.    

يتم توليد رموز C/A عن طريق دمج (باستخدام "العملية الحصرية أو") سلسلتين من البتات، يتم توليد كل منهما بواسطة مسجلين مختلفين للإزاحة الخطية ذات التغذية الراجعة (LFSR) بعشر مراحل وفترة قصوى مختلفة. يتم الحصول على رموز مختلفة عن طريق تأخير إحدى سلسلتي البتات بشكل انتقائي. وبالتالي:

C/A _i ( t ) = A ( t ) ⊕ B ( t - D _i )

أين:

C/A _i هو الرمز الذي يحمل رقم PRN i .

A هو ناتج أول LFSR الذي يكون متعدد الحدود المولد له هو x → x ¹⁰ + x ³ + 1، والحالة الأولية هي 1111111111 ₂ .

B هو ناتج LFSR الثاني الذي يكون متعدد الحدود المولد له هو x → x ¹⁰ + x ⁹ + x ⁸ + x ⁶ + x ³ + x ² + 1 والحالة الأولية هي أيضًا 1111111111 ₂ .

يمثل D _i تأخيرًا (بمقدار عدد صحيح من الفترات) خاصًا بكل رقم PRN i ؛ ويتم تحديده في مواصفات واجهة GPS. ^{[ 4 ]}

⊕ تعني حصري أو.

تمثل وسائط الدوال المذكورة عدد البتات أو الرقاقات منذ بداية كل دورة، بدءًا من الصفر. دورة مسجلات الإزاحة الخطية ذات التغذية الراجعة (LFSRs) هي النقطة التي تكون فيها في حالتها الابتدائية؛ وبالنسبة لرموز C/A العامة، فهي بداية أي ثانية بالتوقيت العالمي المنسق (UTC) مضافًا إليها أي عدد صحيح من المللي ثواني. يتم تحديد خرج مسجلات الإزاحة الخطية ذات التغذية الراجعة (LFSRs) عند الوسائط السالبة بما يتوافق مع الدورة التي تساوي 1023 رقاقة (هذا الشرط ضروري لأن B قد يكون له وسيط سالب باستخدام المعادلة المذكورة أعلاه).

إن التأخير لأرقام PRN 34 و 37 هو نفسه؛ لذلك فإن رموز C/A الخاصة بهما متطابقة ولا يتم إرسالها في نفس الوقت ^{[ 6 ]} (قد يؤدي ذلك إلى جعل إحدى هاتين الإشارتين أو كلتيهما غير قابلة للاستخدام بسبب التداخل المتبادل اعتمادًا على مستويات الطاقة النسبية التي يتم استقبالها على كل جهاز استقبال GPS).

رمز P هو تسلسل PRN أطول بكثير من رمز C/A: 6.187104  ×  10¹² ^شريحة . على الرغم من أن معدل شرائح رمز P (10.23 مليون شريحة/ثانية) يزيد عشرة أضعاف عن معدل شرائح رمز C/A، إلا أنه يتكرر مرة واحدة فقط في الأسبوع، مما يزيل أي غموض في تحديد المدى. كان يُفترض أن أجهزة الاستقبال لا تستطيع الحصول مباشرةً على مثل هذا الرمز الطويل والسريع، لذا كانت تقوم أولاً بـ"تهيئة" نفسها باستخدام رمز C/A للحصول على جداول مدارات المركبة الفضائية ، وتحديد الوقت والموقع بشكل تقريبي، ثم الحصول على رمز P لتحسين دقة التحديد.

بينما تُعدّ رموز C/A PRN فريدة لكل قمر صناعي، يُرسل كل قمر صناعي جزءًا مختلفًا من تسلسل رمز P رئيسي يبلغ طوله حوالي 2.35  ×  10^ ¹⁴ شريحة (235,000,000,000,000 شريحة). يُرسل كل قمر صناعي الجزء المُخصص له من الرمز الرئيسي بشكل متكرر، مُعاودًا الإرسال كل يوم أحد في تمام الساعة 00:00:00 بتوقيت نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). وللعلم، كان تاريخ بدء نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) يوم الأحد 6 يناير 1980 في تمام الساعة 00:00:00 بالتوقيت العالمي المنسق (UTC)، ولكن نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لا يتبع التوقيت العالمي المنسق (UTC) بدقة لأن توقيت نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لا يتضمن الثواني الكبيسة. وبالتالي، يسبق توقيت نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) التوقيت العالمي المنسق (UTC) بعدد صحيح من الثواني.

رمز P عام، لذا لمنع المستخدمين غير المصرح لهم من استخدامه أو التلاعب به عبر التزييف ، يُجرى عليه عملية XOR مع رمز W ، وهو تسلسل مُولّد تشفيرياً، لإنتاج رمز Y. رمز Y هو ما تبثه الأقمار الصناعية منذ تفعيل وحدة مكافحة التزييف . تُعرف الإشارة المُشفّرة برمز P(Y) .

تفاصيل رمز W سرية، لكن من المعروف أنه يُطبق على رمز P بتردد 500  كيلوهرتز تقريبًا، ^{[ 7 ]} أي أبطأ بنحو 20 مرة من معدل شريحة رمز P. وقد أدى ذلك إلى ظهور أساليب شبه خالية من الرموز وأخرى خالية منها تمامًا لتتبع إشارة P(Y) دون معرفة رمز W في تحديد المواقع المدنية بدقة فائقة، حيث يُساعد في تصحيح تأخير الغلاف الأيوني عند دمجه مع L1CA. قد يتأثر الاستخدام غير الرسمي لإشارات L2P(Y) بالتغييرات المستقبلية مثل تعديلات طاقة الإرسال (التي قد تُغير طورها). في عام 2008، وافقت الحكومة الأمريكية على عدم تغيير طور L2P(Y) حتى عام 2020. والهدف هو أن ينتقل المستخدمون المدنيون إلى رمز L2C الذي يُوفر فائدة مماثلة. ^{[ 8 ]}

يُعبّر عن توقيت نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بدقة 1.5 ثانية، وذلك برقم الأسبوع وعدد فترات الأسبوع (TOW). ^{[ 15 ]} تُعرّف نقطة الصفر (الأسبوع 0، TOW 0) بأنها 1980-01-06T00:00Z (الأحد). يتراوح عدد فترات الأسبوع (TOW) بين 0 و403,199، وهو عدد الفترات الزمنية التي تبلغ 1.5 ثانية والمنقضية منذ بداية أسبوع GPS. وبالتالي، يتطلب التعبير عن عدد فترات الأسبوع (TOW) 19 بت (2^ ¹⁹  =  524,288). يُعدّ توقيت GPS مقياسًا زمنيًا متصلًا، إذ لا يتضمن الثواني الكبيسة؛ لذا قد يختلف بداية/نهاية أسابيع GPS عن بداية/نهاية اليوم المقابل لها في التوقيت العالمي المنسق (UTC) بعدد صحيح من الثواني.

في كل إطار فرعي، تحتوي كل كلمة تسليم (HOW) على أهم 17 بتًا من عداد TOW الموافق لبداية الإطار الفرعي التالي. ^{[ 16 ]} تجدر الإشارة إلى أنه يمكن حذف البتتين الأقل أهمية بأمان، لأن كلمة تسليم واحدة تظهر في رسالة الملاحة كل 6 ثوانٍ، وهو ما يعادل دقة عداد TOW المقتطع. وبالمثل، فإن عداد TOW المقتطع هو المدة الزمنية منذ بداية/نهاية أسبوع GPS الأخير وحتى بداية الإطار التالي، بوحدات 6 ثوانٍ.

تحتوي كل إطار (في الإطار الفرعي 1) على أقل 10 بتات أهمية من رقم أسبوع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) المقابل. ^{[ 17 ]} تجدر الإشارة إلى أن كل إطار يقع بالكامل ضمن أسبوع واحد من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لأن إطارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لا تتجاوز حدود أسابيع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). ^{[ 18 ]} بما أن عملية التدوير تحدث كل 1024 أسبوعًا من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) (كل 19.6 سنة تقريبًا؛ 1024 يساوي 2^ ¹⁰ )، فإن جهاز الاستقبال الذي يحسب تواريخ التقويم الحالية يحتاج إلى استنتاج بتات رقم الأسبوع العليا أو الحصول عليها من مصدر آخر. إحدى الطرق الممكنة هي أن يقوم جهاز الاستقبال بحفظ تاريخه الحالي في الذاكرة عند إيقاف تشغيله، وعند تشغيله، يفترض أن رقم الأسبوع المقتطع الذي تم فك تشفيره حديثًا يتوافق مع فترة 1024 أسبوعًا التي تبدأ من آخر تاريخ تم حفظه. تستنتج هذه الطريقة رقم الأسبوع الكامل بشكل صحيح إذا لم يُسمح لجهاز الاستقبال بالبقاء متوقفًا عن العمل (أو بدون تحديد الوقت والموقع) لأكثر من 1024 أسبوعًا (حوالي 19.6 سنة).

يتألف التقويم الفلكي من معلومات تقريبية عن مدار وحالة كل قمر صناعي في الكوكبة، ونموذج للغلاف الأيوني ، ومعلومات لربط التوقيت المُستمد من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS ) بالتوقيت العالمي المنسق (UTC). يحتوي كل إطار على جزء من التقويم الفلكي (في الإطارين الفرعيين 4 و5)، ويُرسل كل قمر صناعي التقويم الفلكي الكامل في 25 إطارًا إجمالًا (يستغرق ذلك 12.5 دقيقة). ^{[ 19 ]} يخدم التقويم الفلكي عدة أغراض. أولها المساعدة في تحديد مواقع الأقمار الصناعية عند بدء التشغيل، وذلك بتمكين جهاز الاستقبال من إنشاء قائمة بالأقمار الصناعية المرئية بناءً على الموقع والوقت المُخزنين، بينما تُعد بيانات المدار من كل قمر صناعي ضرورية لحساب إحداثيات الموقع باستخدام ذلك القمر. في الأجهزة القديمة، كان عدم وجود تقويم فلكي في جهاز استقبال جديد يتسبب في تأخيرات طويلة قبل توفير موقع صحيح، لأن البحث عن كل قمر صناعي كان عملية بطيئة. وقد أدت التطورات في الأجهزة إلى تسريع عملية تحديد المواقع بشكل كبير، لذا لم يعد عدم وجود تقويم فلكي يُمثل مشكلة. يتمثل الغرض الثاني في ربط التوقيت المُستمد من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) (ويُسمى توقيت GPS) بالتوقيت العالمي المنسق ( UTC) . وأخيرًا، يُتيح التقويم الفلكي لجهاز استقبال أحادي التردد تصحيح خطأ تأخير الغلاف الأيوني باستخدام نموذج عالمي للغلاف الأيوني. لا تُعد هذه التصحيحات دقيقةً كأنظمة تعزيز نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) مثل نظام WAAS أو أجهزة الاستقبال ثنائية التردد. ومع ذلك، غالبًا ما يكون هذا التصحيح أفضل من عدم وجود تصحيح، نظرًا لأن خطأ الغلاف الأيوني هو أكبر مصدر للخطأ بالنسبة لجهاز استقبال GPS أحادي التردد.

يتم تحديث بيانات الأقمار الصناعية عادةً كل 24 ساعة، مع تحميل بيانات تصل إلى 60 يومًا تحسبًا لأي انقطاع في القدرة على التحديث بانتظام. وتتضمن التحديثات عادةً جداول فلكية جديدة، بينما يتم تحميل التقاويم الفلكية الجديدة بوتيرة أقل. ويضمن قسم التحكم تحميل تقويم فلكي جديد كل 6 أيام على الأقل خلال العمليات الاعتيادية.

تبث الأقمار الصناعية بيانات مدارية جديدة كل ساعتين. وتكون هذه البيانات صالحة عادةً لمدة أربع ساعات، مع إمكانية تحديثها كل أربع ساعات أو أكثر في الظروف غير الاعتيادية. ويُعدّ الوقت اللازم للحصول على البيانات المدارية عاملاً مهماً في تأخير تحديد الموقع الأولي، فمع تطور أجهزة الاستقبال، يتقلص الوقت اللازم لالتقاط إشارات الأقمار الصناعية؛ إلا أن بيانات المدار تستغرق من 18 إلى 36 ثانية قبل وصولها، نظراً لانخفاض معدل نقل البيانات.

يتم توليد رموز المدى المدني المتوسط ​​والمدني طويل المدى بواسطة مسجل إزاحة خطي ذي تغذية راجعة معياري ، يُعاد ضبطه دوريًا إلى حالة ابتدائية محددة مسبقًا. تُحدد دورة كل من CM وCL من خلال إعادة الضبط هذه، وليس من خلال الدورة الطبيعية لمسجل الإزاحة الخطي ذي التغذية الراجعة (كما هو الحال مع رمز C/A). تُحدد الحالات الابتدائية في مواصفات الواجهة، وتختلف باختلاف أرقام PRN ورموز CM/CL. يكون متعدد الحدود/القناع للتغذية الراجعة هو نفسه لكل من CM وCL. وبالتالي، تُعطى رموز المدى كما يلي:

CM _i ( t ) = A ( X _i , t mod 10 230)

CL _i ( t ) = A ( Y _i , t mod 767 250)

أين:

CM _i و CL _i هما رموز تحديد المدى لرقم PRN i ووسائطهما هي العدد الصحيح للرقائق المنقضية (بدءًا من 0) منذ بداية / نهاية أسبوع GPS، أو بشكل مكافئ منذ أصل المقياس الزمني لنظام تحديد المواقع العالمي (انظر §  الوقت ).

A ( x , t ) هو ناتج LFSR عند تهيئته بالحالة الأولية x بعد تشغيله t مرة.

يمثل كل من X _i و Y _i الحالتين الابتدائيتين لـ CM و CL على التوالي. لرقم PRN${\displaystyle i}$.

باقي القسمة هو باقي عملية القسمة.

يمثل t العدد الصحيح لفترات شريحة CM و CL منذ بداية وقت GPS أو بشكل مكافئ، منذ أي ثانية GPS (بدءًا من 0).

تُوصَف الحالات الأولية في مواصفات واجهة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بأرقام مُعبَّر عنها بالنظام الثماني، وذلك باتباع الاصطلاح القائل بأن حالة مُسجِّل الإزاحة ذي التغذية الراجعة الخطية (LFSR) تُفسَّر على أنها التمثيل الثنائي لرقم، حيث يكون بت الإخراج هو البت الأقل أهمية، والبت الذي تُدخَل إليه البتات الجديدة هو البت الأكثر أهمية. باستخدام هذا الاصطلاح، ينتقل مُسجِّل الإزاحة ذي التغذية الراجعة الخطية من البت الأكثر أهمية إلى البت الأقل أهمية، وعند عرضه بترتيب البايتات الكبير، ينتقل إلى اليمين. تُحَصَّل الحالات التي تُسمى الحالة النهائية في نظام المعلومات (IS) بعد10229 دورة لـ CM وبعدها767249 دورة لـ LM (قبل إعادة الضبط مباشرة في كلتا الحالتين).

بيانات CNAV هي نسخة مطورة من رسالة الملاحة NAV الأصلية. تحتوي على تمثيل أكثر دقة وبيانات أكثر دقة من بيانات NAV. لا تزال نفس المعلومات (الوقت، الحالة، التقويم الفلكي، والتقويم السنوي) تُرسل باستخدام تنسيق CNAV الجديد؛ ولكن بدلاً من استخدام بنية الإطار/الإطار الفرعي، تستخدم تنسيقًا جديدًا شبه مُجزأ يتكون من رسائل مدتها 12 ثانية وطولها 300 بت، على غرار إطارات LNAV. بينما تحتوي إطارات LNAV على محتوى معلومات ثابت، قد تكون رسائل CNAV من أحد أنواع محددة. يحدد نوع الإطار محتوى معلوماته. لا تتبع الرسائل جدولًا زمنيًا ثابتًا لأنواع الرسائل المستخدمة، مما يمنح وحدة التحكم بعض المرونة. مع ذلك، توجد حدود دنيا لعدد مرات إرسال بعض أنواع الرسائل.

في نظام CNAV، تُشكّل بيانات المدارات الفلكية ما لا يقل عن ربع الحزم، وينطبق الحد الأدنى نفسه على حزم بيانات الساعة. ^{[ 27 ]} يسمح التصميم بإرسال أنواع مختلفة من الحزم. مع كوكبة تضم 32 قمراً صناعياً، والمتطلبات الحالية لما يجب إرساله، لا يُستخدم سوى أقل من 75% من عرض النطاق الترددي. لم يتم تحديد سوى جزء صغير من أنواع الحزم المتاحة؛ مما يُمكّن النظام من التوسع واستيعاب التطورات دون الإخلال بالتوافق.

هناك العديد من التغييرات المهمة في رسالة CNAV الجديدة:

• يستخدم تصحيح الخطأ الأمامي (FEC) الذي يوفره رمز التفافي بمعدل 1/2 ، لذلك بينما تكون رسالة الملاحة 25 بت/ثانية، يتم إرسال إشارة 50 بت/ثانية.
• تحمل الرسائل رمز التحقق من التكرار الدوري (CRC) ذو 24 بت ، والذي يمكن التحقق من سلامته باستخدامه.
• يتم الآن تمثيل رقم أسبوع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على شكل 13 بت، أو 8192 أسبوعًا، ويتكرر فقط كل 157.0 عامًا، مما يعني أن العودة التالية إلى الصفر لن تحدث حتى عام 2137. وهذا أطول مقارنة باستخدام رسالة L1 NAV لرقم أسبوع مكون من 10 بت، والذي يعود إلى الصفر كل 19.6 عامًا.
• توجد حزمة بيانات تحتوي على فرق التوقيت بين نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ونظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS). وهذا يسمح بتوافق أفضل مع أنظمة نقل التوقيت العالمية الأخرى، مثل نظامي غاليليو وغلوناس ، وكلاهما مدعوم.
• تتيح النطاق الترددي الإضافي إمكانية تضمين حزمة للتصحيح التفاضلي، لاستخدامها بطريقة مماثلة لأنظمة التعزيز القائمة على الأقمار الصناعية والتي يمكن استخدامها لتصحيح بيانات ساعة الملاحة L1.
• تحتوي كل حزمة بيانات على علامة تنبيه، تُفعّل في حال عدم موثوقية بيانات القمر الصناعي. وهذا يعني أن المستخدمين سيعرفون في غضون 12 ثانية ما إذا كان القمر الصناعي غير قابل للاستخدام. يُعدّ هذا التنبيه السريع بالغ الأهمية لتطبيقات السلامة العامة، مثل الطيران.
• وأخيرًا، تم تصميم النظام لدعم 63 قمرًا صناعيًا، مقارنة بـ 32 في رسالة L1 NAV.

تبدأ رسائل CNAV وتنتهي مع بداية/نهاية أسبوع GPS مضافًا إليه مضاعف صحيح للعدد 12 ثانية. ^{[ 28 ]} تحديدًا، تتطابق بداية البت الأول (بعد تطبيق ترميز الالتفاف) الذي يحتوي على معلومات حول الرسالة مع التزامن المذكور. تبدأ رسائل CNAV بمقدمة من 8 بتات، وهي نمط بتات ثابت، وهدفها تمكين جهاز الاستقبال من اكتشاف بداية الرسالة.

يتم وصف الشفرة الالتفافية المستخدمة لترميز CNAV بواسطة:

${\displaystyle {\begin{aligned}X_{1}(t)&=d(t)\oplus d(t-2)\oplus d(t-3)\oplus d(t-5)\oplus d(t-6)\\X_{2}(t)&=d(t)\oplus d(t-1)\oplus d(t-2)\oplus d(t-3)\oplus d(t-6)\\d'(t')&={\begin{cases}X_{1}\left({\frac {t'}{2}}\right)&{\text{إذا كان t'\equiv 0{\pmod {2}}\\X_{2}\left({\frac {t'-1}{2}}\right)&{\text{إذا كان t'\equiv 1{\pmod {2}}\\\end{cases}}\end{aligned}}}$

أين:

${\displaystyle X_{1}}$و${\displaystyle X_{2}}$هي المخرجات غير المرتبة للمشفر التلافيفي

${\displaystyle d}$وهي بيانات الملاحة الخام (غير المشفرة بتقنية FEC)، وتتكون من التسلسل البسيط للرسائل ذات 300 بت.

${\displaystyle t}$يمثل العدد الصحيح لبتات بيانات الملاحة غير المشفرة بتقنية FEC التي انقضت منذ نقطة زمنية عشوائية (بدءًا من 0).

${\displaystyle d'}$هي بيانات الملاحة المشفرة بتقنية FEC.

${\displaystyle t'}$يمثل هذا العدد الصحيح عدد بتات بيانات الملاحة المشفرة بتقنية FEC التي انقضت منذ نفس الحقبة الزمنية التي${\displaystyle t}$(وبالمثل بدءًا من 0).

بما أن معدل تدفق البتات المشفرة بتقنية FEC يبلغ ضعف معدل تدفق البتات غير المشفرة بتقنية FEC كما سبق شرحه، فإن${\displaystyle t=\left\lfloor {\tfrac {t'}{2}}\right\rfloor }$يتم تنفيذ ترميز FEC بشكل مستقل عن حدود رسالة الملاحة؛ ^{[ 29 ]} وهذا يتبع من المعادلات المذكورة أعلاه.

من الآثار المباشرة لبث ترددين مدنيين أن أجهزة الاستقبال المدنية باتت قادرة على قياس الخطأ الأيوني مباشرةً بنفس طريقة أجهزة استقبال رمز P(Y) ثنائية التردد. مع ذلك، يتوقع المستخدمون الذين يعتمدون على إشارة L2C وحدها زيادة في عدم اليقين في تحديد الموقع بنسبة 65% بسبب الخطأ الأيوني مقارنةً باستخدام إشارة L1 وحدها. ^{[ 30 ]}

تتوفر معلومات إضافية حول رسالة الملاحة الجديدة، المسماة MNAV . على غرار رسالة CNAV الجديدة، تُرسل MNAV الجديدة على شكل حزم بدلاً من إطارات، مما يتيح مرونة كبيرة في حمولات البيانات. كما أنها، مثل CNAV، تدعم تصحيح الأخطاء الأمامية (FEC) وتقنيات متقدمة لاكتشاف الأخطاء (مثل CRC ).

يُبث رمز M على نفس ترددات L1 وL2 المستخدمة سابقًا في الرمز العسكري السابق، رمز P(Y). صُممت الإشارة الجديدة بحيث تتركز معظم طاقتها على الحواف (بعيدًا عن حاملات P(Y) وC/A الحالية). لا يعمل هذا الرمز على جميع الأقمار الصناعية، وقد تم إيقاف تشغيل رمز M للقمر الصناعي SVN62/PRN25 في 5 أبريل 2011. ^{[ 31 ]}

في تحولٍ جذري عن تصاميم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) السابقة، يُراد بثّ رمز M من هوائي اتجاهي عالي الكسب، بالإضافة إلى هوائي يغطي كامل الكرة الأرضية. يُوجّه هذا الهوائي الاتجاهي، الذي يُطلق عليه اسم "الشعاع الموضعي"، نحو منطقة محددة (قطرها عدة مئات من الكيلومترات) لزيادة قوة الإشارة المحلية بمقدار 20  ديسيبل، أي ما يقارب 100 ضعف. ومن الآثار الجانبية لوجود هوائيين، ظهور قمر GPS الصناعي وكأنه قمران صناعيان يشغلان الموقع نفسه بالنسبة للأقمار الواقعة داخل الشعاع الموضعي. وبينما تتوفر إشارة رمز M التي تغطي كامل الكرة الأرضية على أقمار Block IIR-M، لن يتم نشر هوائيات الشعاع الموضعي إلا بعد نشر أقمار Block III ، الذي بدأ في ديسمبر 2018.

ومن الآثار الجانبية المثيرة للاهتمام لقيام كل قمر صناعي بإرسال أربع إشارات منفصلة أن نظام الملاحة متعدد الأقمار الصناعية (MNAV) يمكنه إرسال أربع قنوات بيانات مختلفة، مما يوفر عرض نطاق بيانات متزايد.

تعتمد طريقة التضمين على حامل الإزاحة الثنائية ، باستخدام  حامل فرعي بتردد 10.23 ميجاهرتز مقابل رمز بتردد 5.115  ميجاهرتز. يبلغ عرض النطاق الترددي الإجمالي لهذه الإشارة حوالي 24  ميجاهرتز، مع فصوص جانبية منفصلة بشكل ملحوظ. يمكن استخدام هذه الفصوص الجانبية لتحسين استقبال الإشارة.

يتم توليد الرمزين I5 و Q5 باستخدام نفس البنية ولكن بمعاملات مختلفة. ويمثل هذان الرمزان مزيجًا (باستخدام عملية XOR) لمخرجات مسجلي إزاحة خطيين مختلفين (LFSRs) يتم إعادة ضبطهما بشكل انتقائي.

5 _i ( t ) = U ( t ) ⊕ Vi ₍ t )

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

V _i ( t ) = XB _i ( X _i , t mod 10 230)

أين:

i هو زوج مرتب ( P ، n ) حيث P ∈ {I، Q} للطور المتوافق والطور المتعامد، و n هو رقم PRN؛ كلا الطورين و PRN واحد مطلوبان لإشارة L5 من قمر صناعي واحد.

5 _i هي رموز النطاق لـ i ؛ ويشار إليها أيضًا باسم I5 _n و Q5 _n .

U و V _i عبارة عن رموز وسيطة، حيث لا يعتمد U على المرحلة أو PRN.

يتم استخدام مخرجات اثنين من مسجلات الإزاحة الخطية ذات 13 مرحلة مع حالة الساعة t' :

XA ( x , t' ) لديها متعددة حدود التغذية الراجعة x ¹³ + x ¹² + x ¹⁰ + x ⁹ + 1، والحالة الأولية 1111111111111 ₂ .

XB _i ( x , t' ) لديها متعددة حدود التغذية الراجعة x ¹³ + x ¹² + x ⁸ + x ⁷ + x ⁶ + x ⁴ + x ³ + x + 1، والحالة الأولية X _i .

X _i هي الحالة الأولية المحددة للمرحلة ورقم PRN المحدد بواسطة i (المحدد في IS ^{[ 34 ]} ).

يمثل t عدد فترات الشريحة الصحيحة منذ بداية وقت نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو بشكل مكافئ، منذ أي ثانية من نظام تحديد المواقع العالمي (بدءًا من 0).

A و B عبارة عن مسجلات إزاحة خطية ذات طول أقصى. تتوافق عمليات المقياس مع عمليات إعادة الضبط. تجدر الإشارة إلى أنه تتم إعادة ضبط كليهما كل ميلي ثانية (متزامنة مع فترات ترميز C/A ). بالإضافة إلى ذلك، فإن عملية المقياس الإضافية في وصف A ناتجة عن إعادة ضبطه قبل دورة واحدة من دورته الطبيعية (وهي 8191)، بحيث يصبح التكرار التالي مُزاحًا بدورة واحدة بالنسبة إلى B ^{[ 35 ]} (وإلا، نظرًا لتكرار كلا التسلسلين، فإن I5 وQ5 سيتكرران  أيضًا خلال أي فترة 1 ميلي ثانية، مما يؤدي إلى تدهور خصائص الارتباط).

تتضمن بيانات L5 CNAV جداول مدارات الفضاء، ووقت النظام، وبيانات سلوك ساعة الفضاء، ورسائل الحالة، ومعلومات الوقت، وما إلى ذلك.  تُشفّر البيانات بمعدل 50 بت/ثانية باستخدام مُشفّر التفاف بمعدل 1/2. يُضاف تيار الرموز الناتج، بمعدل 100 رمز في الثانية، إلى رمز I5 فقط باستخدام باقي القسمة على 2؛ ويُستخدم قطار البتات الناتج لتعديل حامل الطور المتوافق (I5) في L5. تُسمى هذه الإشارة المُجمّعة إشارة بيانات L5. لا يحتوي حامل الطور التربيعي (Q5) في L5 على بيانات، ويُسمى إشارة L5 التجريبية. يُشابه تنسيق L5 CNAV إلى حد كبير تنسيق L2 CNAV، مع اختلاف واحد يتمثل في استخدام ضعف معدل البيانات. حقول البتات داخل كل رسالة، وأنواع الرسائل ^{[ 36 ]} ، وخوارزمية رمز تصحيح الخطأ الأمامي، هي نفسها الموجودة في L2 CNAV . تبدأ رسائل L5 CNAV وتنتهي في بداية/نهاية أسبوع GPS بالإضافة إلى مضاعف صحيح للعدد 6 ثوانٍ (ينطبق هذا على بداية البت الأول الذي يحتوي على معلومات حول الرسالة، كما هو الحال بالنسبة لـ L2 CNAV). ^{[ 37 ]}

يُبث على تردد L5 (1176.45  ميجاهرتز، 10.23  ميجاهرتز × 115)، وهو نطاق ملاحة جوية . وقد تم اختيار هذا التردد لكي يتمكن مجتمع الطيران من إدارة التداخل مع L5 بشكل أكثر فعالية من L2. ^{[ 37 ]}

تعتمد رموز تحديد المدى التجريبية وبيانات L1C على متتالية ليجندر بطوليُستخدم الرقم 10223 لبناء رمز وسيط (يُسمى رمز ويل ) يتم توسيعه بتسلسل ثابت من 7 بتات ليصل إلى 10230 بتًا المطلوبة. هذا التسلسل المكون من 10230 بتًا هو رمز تحديد المدى، ويختلف بين أرقام PRN وبين مكونات الإشارة التجريبية والبيانات. يتم وصف رموز تحديد المدى كما يلي: ^{[ 40 ]}

${\displaystyle {\begin{aligned}{\text{L1C}}_{i}(t)&={\text{L1C}}'(t{\bmod {10\,230}})\\{\text{L1C}}'_{i}(t')&={\begin{cases}W_{i}(t')&{\text{ إذا كان }}t'<p'_{i}\\S(t'-p'_{i})&{\text{ إذا كان }}p'_{i}\leq t'<p'_{i}+7\\W_{i}(t'-7)&{\text{ إذا كان }}t'\geq p'_{i}+7\\\end{cases}}\\S&=(0,1,1,0,1,0,0)\\W_{i}(n)&=L(n)\oplus L((n+w_{i}){\bmod {10\,223}})\\L(n)&={\begin{cases}1&{\text{ إذا كان }}n\neq 0{\text{ ويوجد عدد صحيح }}m{\text{ بحيث }}n\equiv m^{2}{\pmod {10\,223}}\\0&{\text{ خلاف ذلك}}\\\end{cases}}\end{aligned}}}$

أين:

${\displaystyle {\text{L1C}}_{i}}$هو رمز النطاق لرقم PRN والمكون${\displaystyle i}$.

${\displaystyle {\text{L1C}}'_{i}}$يمثل فترة من${\displaystyle {\text{L1C}}_{i}}$تم إدخالها فقط للسماح بتدوين أكثر وضوحًا. للحصول على صيغة مباشرة لـ${\displaystyle {\text{L1C}}}$ابدأ من الجانب الأيمن من الصيغة لـ${\displaystyle {\text{L1C}}'}$واستبدل جميع حالات${\displaystyle t'}$مع${\displaystyle t{\bmod {10\,230}}}$.

${\displaystyle t}$يمثل العدد الصحيح لفترات شريحة L1C (وهو 1 ⁄ 1.023  ميكروثانية) منذ بداية وقت GPS أو بشكل مكافئ، منذ أي ثانية GPS (بدءًا من 0).

${\displaystyle i}$هو زوج مرتب يحدد رقم PRN ورمز (L1C _P أو L1C _D ) ويكون على الشكل التالي${\displaystyle ({\text{P}},n)}$أو${\displaystyle ({\text{D}},n)}$أين${\displaystyle n}$هو رقم PRN الخاص بالقمر الصناعي، و${\displaystyle {\text{P, D}}}$هي رموز (وليست متغيرات) تشير إلى رمز L1C _P أو رمز L1C _{D ، على التوالي.}

${\displaystyle L}$هو رمز وسيط: متتالية ليجندر مجالها مجموعة الأعداد الصحيحة${\displaystyle n}$والتي${\displaystyle 0\leq n\leq 10\,222}$.

${\displaystyle W_{i}}$هو رمز وسيط يسمى رمز ويل، وله نفس المجال مثل${\displaystyle L}$.

${\displaystyle S}$هو تسلسل بطول 7 بتات مُعرّف للفهارس التي تبدأ من 0 إلى 6.

${\displaystyle p'_{i}}$هو فهرس الإدخال الذي يبدأ من الصفر للتسلسل${\displaystyle S}$في رمز النطاق (خاص برقم PRN والرمز)${\displaystyle i}$يُعرَّف في مواصفات الواجهة (IS) على أنه فهرس يبدأ من 1${\displaystyle p}$، لذلك${\displaystyle p'_{i}=p_{i}-1}$[ ^{41 ]​}

${\displaystyle w_{i}}$مؤشر ويل لرقم ورمز PRN${\displaystyle i}$^{[ 41 ]}​

${\displaystyle \operatorname {mod} }$هو باقي عملية القسمة (أو باقي القسمة)، والذي يختلف عن الترميز في عبارات التطابق النمطي ، المستخدم أيضًا في هذه المقالة.

وفقًا للصيغة المذكورة أعلاه ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS IS)، فإن الأول${\displaystyle w_{i}}$بتات (أو ما يعادلها، حتى نقطة الإدخال لـ${\displaystyle S}$) ل${\displaystyle {\text{L1C}}'_{i}}$و${\displaystyle {\text{L1C}}}$تمثل البتات الأولى رمز ويل المقابل؛ أما البتات السبعة التالية فهي${\displaystyle S}$أما البتات المتبقية فهي البتات المتبقية من كود ويل.

يؤكد تنظيم الدولة الإسلامية أن${\displaystyle 0\leq p'_{i}\leq 10\,222}$[ ^{42 ]} وللتوضيح، فإن الصيغة ^لـ${\displaystyle {\text{L1C}}'_{i}}$لا يأخذ ذلك في الاعتبار الحالة الافتراضية التي${\displaystyle p'_{i}>10\,222}$، مما سيؤدي إلى حدوث حالة${\displaystyle S}$تم إدخاله في${\displaystyle {\text{L1C}}'_{i}}$للالتفاف من الفهرس10 229 إلى 0.

يبلغ طول رموز التراكب 1800 بت ويتم إرسالها بسرعة 100  بت/ثانية، وهي متزامنة مع رسالة الملاحة المشفرة في L1C _D.

بالنسبة لأرقام PRN من 1 إلى 63، فهي تمثل المخرجات المقتطعة لمسجلات الإزاحة الخطية ذات الفترة القصوى والتي تختلف في الشروط الأولية ومتعددات حدود التغذية الراجعة. ^{[ 43 ]}

بالنسبة لأرقام PRN من 64 إلى 210، فهي عبارة عن رموز Gold مختصرة تم إنشاؤها عن طريق دمج مخرجين من LFSR (${\displaystyle {\text{S1}}_{i}}$و${\displaystyle {\text{S2}}_{i}}$، أين${\displaystyle i}$(رقم PRN) الذي تختلف حالته الأولية.${\displaystyle {\text{S1}}_{i}}$يحتوي على واحد من كثيرات الحدود الأربعة المستخدمة بشكل عام (من بين أرقام PRN من 64 إلى 210).${\displaystyle {\text{S2}}_{i}}$له نفس متعدد الحدود للتغذية الراجعة لجميع أرقام PRN في النطاق 64-210. ^{[ 44 ]}

يتم بث بيانات الملاحة L1C (المسماة CNAV-2) في إطارات بطول 1800 بت (بما في ذلك FEC) ويتم إرسالها بسرعة 100  بت/ثانية.

تتشابه إطارات L1C مع رسائل L2C وL5. في حين أن L2 CNAV و L5 CNAV تستخدمان نوع رسالة مخصص لبيانات المدار، فإن جميع إطارات CNAV-2 تتضمن تلك المعلومات.

يتكون الهيكل المشترك لجميع الرسائل من 3 إطارات، كما هو موضح في الجدول المجاور. يختلف محتوى الإطار الفرعي 3 وفقًا لرقم صفحته، وهو ما يُشابه رقم نوع رسائل CNAV من الطبقة الثانية والخامسة. تُبث الصفحات بترتيب عشوائي. ^{[ 45 ]}

يُعبّر عن توقيت الرسائل (لا ينبغي الخلط بينه وبين معايير تصحيح الساعة) بصيغة مختلفة عن صيغة الإشارات المدنية السابقة. فهو يتكون من ثلاثة مكونات:

1. رقم الأسبوع ، بنفس المعنى كما هو الحال مع الإشارات المدنية الأخرى. تحتوي كل رسالة على رقم الأسبوع بتردد 8192 أو ما يعادله، أقل 13 بتًا أهمية من رقم الأسبوع، مما يسمح بتحديد أي تاريخ ضمن نطاق دوري مدته 157 عامًا بشكل مباشر.
2. فترة زمنية أسبوعية (ITOW): هي عدد صحيح لفترات الساعتين المنقضية منذ بداية/نهاية الأسبوع الأخير. يتراوح نطاقها من 0 إلى 83 (شاملةً)، وتتطلب 7 بتات للترميز.
3. فترة الفاصل الزمني (TOI): هي عدد صحيح يمثل فترات زمنية مدتها 18 ثانية، والتي انقضت منذ الفترة التي يمثلها ITOW الحالي وحتى بداية الرسالة التالية . يتراوح نطاقها من 0 إلى 399 (شاملةً)، وتتطلب 9 بتات من البيانات.

يُعد TOI المحتوى الوحيد للإطار الفرعي 1. أما رقم الأسبوع وITOW فيحتويان على الإطار الفرعي 2 إلى جانب معلومات أخرى.

يتم ترميز الإطار الفرعي 1 باستخدام رمز BCH مُعدّل . تحديدًا، تُرمّز البتات الثمانية الأقل أهمية باستخدام رمز BCH لتوليد 51 بتًا، ثم تُدمج باستخدام عملية XOR مع البت الأكثر أهمية، وأخيرًا يُضاف البت الأكثر أهمية إلى البت الأكثر أهمية من النتيجة السابقة للحصول على 52 بتًا نهائية. ^{[ 46 ]} يتم توسيع الإطارين الفرعيين 2 و3 بشكل منفصل باستخدام CRC ذي 24 بتًا ، ثم يُرمّزان بشكل منفصل باستخدام رمز فحص التكافؤ منخفض الكثافة ، ثم يُدمجان كوحدة واحدة باستخدام مُدمج الكتل. ^{[ 47 ]}

أبسط طريقة للحصول على الإشارة (ليست بالضرورة الأكثر فعالية أو الأقل تكلفة حسابية) هي حساب حاصل الضرب النقطي لنافذة من الإشارة الرقمية مع مجموعة من النسخ المتماثلة المولدة محليًا. تختلف هذه النسخ في تردد الموجة الحاملة وطور الشفرة لتغطية كامل نطاق البحث المذكور سابقًا، وهو حاصل الضرب الديكارتي لنطاق بحث التردد ونطاق بحث طور الشفرة. الموجة الحاملة عدد مركب، حيث يكون كل من الجزء الحقيقي والجزء التخيلي دالتين جيبيتين وفقًا لصيغة أويلر . من المرجح أن تكون النسخة المتماثلة التي تولد أعلى قيمة لحاصل الضرب النقطي هي الأنسب لمطابقة طور الشفرة وتردد الإشارة؛ لذلك، إذا تجاوزت هذه القيمة عتبة معينة، يبدأ جهاز الاستقبال بتتبع الإشارة أو تحسين المعلمات المقدرة قبل التتبع. تُستخدم هذه العتبة لتقليل النتائج الإيجابية الخاطئة (أي اكتشاف إشارة ظاهريًا بينما لا توجد إشارة في الواقع)، ولكن قد تحدث بعض النتائج الخاطئة أحيانًا.

يُمكّن استخدام موجة حاملة مركبة النسخ من مطابقة الإشارة الرقمية بغض النظر عن طور الموجة الحاملة للإشارة، ومن الكشف عن هذا الطور (وهو نفس المبدأ المستخدم في تحويل فورييه ). الضرب النقطي هو عدد مركب؛ ويمثل مقداره مستوى التشابه بين النسخة والإشارة، كما هو الحال في الارتباط العادي لسلاسل زمنية حقيقية. أما وسيط الضرب النقطي فهو تقريب للموجة الحاملة المقابلة في الإشارة الرقمية.

على سبيل المثال، لنفترض أن دقة البحث في طور الشفرة هي 0.5 شريحة وفي التردد 500  هرتز، عندها يكون هناك 1023/0.5  =  2046 طور شفرة و 10000  هرتز/500  هرتز  =  20 ترددًا للتجربة، ليصبح المجموع 20 × 2046  =  40920 نسخة محلية . لاحظ أن كل نطاق ترددي متمركز على فترته، وبالتالي يغطي 250  هرتز في كل اتجاه؛ على سبيل المثال، يحتوي النطاق الأول على موجة حاملة عند -4.750  هرتز ويغطي الفترة من -5000  هرتز إلى -4500  هرتز. أطوار الشفرة متكافئة بتردد 1023 لأن شفرة تحديد المدى دورية؛ على سبيل المثال، الطور -0.5 مكافئ للطور 1022.5.

يوضح الجدول التالي النسخ المحلية التي ستتم مقارنتها بالإشارة الرقمية في هذا المثال. يشير الرمز "•" إلى نسخة محلية واحدة، بينما يُستخدم الرمز "..." للإشارة إلى النسخ المحلية المحذوفة.

كتحسينٍ لطريقة الارتباط البسيطة، يُمكن تنفيذ حساب الضرب النقطي بكفاءةٍ أكبر باستخدام تحويل فورييه . فبدلاً من إجراء عملية ضرب نقطي لكل عنصر في حاصل الضرب الديكارتي للرمز والتردد، تُجرى عملية واحدة تتضمن تحويل فورييه السريع (FFT) وتغطي جميع الترددات لكل طور من أطوار الرمز. كل عملية من هذا القبيل أكثر تكلفةً حسابية، ولكنها قد تظل أسرع إجمالاً من الطريقة السابقة نظرًا لكفاءة خوارزميات تحويل فورييه السريع، كما أنها تستعيد تردد الموجة الحاملة بدقةٍ أعلى، لأن نطاقات التردد متقاربةٌ جدًا في تحويل فورييه المنفصل (DFT ) .

على وجه التحديد، بالنسبة لجميع مراحل الكود في مساحة البحث، يتم ضرب نافذة الإشارة الرقمية عنصرًا بعنصر بنسخة محلية من الكود (بدون حامل)، ثم تتم معالجتها بتحويل فورييه منفصل .

بالنظر إلى المثال السابق المراد معالجته بهذه الطريقة، نفترض بيانات حقيقية (على عكس البيانات المركبة التي تحتوي على مركبات متوافقة في الطور ومتعامدة)، ومعدل أخذ عينات 5  ميجاهرتز، ونافذة إشارة 10  مللي ثانية، وتردد وسيط 2.5  ميجاهرتز. سيكون هناك 50,000 عينة في الإشارة الرقمية ( 5  ميجاهرتز × 10  مللي ثانية)  ، وبالتالي 25,001 مُركّب ترددي يتراوح من 0 هرتز إلى 2.5 ميجاهرتز بخطوات 100 هرتز (لاحظ أن مُركّب 0 هرتز حقيقي لأنه متوسط ​​إشارة حقيقية، ومُركّب 2.5 ميجاهرتز حقيقي أيضًا لأنه التردد الحرج ). يتم فحص المُركّبات (أو النطاقات) ضمن 5 كيلوهرتز من التردد المركزي فقط، وهو النطاق من 2.495 ميجاهرتز إلى 2.505 ميجاهرتز، ويشمل 51 مُركّبًا تردديًا . يوجد 2046 مرحلة رمزية كما في الحالة السابقة، وبالتالي سيتم فحص ما مجموعه 51 × 2046 = 104346 مكونًا من مكونات التردد المركب .           

وبالمثل، كتحسين لطريقة الارتباط البسيطة، يُمكن إجراء عملية واحدة تغطي جميع أطوار الشفرة لكل نطاق ترددي. تتضمن العملية المُنفذة لكل نطاق طور شفرة تحويل فورييه السريع الأمامي، والضرب العنصري في مجال التردد، وتحويل فورييه السريع العكسي، ومعالجة إضافية بحيث تُحسب في النهاية الارتباط الدائري بدلاً من الالتفاف الدائري . ينتج عن ذلك تحديد أدق لطور الشفرة من طريقة الارتباط البسيطة ، على عكس الطريقة السابقة التي تُنتج تحديدًا أدق لتردد الموجة الحاملة .