إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)

الجيوديسيا
الأساسيات الجيوديسيا الجيوديناميكا المساحة تاريخ
المفاهيم المسافة الجغرافية جيويد شكل الأرض ( نصف القطر والمحيط ) إحداثيات الجيوديسية بيانات جيوديسية جيوديسية تمثيل الوضع الأفقي خط العرض  / خط الطول إسقاط الخريطة مرجع القطع الناقص الجيوديسيا عبر الأقمار الصناعية نظام مرجعي مكاني العلاقات المكانية المواضع العمودية
التكنولوجيات أنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية (GNSS) نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) جلوناس (روسيا) بيدو (BDS) (الصين) جاليليو (أوروبا) نافيك (الهند) نظام الأقمار الصناعية شبه السمتي (QZSS) (اليابان) الشبكة العالمية المنفصلة والترميز الجغرافي
المعايير (التاريخ) إن جي في دي 29 بيانات مستوى سطح البحر 1929 أو إس جي بي 36 هيئة المساحة البريطانية 1936 إس كيه-42 نظام تنسيق عام 1942 ED50 التاريخ الأوروبي 1950 ساد69 تاريخ أمريكا الجنوبية 1969 جى ار اس 80 نظام الإسناد الجيوديسي 1980 ايزو 6709 إحداثيات النقطة الجغرافية 1983 ناد 83 تاريخ أمريكا الشمالية 1983 التصنيف العالمي للجينوم 84 النظام الجيوديسي العالمي 1984 نافد 88 البيانات العمودية لأمريكا الشمالية 1988 إي تي آر إس 89 نظام المرجع الأرضي الأوروبي 1989 جي سي جيه-02 البيانات الصينية المشوشة لعام 2002 عنوان URI الجغرافي رابط انترنت الى نقطة 2010 نظام المرجع الأرضي الدولي معرف نظام المرجع المكاني (SRID) مقياس مركاتور المستعرض العالمي (UTM)
ف ت هـ

يتم بث إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بواسطة أقمار صناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لتمكين الملاحة عبر الأقمار الصناعية . يمكن لأجهزة الاستقبال الموجودة على سطح الأرض أو بالقرب منه تحديد الموقع والوقت والسرعة باستخدام هذه المعلومات. يتم تشغيل مجموعة أقمار GPS الصناعية بواسطة سرب العمليات الفضائية الثاني (2SOPS) التابع لـ Space Delta 8 ، قوة الفضاء الأمريكية .

تتضمن إشارات نظام تحديد المواقع العالمي إشارات تحديد المدى، والتي تستخدم لقياس المسافة إلى القمر الصناعي، ورسائل الملاحة. تتضمن رسائل الملاحة بيانات التقويم الفلكي التي تستخدم في التثليث لحساب موقع كل قمر صناعي في المدار وأيضًا لتوفير معلومات حول الوقت وحالة كوكبة الأقمار الصناعية بالكامل، والتي تسمى التقويم .

توجد أربع مواصفات لإشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مصممة للاستخدام المدني. وهي بالترتيب حسب تاريخ التقديم: L1 C/A وL2C وL5 وL1C. ^[1] تُسمى L1 C/A أيضًا بالإشارة القديمة ويتم بثها بواسطة جميع الأقمار الصناعية العاملة حاليًا. أما إشارات L2C وL5 وL1C فهي إشارات حديثة ويتم بثها فقط بواسطة الأقمار الصناعية الأحدث (أو لا يتم بثها بعد على الإطلاق). وعلاوة على ذلك، اعتبارًا من يناير 2021 ^[update]، لا يُعتبر أي من هذه الإشارات الثلاث عاملة بالكامل للاستخدام المدني. بالإضافة إلى الإشارات الأربع المذكورة أعلاه، توجد إشارات مقيدة بترددات ومعدلات شرائح منشورة ، لكن الإشارات تستخدم تشفيرًا مشفرًا، مما يقيد الاستخدام للأطراف المصرح لها. لا يزال بإمكان المدنيين إجراء بعض الاستخدام المحدود للإشارات المقيدة دون فك التشفير؛ وهذا ما يسمى بالوصول بدون تشفير وشبه بدون تشفير ، وهو مدعوم رسميًا. ^{[2] [3]}

تم وصف واجهة شريحة المستخدم ( أجهزة استقبال نظام تحديد المواقع العالمي ) في وثائق التحكم في الواجهة (ICD). تم وصف تنسيق الإشارات المدنية في مواصفات الواجهة (IS) وهي جزء من وثائق التحكم في الواجهة (ICD).

تنقل أقمار GPS الصناعية (والتي تسمى المركبات الفضائية في وثائق مواصفات واجهة GPS) عدة أكواد تحديد المدى وبيانات الملاحة في وقت واحد باستخدام مفتاح التحول الطوري الثنائي (BPSK). يتم استخدام عدد محدود فقط من الترددات المركزية. تتميز الأقمار الصناعية التي تستخدم نفس التردد باستخدام أكواد تحديد المدى المختلفة. بعبارة أخرى، يستخدم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الوصول المتعدد بتقسيم الشفرة . تسمى أكواد تحديد المدى أيضًا أكواد التقطيع (في إشارة إلى CDMA / DSSS ) والضوضاء شبه العشوائية والتسلسلات الثنائية شبه العشوائية (في إشارة إلى حقيقة أن التسلسلات يمكن التنبؤ بها ولكنها تشبه الضوضاء إحصائيًا).

ترسل بعض الأقمار الصناعية عدة تدفقات BPSK بنفس التردد في التربيع، في شكل تعديل سعة التربيع . ومع ذلك، على عكس أنظمة QAM النموذجية حيث يتم تقسيم تيار بت واحد إلى تيارين بت بمعدل نصف رمز لتحسين الكفاءة الطيفية ، يتم تعديل مكونات الطور والتربيع لإشارات GPS بواسطة تيارات بت منفصلة (ولكن ذات صلة وظيفية).

يتم التعرف على الأقمار الصناعية بشكل فريد من خلال رقم تسلسلي يسمى رقم المركبة الفضائية (SVN) والذي لا يتغير أثناء فترة حياته. بالإضافة إلى ذلك، يتم ترقيم جميع الأقمار الصناعية العاملة بمعرف المركبة الفضائية (SV ID) ورقم الضوضاء شبه العشوائي (رقم PRN) والذي يحدد بشكل فريد أكواد تحديد المدى التي يستخدمها القمر الصناعي. هناك تطابق واحد لواحد ثابت بين معرفات SV وأرقام PRN الموضحة في مواصفات الواجهة. ^[4] على عكس SVNs، يمكن تغيير رقم SV ID / PRN للقمر الصناعي (مما يؤدي إلى تغيير في أكواد تحديد المدى التي يستخدمها). وهذا يعني أنه لا يمكن لقمرين صناعيين نشطين مشاركة أي رقم SV ID / PRN نشط واحد. يتم نشر أرقام SVN وPRN الحالية لكوكبة GPS في NAVCEN.

يحتوي التصميم الأصلي لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على رمزين لتحديد المدى: رمز الاستحواذ/التقريب (C/A)، والذي يتوفر مجانًا للعامة، ورمز الدقة المقيدة (P)، والذي عادةً ما يكون محجوزًا للتطبيقات العسكرية.

لكي تنتقل رموز تحديد المدى ورسالة الملاحة من القمر الصناعي إلى جهاز الاستقبال، يجب تعديلها على موجة حاملة . في حالة تصميم نظام تحديد المواقع العالمي الأصلي، يتم استخدام ترددين؛ الأول عند 1575.42  ميجا هرتز (10.23 ميجا هرتز × 154) يسمى L1؛ والثاني عند 1227.60 ميجا هرتز (10.23 ميجا هرتز × 120)، يسمى L2.

يتم إرسال رمز C/A على التردد L1 كإشارة 1.023 ميجا هرتز باستخدام تقنية تعديل إزاحة ثنائية الطور ( BPSK ). يتم إرسال رمز P(Y) على كل من الترددين L1 وL2 كإشارة 10.23 ميجا هرتز باستخدام نفس تعديل BPSK، ومع ذلك فإن الموجة الحاملة لرمز P(Y) تكون في تربيع مع الموجة الحاملة C/A (أي أنها خارج الطور بمقدار 90 درجة ).

بالإضافة إلى التكرار والمقاومة المتزايدة للتشويش، فإن الفائدة الحاسمة لوجود ترددين منقولين من قمر صناعي واحد هي القدرة على القياس مباشرة، وبالتالي إزالة خطأ التأخير الأيونوسفيري لذلك القمر الصناعي. بدون مثل هذا القياس، يجب على جهاز استقبال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) استخدام نموذج عام أو استقبال تصحيحات أيونوسفيرية من مصدر آخر (مثل نظام التعزيز الواسع النطاق أو WAAS ). لقد أدى التقدم في التكنولوجيا المستخدمة في كل من أقمار GPS وأجهزة استقبال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) إلى جعل التأخير الأيونوسفيري أكبر مصدر متبقي للخطأ في الإشارة. يمكن أن يكون جهاز الاستقبال القادر على إجراء هذا القياس أكثر دقة بشكل كبير ويشار إليه عادةً باسم جهاز استقبال التردد المزدوج .

رموز C/A PRN هي رموز ذهبية بفترة 1023 شريحة يتم إرسالها بسرعة 1.023 ميجا شريحة/ثانية، مما يتسبب في تكرار الرمز كل 1 مللي ثانية. وهي مبرمجة حصريًا برسالة تنقل بسرعة 50 بت/ثانية وتعدل مرحلة النتيجة الناقل كما هو موضح سابقًا. لا تتطابق هذه الرموز أو ترتبط تلقائيًا بقوة إلا عندما تكون محاذية تقريبًا تمامًا. يستخدم كل قمر صناعي رمز PRN فريدًا، والذي لا يرتبط جيدًا برمز PRN لأي قمر صناعي آخر. بعبارة أخرى، تكون رموز PRN متعامدة للغاية مع بعضها البعض. تتوافق فترة 1 مللي ثانية لرمز C/A مع مسافة 299.8 كم، وتتوافق كل شريحة مع مسافة 293 مترًا. تتبع أجهزة الاستقبال هذه الرموز جيدًا ضمن شريحة واحدة من الدقة، لذا فإن أخطاء القياس أصغر بكثير من 293 مترًا. ^{[ بكم؟ ]}

يتم إنشاء أكواد C/A من خلال الجمع (باستخدام "حصري أو") بين تيارين من البتات، يتم توليد كل منهما بواسطة اثنين من سجلات التحويل ذات التغذية الراجعة الخطية (LFSR) ذات الفترة القصوى المختلفة المكونة من 10 مراحل. يتم الحصول على أكواد مختلفة من خلال تأخير أحد تيارات البتات تلك بشكل انتقائي. وبالتالي:

ج/أ _i ( ت ) = أ ( ت ) ⊕ ب ( ت - د _i )

أين:

C/A _i هو الكود الذي يحمل رقم PRN i .

A هو خرج أول LFSR الذي تكون حدود المولد فيه x → x ¹⁰ + x ³ + 1، والحالة الأولية هي 1111111111 ₂ .

B هو خرج LFSR الثاني الذي تكون حدود المولد فيه x → x ¹⁰ + x ⁹ + x ⁸ + x ⁶ + x ³ + x ² + 1 والحالة الأولية هي أيضًا 1111111111 ₂ .

D _i هو تأخير (بمقدار عدد صحيح من الفترات) خاص بكل رقم PRN i ؛ يتم تحديده في مواصفات واجهة GPS. ^[4]

⊕ حصري أو.

إن حجج الوظائف الواردة فيها هي عدد البتات أو الرقائق منذ عصورها، بدءًا من 0. إن عصر LFSRs هو النقطة التي تكون عندها في الحالة الأولية؛ وبالنسبة لرموز C/A الإجمالية، فهو بداية أي ثانية UTC بالإضافة إلى أي عدد صحيح من المللي ثانية. يتم تعريف إخراج LFSRs عند الحجج السلبية بما يتفق مع الفترة التي تبلغ 1023 رقاقة (هذا التوفير ضروري لأن B قد يكون له حجّة سلبية باستخدام المعادلة أعلاه).

التأخير لأرقام PRN 34 و 37 هو نفسه؛ وبالتالي فإن رموز C/A الخاصة بهما متطابقة ولا يتم إرسالها في نفس الوقت ^[5] (قد يجعل أحد أو كلا الإشارتين غير قابل للاستخدام بسبب التداخل المتبادل اعتمادًا على مستويات الطاقة النسبية المستلمة على كل جهاز استقبال GPS).

إن رمز P عبارة عن تسلسل PRN أطول بكثير من رمز C/A: 6.187104 × 10 ¹² شريحة. وعلى الرغم من أن معدل شريحة رمز P (10.23 Mchip/s) هو عشرة أضعاف معدل رمز C/A، إلا أنه يتكرر مرة واحدة فقط في الأسبوع، مما يزيل غموض النطاق. وقد افترض أن المستقبلات لا يمكنها الحصول بشكل مباشر على مثل هذا الرمز الطويل والسريع، لذا فإنها ستقوم أولاً "بتمهيد" نفسها باستخدام رمز C/A للحصول على تقويمات المركبة الفضائية ، وإنتاج وقت تقريبي وتحديد الموقع، ثم الحصول على رمز P لتحسين التحديد.

في حين أن C/A PRNs فريدة لكل قمر صناعي، فإن كل قمر صناعي يرسل جزءًا مختلفًا من تسلسل رمز P الرئيسي يبلغ طوله تقريبًا 2.35 × 10 ¹⁴ شريحة (235,000,000,000,000 شريحة). يرسل كل قمر صناعي بشكل متكرر الجزء المخصص له من الرمز الرئيسي، ويعيد التشغيل كل يوم أحد في الساعة 00:00:00 بتوقيت GPS. للإشارة، كان عصر GPS يوم الأحد 6 يناير 1980 في الساعة 00:00:00 بتوقيت UTC، لكن GPS لا يتبع UTC تمامًا لأن وقت GPS لا يتضمن ثوانٍ كبيسة. وبالتالي، فإن وقت GPS متقدم على UTC بعدد صحيح (كامل) من الثواني.

إن رمز P عام، لذا لمنع المستخدمين غير المصرح لهم من استخدامه أو التدخل فيه من خلال التزييف ، يتم إجراء عملية XOR على رمز P مع رمز W ، وهو تسلسل تم إنشاؤه تشفيريًا، لإنتاج رمز Y. رمز Y هو ما تنقله الأقمار الصناعية منذ تمكين وحدة مكافحة التزييف . يشار إلى الإشارة المشفرة باسم رمز P(Y) .

تفاصيل الكود W سرية، ولكن من المعروف أنه يتم تطبيقه على الكود P عند حوالي 500 كيلو هرتز، ^[6] أبطأ بحوالي 20 مرة من معدل شريحة الكود P. وقد أدى هذا إلى اتباع طرق شبه خالية من الكود لتتبع إشارة P(Y) دون معرفة الكود W.

تنسيق رسالة GPS

إطار فرعي	كلمة	وصف
1	1-2	كلمات القياس عن بعد والتسليم (TLM وHOW)
	3-10	ساعة القمر الصناعي، علاقة الوقت بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)
2-3	1-2	كلمات القياس عن بعد والتسليم (TLM وHOW)
	3-10	التقويم الفلكي (مدار القمر الصناعي الدقيق)
4-5	1-2	كلمات القياس عن بعد والتسليم (TLM وHOW)
	3-10	مكون التقويم (ملخص شبكة الأقمار الصناعية، تصحيح الأخطاء)

بالإضافة إلى أكواد تحديد المدى PRN، يحتاج جهاز الاستقبال إلى معرفة وقت وموقع كل قمر صناعي نشط. يقوم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بتشفير هذه المعلومات في رسالة الملاحة وتعديلها على كل من أكواد تحديد المدى C/A وP(Y) بمعدل 50 بت/ثانية. يسمى تنسيق رسالة الملاحة الموضح في هذا القسم بيانات LNAV (للملاحة التقليدية ).

تنقل رسالة الملاحة معلومات من ثلاثة أنواع:

• تاريخ ووقت GPS، وحالة القمر الصناعي.
• التقويم الفلكي : معلومات مدارية دقيقة للقمر الصناعي المرسل.
• التقويم: الحالة والمعلومات المدارية منخفضة الدقة لكل قمر صناعي.

لا يكون التقويم الفلكي صالحًا إلا لأربع ساعات، في حين يكون التقويم الفلكي صالحًا - مع القليل من التخفيف من الدقة - لمدة تصل إلى أسبوعين. ^[7] يستخدم المستقبل التقويم الفلكي للحصول على مجموعة من الأقمار الصناعية بناءً على الوقت والموقع المخزنين. عندما يحصل المستقبل على كل قمر صناعي، يتم فك تشفير التقويم الفلكي لكل قمر صناعي بحيث يمكن استخدامه للملاحة.

تتكون رسالة الملاحة من إطارات مدتها 30 ثانية بطول 1500 بت، مقسمة إلى خمسة إطارات فرعية مدتها 6 ثوانٍ تحتوي كل منها على عشر كلمات طول كل منها 30 بت. يحتوي كل إطار فرعي على وقت نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بزيادات مدتها 6 ثوانٍ. يحتوي الإطار الفرعي 1 على تاريخ نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) (رقم الأسبوع)، ومعلومات تصحيح ساعة القمر الصناعي، وحالة القمر الصناعي وصحته. تحتوي الإطارات الفرعية 2 و3 معًا على بيانات التقويم القمري المرسل. تحتوي الإطارات الفرعية 4 و5 على الصفحة 1 إلى 25 من التقويم المكون من 25 صفحة. يبلغ طول التقويم 15000 بت ويستغرق إرساله 12.5 دقيقة.

يبدأ الإطار في بداية أسبوع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وكل 30 ثانية بعد ذلك. يبدأ كل أسبوع بنقل صفحة التقويم 1. ^[8]

هناك نوعان من رسائل الملاحة: يستخدم LNAV-L بواسطة الأقمار الصناعية ذات أرقام PRN من 1 إلى 32 (تسمى أرقام PRN السفلية ) ويستخدم LNAV-U بواسطة الأقمار الصناعية ذات أرقام PRN من 33 إلى 63 (تسمى أرقام PRN العلوية ). ^[9] يستخدم النوعان تنسيقات متشابهة للغاية. الإطارات الفرعية من 1 إلى 3 هي نفسها، ^[10] بينما الإطارات الفرعية 4 و5 متماثلة تقريبًا. يحتوي كل نوع من أنواع الرسائل على بيانات التقويم لجميع الأقمار الصناعية التي تستخدم نفس نوع رسالة الملاحة ولكن ليس النوع الآخر.

يبدأ كل إطار فرعي بكلمة قياس عن بعد (TLM)، والتي تمكن المستقبل من اكتشاف بداية إطار فرعي وتحديد وقت ساعة المستقبل الذي يبدأ عنده الإطار الفرعي للملاحة. بعد ذلك تأتي كلمة التسليم (HOW) التي تعطي وقت نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) (كوقت إرسال أول بت من الإطار الفرعي التالي) وتحدد الإطار الفرعي المحدد داخل إطار كامل. ^{[11] [12]} تحتوي الكلمات الثماني المتبقية من الإطار الفرعي على البيانات الفعلية الخاصة بهذا الإطار الفرعي. تتضمن كل كلمة 6 بتات من التكافؤ تم إنشاؤها باستخدام خوارزمية تعتمد على أكواد هامينج، والتي تأخذ في الاعتبار 24 بتًا غير تكافؤ من تلك الكلمة والبتتين الأخيرتين من الكلمة السابقة.

بعد قراءة إطار فرعي وتفسيره، يمكن حساب وقت إرسال الإطار الفرعي التالي من خلال استخدام بيانات تصحيح الساعة وطريقة الإرسال. يعرف المستقبل وقت ساعة المستقبل عندما تم استلام بداية الإطار الفرعي التالي من خلال اكتشاف كلمة القياس عن بعد، وبالتالي تمكين حساب وقت العبور وبالتالي النطاق الزائف.

يتم التعبير عن وقت نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بدقة 1.5 ثانية كرقم أسبوع ووقت عد الأسبوع (TOW). ^[13] يتم تعريف نقطة الصفر (الأسبوع 0، TOW 0) على أنها 1980-01-06T00:00Z. عدد TOW هو قيمة تتراوح من 0 إلى 403199 والتي يعني معناها عدد فترات 1.5 ثانية التي انقضت منذ بداية أسبوع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). وبالتالي فإن التعبير عن عدد TOW يتطلب 19 بت (2 ¹⁹  = 524288). وقت نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) هو مقياس زمني مستمر لأنه لا يتضمن ثوانٍ كبيسة؛ وبالتالي قد تختلف بداية/نهاية أسابيع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) عن بداية/نهاية يوم UTC المقابل بعدد صحيح (كامل) من الثواني.

في كل إطار فرعي، تحتوي كل كلمة تسليم (HOW) على 17 بتًا الأكثر أهمية من عدد TOW المقابل لبداية الإطار الفرعي التالي. ^[14] لاحظ أنه يمكن حذف البتات الأقل أهمية بأمان لأن كلمة HOW واحدة تحدث في رسالة الملاحة كل 6 ثوانٍ، وهو ما يعادل دقة عدد TOW المختصر منها. على نحو مكافئ، فإن عدد TOW المختصر هو المدة الزمنية منذ بداية/نهاية أسبوع GPS الأخير إلى بداية الإطار التالي بوحدات 6 ثوانٍ.

يحتوي كل إطار (في الإطار الفرعي 1) على أقل 10 بتات أهمية من رقم أسبوع GPS المقابل. ^[15] لاحظ أن كل إطار يقع بالكامل ضمن أسبوع GPS واحد لأن إطارات GPS لا تعبر حدود أسبوع GPS. ^[16] نظرًا لأن التدحرج يحدث كل 1024 أسبوعًا لنظام GPS (كل 19.6 عامًا تقريبًا؛ 1024 يساوي 2 × ¹⁰ )، يحتاج جهاز الاستقبال الذي يحسب تواريخ التقويم الحالية إلى استنتاج بتات رقم الأسبوع العلوية أو الحصول عليها من مصدر مختلف. إحدى الطرق الممكنة هي أن يحفظ جهاز الاستقبال تاريخه الحالي في الذاكرة عند إيقاف تشغيله، وعند تشغيله، افترض أن رقم الأسبوع المقطوع الذي تم فك تشفيره حديثًا يتوافق مع فترة 1024 أسبوعًا والتي تبدأ من آخر تاريخ محفوظ. تستنتج هذه الطريقة بشكل صحيح رقم الأسبوع الكامل إذا لم يُسمح لجهاز الاستقبال أبدًا بالبقاء مغلقًا (أو بدون إصلاح الوقت والموضع) لأكثر من 1024 أسبوعًا (~19.6 عامًا).

يتكون التقويم من معلومات المدار التقريبي وحالة كل قمر صناعي في الكوكبة، ونموذج أيونوسفيري ، ومعلومات لربط الوقت المستمد من نظام تحديد المواقع العالمي بالتوقيت العالمي المنسق (UTC). يحتوي كل إطار على جزء من التقويم (في الإطارات الفرعية 4 و5) ويتم إرسال التقويم الكامل بواسطة كل قمر صناعي في 25 إطارًا إجماليًا (تتطلب 12.5 دقيقة). [ ^17] يخدم التقويم عدة أغراض. الأول هو المساعدة في الحصول على الأقمار الصناعية عند التشغيل من خلال السماح للمستقبل بإنشاء قائمة بالأقمار الصناعية المرئية بناءً على الموقع والوقت المخزنين، في حين يلزم وجود تقويم فلكي من كل قمر صناعي لحساب إصلاحات الموقع باستخدام هذا القمر الصناعي. في الأجهزة القديمة، قد يتسبب عدم وجود تقويم في جهاز استقبال جديد في تأخيرات طويلة قبل توفير موقع صالح، لأن البحث عن كل قمر صناعي كان عملية بطيئة. لقد جعلت التطورات في الأجهزة عملية الاستحواذ أسرع بكثير، لذلك لم يعد عدم وجود تقويم يمثل مشكلة. الغرض الثاني هو ربط الوقت المشتق من نظام تحديد المواقع العالمي (يسمى وقت نظام تحديد المواقع العالمي) بمعيار الوقت الدولي UTC . أخيرًا، يسمح التقويم لجهاز استقبال أحادي التردد بتصحيح خطأ التأخير الأيوني باستخدام نموذج أيونوسفيري عالمي. لا تكون التصحيحات دقيقة مثل أنظمة تعزيز GNSS مثل WAAS أو أجهزة الاستقبال ذات التردد المزدوج. ومع ذلك، غالبًا ما يكون ذلك أفضل من عدم التصحيح، لأن الخطأ الأيوني هو أكبر مصدر خطأ لجهاز استقبال GPS أحادي التردد.

إطارات LNAV-L 4 و5 [18] إطار فرعي صفحة وصف 4 1، 6، 11-12، 16، 19-24 محجوز 2-5، 7-10 بيانات التقويم لـ SV 25–32 13 جدول تصحيح رسالة الملاحة (NMCT) 14–15 مخصص لاستخدام النظام 17 رسائل خاصة 18 بيانات تصحيح الأيونوسفير والتوقيت العالمي المنسق 25 أعلام AS لـ SV 1–32، معلومات صحية لـ SV 25–32 5 1-24 بيانات التقويم لـ SV 1–24 25 معلومات صحية. لوقت مرجعي للتقويم SV 1–24

إطارات LNAV-U 4 و5 [19] إطار فرعي صفحة وصف 4 1، 6، 10-12، 16، 19-24 محجوز 2-5، 7-9 بيانات التقويم لـ SV 89–95 13 جدول تصحيح رسالة الملاحة (NMCT) 14–15 مخصص لاستخدام النظام 17 رسائل خاصة 18 بيانات تصحيح الأيونوسفير والتوقيت العالمي المنسق 25 أعلام AS لأرقام PRN 33–63، معلومات صحية لـ SV 89–95 5 1-24 بيانات التقويم لـ SV 65–88 25 معلومات صحية. لوقت مرجعي للتقويم SV 65–88

يتم تحديث بيانات القمر الصناعي عادة كل 24 ساعة، مع تحميل بيانات تصل إلى 60 يومًا في حالة حدوث انقطاع في القدرة على إجراء التحديثات بانتظام. عادةً ما تحتوي التحديثات على تقويمات جديدة، مع تحميل التقاويم الجديدة بشكل أقل تكرارًا. يضمن قطاع التحكم أنه أثناء العمليات العادية سيتم تحميل تقويم جديد كل 6 أيام على الأقل.

تبث الأقمار الصناعية تقويمًا جديدًا كل ساعتين. ويكون التقويم صالحًا بشكل عام لمدة 4 ساعات، مع توفير التحديثات كل 4 ساعات أو أكثر في ظروف غير اسمية. أصبح الوقت اللازم للحصول على التقويم عنصرًا مهمًا في التأخير في تحديد الموقع الأول، لأنه مع زيادة قدرة أجهزة الاستقبال، يتقلص الوقت اللازم للتثبيت على إشارات القمر الصناعي؛ ومع ذلك، تتطلب بيانات التقويم من 18 إلى 36 ثانية قبل استلامها، بسبب معدل نقل البيانات المنخفض.

وبعد أن بلغ نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) القدرة التشغيلية الكاملة في 17 يوليو 1995 ^[20]، كان قد أكمل أهداف تصميمه الأصلية. ومع ذلك، أدت التطورات الإضافية في التكنولوجيا والمتطلبات الجديدة على النظام الحالي إلى بذل الجهود "لتحديث" نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). بشرت الإعلانات الصادرة عن نائب الرئيس والبيت الأبيض في عام 1998 ببداية هذه التغييرات، وفي عام 2000، أعاد الكونجرس الأمريكي تأكيد الجهود، المشار إليها باسم GPS III .

يتضمن المشروع محطات أرضية جديدة وأقمار صناعية جديدة، مع إشارات ملاحية إضافية للمستخدمين المدنيين والعسكريين. ويهدف إلى تحسين الدقة والتوافر لجميع المستخدمين. وقد تم تحديد هدف التنفيذ في عام 2013، وتم تقديم حوافز للمقاولين إذا تمكنوا من إكمال المشروع بحلول عام 2011.

تحتوي إشارات GPS المدنية الحديثة على تحسينين عامين مقارنة بنظيراتها القديمة: مساعدة الاستحواذ بدون بيانات وترميز تصحيح الخطأ الأمامي (FEC) لرسالة NAV.

إن أداة الاستحواذ الخالية من البيانات هي إشارة إضافية، تسمى في بعض الحالات حاملة تجريبية، يتم بثها جنبًا إلى جنب مع إشارة البيانات. تم تصميم هذه الإشارة الخالية من البيانات بحيث يسهل الحصول عليها مقارنة بالبيانات المشفرة، وعند الاستحواذ الناجح، يمكن استخدامها للحصول على إشارة البيانات. تعمل هذه التقنية على تحسين الحصول على إشارة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وتعزيز مستويات الطاقة في جهاز الارتباط.

يتمثل التقدم الثاني في استخدام ترميز تصحيح الخطأ الأمامي (FEC) على رسالة NAV نفسها. ونظرًا لمعدل نقل بيانات NAV البطيء نسبيًا (عادةً 50 بت في الثانية)، فقد يكون للانقطاعات الصغيرة تأثيرات كبيرة محتملة. وبالتالي، فإن تصحيح الخطأ الأمامي على رسالة NAV يمثل تحسنًا كبيرًا في قوة الإشارة الإجمالية.

كان أحد الإعلانات الأولى هو إضافة إشارة جديدة للاستخدام المدني، ليتم بثها على تردد مختلف عن تردد L1 المستخدم لإشارة الاستحواذ/التقريب (C/A). في النهاية، أصبحت هذه إشارة L2C، والتي سميت بهذا الاسم لأنها تُبث على تردد L2. نظرًا لأنها تتطلب أجهزة جديدة على متن القمر الصناعي، فإنها تُبث فقط بواسطة ما يسمى Block IIR-M والأقمار الصناعية ذات التصميم اللاحق. تتمثل مهمة إشارة L2C في تحسين دقة الملاحة وتوفير إشارة سهلة التتبع والعمل كإشارة زائدة في حالة التداخل الموضعي. تم بث إشارات L2C بدءًا من أبريل 2014 على الأقمار الصناعية القادرة على بثها، لكنها لا تزال تعتبر في مرحلة ما قبل التشغيل. ^[1] اعتبارًا من يناير 2021 ^[update]، يتم بث L2C على 23 قمرًا صناعيًا ومن المتوقع أن يتم بثها على 24 قمرًا صناعيًا بحلول عام 2023. ^[1]

على عكس رمز C/A، يحتوي L2C على تسلسلين مميزين من رموز PRN لتوفير معلومات النطاق؛ الرمز المدني المعتدل (يسمى CM)، والرمز المدني الطويل (يسمى CL). يبلغ طول رمز CM 10230 شريحة، ويتكرر كل 20 مللي ثانية. يبلغ طول رمز CL 767250 شريحة، ويتكرر كل 1500 مللي ثانية. يتم إرسال كل إشارة بسرعة 511500 شريحة في الثانية ( رقاقة/ثانية )؛ ومع ذلك، يتم إرسالها معًا لتشكيل إشارة بسرعة 1023000 شريحة/ثانية.

يتم تعديل CM باستخدام رسالة الملاحة CNAV (انظر أدناه)، بينما لا يحتوي CL على أي بيانات معدلة ويسمى تسلسلًا بدون بيانات . يوفر التسلسل الطويل الخالي من البيانات ارتباطًا أكبر بنحو 24 ديسيبل (أقوى بنحو 250 مرة) من رمز L1 C/A.

عند مقارنتها بإشارة C/A، تتمتع L2C بقدرة أكبر على استعادة البيانات بمقدار 2.7 ديسيبل وتتبع الناقل بمقدار 0.7 ديسيبل، على الرغم من أن قوة إرسالها أضعف بمقدار 2.3 ديسيبل.

الحالة الحالية لإشارة L2C اعتبارًا من 3 يوليو 2023 ^[21] هي:

• إشارة ما قبل التشغيل مع مجموعة الرسالة "صحية"
• البث من 25 قمرًا صناعيًا لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) (حتى 3 يوليو 2023)
• بدأ الإطلاق في عام 2005 باستخدام GPS Block IIR-M
• متاح على 24 قمرًا صناعيًا لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مع إمكانية التحكم في القطاع الأرضي بحلول عام 2023 (اعتبارًا من يناير 2020)

يتم إنشاء رموز المدى المدني المعتدل والمدى المدني الطويل بواسطة LFSR معياري يتم إعادة تعيينه بشكل دوري إلى حالة أولية محددة مسبقًا. يتم تحديد فترة CM وCL من خلال إعادة التعيين هذه وليس من خلال الفترة الطبيعية لـ LFSR (كما هو الحال مع رمز C/A). يتم تحديد الحالات الأولية في مواصفات الواجهة وهي مختلفة لأرقام PRN المختلفة وبالنسبة لـ CM/CL. متعدد الحدود/القناع المرتجع هو نفسه بالنسبة لـ CM وCL. وبالتالي يتم إعطاء رموز المدى بواسطة:

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

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

أين:

CM _i وCL _i هما رموز النطاق لرقم PRN i وحججهما هي العدد الصحيح للرقائق المنقضية (بدءًا من 0) منذ بداية/نهاية أسبوع GPS، أو على نحو مكافئ منذ أصل مقياس وقت GPS (انظر § الوقت).

A ( x , t ) هو خرج LFSR عند تهيئته بالحالة الأولية x بعد تسجيله t مرة.

X _i و Y _i هما الحالتان الأوليتان لـ CM و CL على التوالي. لرقم PRN .${\displaystyle i}$

mod هو الباقي من عملية القسمة.

t هو عدد صحيح لفترات شريحة CM وCL منذ أصل وقت GPS أو ما يعادله، منذ أي ثانية GPS (بدءًا من 0).

يتم وصف الحالات الأولية في مواصفات واجهة GPS كأرقام معبر عنها بالثماني وفقًا للاتفاقية التي تنص على أن حالة LFSR يتم تفسيرها على أنها تمثيل ثنائي لرقم حيث يكون البت الناتج هو البت الأقل أهمية، والبت الذي يتم فيه تحويل البتات الجديدة هو البت الأكثر أهمية. باستخدام هذه الاتفاقية، يتحول LFSR من البت الأكثر أهمية إلى البت الأقل أهمية وعندما يُرى في ترتيب الطرف الكبير، فإنه يتحول إلى اليمين. يتم الحصول على الحالات المسماة الحالة النهائية في IS بعد10 229 دورة لـ CM وما بعدها767 249 دورة لـ LM (قبل إعادة الضبط في كلتا الحالتين).

بنية الرسالة
(الحقول المشتركة) ^[22]

بتات [23]	معلومة
1-8	المقدمة
9-14	PRN للقمر الصناعي المرسل
15-20	معرف نوع الرسالة
21–37	عدد TOW المقطوع [24]
38	علم التنبيه
277–300	فحص التكرار الدوري

أنواع الرسائل

معرف النوع	وصف
10-11	التقويم والصحة
12، 31، 37	معلمات التقويم
13-14، 34	التصحيح التفاضلي
15, 36	الرسائل النصية
30	تصحيح التأخير الأيوني والجماعي
32	معلمات اتجاه الأرض
33	معلمات التوقيت العالمي المنسق
35	إزاحة وقت GPS/GNSS

بيانات CNAV هي نسخة مطورة من رسالة الملاحة NAV الأصلية. وهي تحتوي على تمثيل عالي الدقة وبيانات أكثر دقة من بيانات NAV. لا يزال يتم نقل نفس النوع من المعلومات (الوقت والحالة والتقويم والتقويم الفلكي) باستخدام تنسيق CNAV الجديد؛ ومع ذلك، بدلاً من استخدام بنية الإطار / الإطار الفرعي، فإنه يستخدم تنسيقًا جديدًا شبه محزمًا يتكون من رسائل مدتها 12 ثانية و300 بت مماثلة لإطارات LNAV. وبينما تحتوي إطارات LNAV على محتوى معلومات ثابت، قد تكون رسائل CNAV من أحد الأنواع المحددة. يحدد نوع الإطار محتواه من المعلومات. لا تتبع الرسائل جدولًا ثابتًا فيما يتعلق بأنواع الرسائل التي سيتم استخدامها، مما يسمح لشريحة التحكم ببعض التنوع. ومع ذلك، بالنسبة لبعض أنواع الرسائل، توجد حدود أدنى لعدد مرات إرسالها.

في CNAV، ما لا يقل عن 1 من كل 4 حزم بيانات تقويمية وينطبق نفس الحد الأدنى على حزم بيانات الساعة. ^[25] يسمح التصميم بإرسال مجموعة متنوعة من أنواع الحزم. مع كوكبة من 32 قمرًا صناعيًا، والمتطلبات الحالية لما يجب إرساله، يتم استخدام أقل من 75٪ من النطاق الترددي. تم تحديد جزء صغير فقط من أنواع الحزم المتاحة؛ وهذا يمكّن النظام من النمو ودمج التطورات دون كسر التوافق.

هناك العديد من التغييرات المهمة في رسالة CNAV الجديدة:

• إنه يستخدم تصحيح الخطأ الأمامي (FEC) الذي توفره شفرة التفافية بمعدل 1/2 ، لذلك بينما تكون رسالة التنقل 25 بت/ثانية، يتم إرسال إشارة بمعدل 50 بت/ثانية.
• تحمل الرسائل CRC مكون من 24 بتًا ، ويمكن التحقق من سلامتها.
• يتم الآن تمثيل رقم أسبوع GPS بـ 13 بتًا، أو 8192 أسبوعًا، ويتكرر كل 157.0 عامًا فقط، مما يعني أن العودة التالية إلى الصفر لن تحدث حتى عام 2137. وهذا أطول مقارنة باستخدام رسالة L1 NAV لرقم أسبوع مكون من 10 بتات، والذي يعود إلى الصفر كل 19.6 عامًا.
• توجد حزمة تحتوي على إزاحة زمنية بين نظامي GPS وGNSS. وهذا يسمح بتوافق أفضل مع أنظمة نقل الوقت العالمية الأخرى، مثل Galileo و GLONASS ، وكلاهما مدعوم.
• يتيح النطاق الترددي الإضافي تضمين حزمة للتصحيح التفاضلي، لاستخدامها بطريقة مماثلة لأنظمة التعزيز القائمة على الأقمار الصناعية والتي يمكن استخدامها لتصحيح بيانات ساعة L1 NAV.
• تحتوي كل حزمة على علامة تنبيه يتم ضبطها في حالة عدم إمكانية الوثوق ببيانات القمر الصناعي. وهذا يعني أن المستخدمين سيعلمون في غضون 12 ثانية ما إذا كان القمر الصناعي غير صالح للاستخدام. ويشكل هذا الإخطار السريع أهمية كبيرة لتطبيقات سلامة الأرواح، مثل الطيران.
• وأخيرا، تم تصميم النظام لدعم 63 قمرا صناعيا، مقارنة بـ 32 قمرا صناعيا في رسالة L1 NAV.

تبدأ وتنتهي رسائل CNAV عند بداية/نهاية أسبوع GPS بالإضافة إلى مضاعف عدد صحيح يبلغ 12 ثانية. ^[26] على وجه التحديد، فإن بداية البت الأول (مع تطبيق ترميز الالتفاف بالفعل) لاحتواء المعلومات حول الرسالة تتطابق مع المزامنة المذكورة أعلاه. تبدأ رسائل CNAV بمقدمة مكونة من 8 بتات وهي نمط بت ثابت والغرض منها تمكين المستقبل من اكتشاف بداية الرسالة.

يتم وصف الكود التلافيفي المستخدم لترميز CNAV بواسطة:

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

أين:

${\displaystyle X_{1}}$وهي المخرجات غير المنظمة للمشفر التلافيفي${\displaystyle X_{2}}$

${\displaystyle d}$هي بيانات الملاحة الخام (غير المشفرة بتقنية FEC)، والتي تتكون من تسلسل بسيط للرسائل المكونة من 300 بت.

${\displaystyle t}$هو عدد صحيح من بتات بيانات الملاحة غير المشفرة بتقنية FEC والتي انقضت منذ نقطة زمنية محددة (تبدأ من 0).

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

${\displaystyle t'}$هو عدد صحيح من بتات بيانات الملاحة المشفرة بتقنية FEC والتي انقضت منذ نفس العصر (كما تبدأ من 0).${\displaystyle t}$

نظرًا لأن تيار البت المشفر بتقنية FEC يعمل بمعدل ضعف معدل البت غير المشفر بتقنية FEC كما هو موصوف بالفعل، فإن تشفير FEC يتم بشكل مستقل عن حدود رسالة التنقل؛ ^[27] وهذا يتبع من المعادلات أعلاه. ${\displaystyle t=\left\lfloor {\tfrac {t'}{2}}\right\rfloor }$

إن التأثير المباشر لإرسال ترددين مدنيين هو أن أجهزة الاستقبال المدنية يمكنها الآن قياس الخطأ الأيوني مباشرة بنفس الطريقة التي تستخدمها أجهزة الاستقبال ذات التردد المزدوج P(Y). ومع ذلك، يمكن للمستخدمين الذين يستخدمون إشارة L2C وحدها أن يتوقعوا زيادة في عدم اليقين في الموقع بنسبة 65% بسبب الخطأ الأيوني مقارنة بإشارة L1 وحدها. ^[28]

إن أحد المكونات الرئيسية لعملية التحديث هو الإشارة العسكرية الجديدة. وقد تم تصميمها، والتي يطلق عليها الكود العسكري أو M-code، لتحسين إمكانية منع التشويش والوصول الآمن لإشارات نظام تحديد المواقع العالمي العسكرية.

لم يُنشر سوى القليل جدًا عن هذا الرمز الجديد المقيد. فهو يحتوي على رمز PRN بطول غير معروف يُرسل عند 5.115 ميجاهرتز. وعلى عكس رمز P(Y)، فإن رمز M مصمم ليكون مستقلاً، مما يعني أنه يمكن للمستخدم حساب موقعه باستخدام إشارة رمز M فقط. ووفقًا للتصميم الأصلي لرمز P(Y)، كان على المستخدمين أولاً قفل رمز C/A ثم نقل القفل إلى رمز P(Y). وفي وقت لاحق، تم تطوير تقنيات الاستحواذ المباشر التي سمحت لبعض المستخدمين بالعمل بشكل مستقل باستخدام رمز P(Y).

هناك القليل من المعلومات المعروفة عن رسالة الملاحة الجديدة، والتي تسمى MNAV . وعلى غرار CNAV الجديدة، يتم تجميع MNAV الجديدة هذه في حزم بدلاً من تأطيرها، مما يسمح بحمولات بيانات مرنة للغاية. ومثل CNAV، يمكنها أيضًا الاستفادة من تصحيح الخطأ الأمامي (FEC) والكشف المتقدم عن الأخطاء (مثل CRC ).

يتم إرسال الكود M بنفس الترددات L1 وL2 المستخدمة بالفعل بواسطة الكود العسكري السابق، الكود P(Y). تم تصميم الإشارة الجديدة بحيث تضع معظم طاقتها على الحواف (بعيدًا عن حاملات P(Y) وC/A الحالية). لا تعمل في كل قمر صناعي، وتم إيقاف تشغيل الكود M للقمر الصناعي SVN62/PRN25 في 5 أبريل 2011. ^[29]

في انحراف كبير عن تصميمات GPS السابقة، تم تصميم رمز M ليتم بثه من هوائي اتجاهي عالي الكسب، بالإضافة إلى هوائي أرضي كامل. تم تصميم إشارة الهوائي الاتجاهي، والتي تسمى شعاع نقطي، لتوجيهها إلى منطقة محددة (قطرها عدة مئات من الكيلومترات) وزيادة قوة الإشارة المحلية بمقدار 20 ديسيبل، أو ما يقرب من 100 مرة أقوى. أحد الآثار الجانبية لوجود هوائيين هو أن قمر GPS سيبدو وكأنه قمرين صناعيين لنظام GPS يشغلان نفس الموضع لتلك الموجودة داخل شعاع النقطة. في حين أن إشارة رمز M للأرض بالكامل متاحة على أقمار Block IIR-M الصناعية، فلن يتم نشر هوائيات الشعاع النقطي حتى يتم نشر أقمار Block III الصناعية ، والتي بدأت في ديسمبر 2018.

إن أحد الآثار الجانبية المثيرة للاهتمام المترتبة على قيام كل قمر صناعي بإرسال أربع إشارات منفصلة هو أن MNAV يمكن أن يرسل أربع قنوات بيانات مختلفة، مما يوفر نطاق ترددي متزايد للبيانات.

تعتمد طريقة التعديل على ناقل إزاحة ثنائي ، باستخدام ناقل فرعي بتردد 10.23 ميجاهرتز مقابل شفرة 5.115 ميجاهرتز. سيكون لهذه الإشارة نطاق ترددي إجمالي يبلغ حوالي 24 ميجاهرتز، مع فصوص جانبية منفصلة بشكل كبير. يمكن استخدام النطاقات الجانبية لتحسين استقبال الإشارة.

توفر إشارة L5 وسيلة للملاحة الراديوية آمنة وقوية بما يكفي للتطبيقات الحرجة للحياة، مثل توجيه الاقتراب الدقيق للطائرات. يتم بث الإشارة في نطاق تردد محمي من قبل اتحاد الاتصالات الدولي لخدمات الملاحة الراديوية للطيران . تم عرضها لأول مرة من القمر الصناعي USA-203 (Block IIR-M)، وهي متاحة على جميع الأقمار الصناعية من GPS IIF و GPS III . تم بث إشارات L5 بدءًا من أبريل 2014 على الأقمار الصناعية التي تدعمها. ^[1]

حالة إشارة L5 اعتبارًا من 3 يوليو 2023 ^[update] هي: ^[30]

• إشارة ما قبل التشغيل مع ضبط الرسالة على أنها "غير صحية" حتى يتم إنشاء قدرة مراقبة كافية
• البث من 18 قمرًا صناعيًا لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)
• من المقرر أن يكون متاحًا على 24 قمرًا صناعيًا لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بحلول عام 2027 تقريبًا

يوفر النطاق L5 قوة إضافية في شكل تخفيف التداخل، حيث يتمتع النطاق بحماية دولية، والتكرار مع النطاقات الحالية، وتعزيز الأقمار الصناعية الثابتة، والزيادة الأرضية. كما تفيد القوة الإضافية لهذا النطاق التطبيقات الأرضية. ^[31]

يتم إرسال رمزين لتحديد مدى PRN على L5 في التربيع: رمز الطور المتزامن (يسمى رمز I5 ) ورمز الطور التربيعي (يسمى رمز Q5 ). يبلغ طول كلا الرمزين 10230 شريحة، ويتم إرسالهما بسرعة 10.23 مليون شريحة/ثانية (فترة تكرار 1 مللي ثانية)، ويتم إنشاؤهما بنفس الطريقة (يختلفان فقط في الحالات الأولية). بعد ذلك، يتم تعديل I5 (بواسطة الحصري أو) باستخدام بيانات الملاحة (تسمى L5 CNAV) ورمز نيومان-هوفمان 10 بتات يتم ضبطه بسرعة 1 كيلوهرتز. وبالمثل، يتم تعديل رمز Q5 ولكن باستخدام رمز نيومان-هوفمان 20 بت فقط والذي يتم ضبطه أيضًا بسرعة 1 كيلوهرتز.

بالمقارنة مع L1 C/A وL2، هذه بعض التغييرات في L5:

• تم تحسين بنية الإشارة لتحسين الأداء
• قوة إرسال أعلى من إشارة L1/L2 (~3 ديسيبل، أو ضعف قوتها)
• يوفر النطاق الترددي الأوسع مكسب معالجة بمقدار 10 أضعاف ، ويوفر ارتباطًا ذاتيًا أكثر وضوحًا (من حيث القيمة المطلقة، وليس نسبيًا إلى مدة وقت الشريحة) ويتطلب معدل أخذ عينات أعلى في جهاز الاستقبال.
• أكواد انتشار أطول (10 أضعاف أطول من C/A)
• يستخدم نطاق خدمات الملاحة الراديوية للطيران

يتم إنشاء الكود I5 والكود Q5 باستخدام نفس البنية ولكن بمعلمات مختلفة. هذه الرموز هي مزيج (باستخدام الحصر أو) من مخرجات سجلين مختلفين للتحويل بالتغذية الراجعة الخطية (LFSRs) يتم إعادة تعيينهما بشكل انتقائي.

5 _i ( t ) = U ( t ) ⊕ V _i ( 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 المتزامن والطور التربيعي، و n هو رقم PRN؛ يلزم وجود كل من الطور وPRN واحد لإشارة L5 من قمر صناعي واحد.

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

U و V _i عبارة عن رموز وسيطة، حيث لا تعتمد U على الطور أو PRN.

يتم استخدام مخرجات LFSRs ذات 13 مرحلة مع حالة الساعة t' :

تحتوي XA ( x , t' ) على متعددة حدودية تغذية راجعة x ¹³ + x ¹² + x ¹⁰ + x ⁹ + 1، والحالة الأولية 1111111111111 ₂ .

تحتوي XB _i ( x , t' ) على متعددة حدودية تغذية راجعة 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 المعطى بواسطة i (المعين في IS ^[32] ).

t هو عدد صحيح لفترات الشريحة منذ أصل وقت GPS أو ما يعادله، منذ أي ثانية GPS (بدءًا من 0).

A و B هما LFSRs ذات الطول الأقصى. تتوافق عمليات modulo مع عمليات إعادة الضبط. لاحظ أن كلاهما يتم إعادة ضبطهما كل ميلي ثانية (متزامنة مع عصور رمز C/A). بالإضافة إلى ذلك، فإن عملية modulo الإضافية في وصف A ترجع إلى حقيقة إعادة ضبطها قبل دورة واحدة من فترتها الطبيعية (والتي تبلغ 8191) بحيث يتم تعويض التكرار التالي بدورة واحدة فيما يتعلق بـ B ^[33] (وإلا، نظرًا لأن كلا التسلسلين سيتكرران، فإن I5 وQ5 سيتكرران أيضًا في أي فترة زمنية تبلغ 1 مللي ثانية، مما يؤدي إلى تدهور خصائص الارتباط).

تتضمن بيانات L5 CNAV تقاويم SV ووقت النظام وبيانات سلوك ساعة SV ورسائل الحالة ومعلومات الوقت وما إلى ذلك. يتم ترميز بيانات 50 بت/ثانية في مشفر التفافي بمعدل 1/2. تتم إضافة تيار الرمز الناتج بمعدل 100 رمز في الثانية (sps) modulo-2 إلى رمز I5 فقط؛ يتم استخدام سلسلة البتات الناتجة لتعديل الناقل في الطور L5 (I5). تسمى هذه الإشارة المدمجة إشارة بيانات L5. لا تحتوي الناقلة في الطور التربيعي L5 (Q5) على أي بيانات وتسمى إشارة L5 Pilot. التنسيق المستخدم لـ L5 CNAV مشابه جدًا لتنسيق L2 CNAV. أحد الاختلافات هو أنه يستخدم ضعف معدل البيانات. حقول البت داخل كل رسالة، ^[34] أنواع الرسائل، وخوارزمية رمز تصحيح الخطأ الأمامي هي نفسها تلك الموجودة في L2 CNAV. تبدأ وتنتهي رسائل L5 CNAV في بداية/نهاية أسبوع GPS بالإضافة إلى مضاعف صحيح لـ 6 ثوانٍ (ينطبق هذا على بداية البت الأول الذي يحتوي على معلومات حول الرسالة، كما هو الحال بالنسبة لـ L2 CNAV). ^[35]

البث على التردد L5 (1176.45 ميجا هرتز، 10.23 ميجا هرتز × 115)، وهو نطاق ملاحة جوية . تم اختيار التردد حتى يتمكن مجتمع الطيران من إدارة التداخل مع L5 بشكل أكثر فعالية من L2. ^[35]

L1C هي إشارة للاستخدام المدني، سيتم بثها على التردد L1 (1575.42 ميجا هرتز)، والذي يحتوي على إشارة C/A التي يستخدمها جميع مستخدمي نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الحاليين. سيتم بث إشارات L1C من أقمار GPS III والأقمار الصناعية اللاحقة، والتي تم إطلاق أولها في ديسمبر 2018. ^[1] اعتبارًا من يناير 2021 ^[update]، لم يتم بث إشارات L1C بعد، وهناك أربعة أقمار صناعية عاملة فقط قادرة على بثها. ومن المتوقع أن يتم بث L1C على 24 قمرًا صناعيًا لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في أواخر عشرينيات القرن الحادي والعشرين. ^[1]

يتكون L1C من مكون تجريبي (يسمى L1C _P ) ومكون بيانات (يسمى L1C _D ). ^[36] تستخدم هذه المكونات ناقلات بنفس الطور (ضمن هامش خطأ 100 ميلي راديان )، بدلاً من ناقلات في التربيع كما هو الحال مع L5. ^[37] يبلغ طول أكواد PRN 10230 رقاقة ويتم نقلها بسرعة 1.023 ميجا رقاقة/ثانية، وبالتالي تتكرر في 10 مللي ثانية. يتم أيضًا تعديل مكون الطيار بواسطة كود تراكب يسمى L1C _O (كود ثانوي له معدل أقل من كود النطاق ومحدد مسبقًا أيضًا، مثل كود النطاق). ^[36] من إجمالي طاقة إشارة L1C، يتم تخصيص 25٪ للبيانات و75٪ للطيار. تقنية التعديل المستخدمة هي BOC (1،1) لإشارة البيانات وTMBOC للطيار. الناقل الإزاحي الثنائي المتعدد الوقت (TMBOC) هو BOC(1,1) لجميع الدورات باستثناء 4 من 33 دورة، عندما يتحول إلى BOC(6,1).

• سيوفر التنفيذ كود C/A لضمان التوافق مع الإصدارات السابقة
• ضمان زيادة قدرها 1.5 ديسيبل في الحد الأدنى من طاقة رمز C/A للتخفيف من أي زيادة في مستوى الضوضاء
• يعمل حامل الطيار المكون للإشارة بدون بيانات على تحسين التتبع مقارنةً بـ L1 C/A
• يتيح قدرًا أكبر من التوافق المدني مع Galileo L1

الحالة الحالية لإشارة L1C اعتبارًا من 3 يوليو 2023 ^[21] هي:

• إشارة تطويرية مع مجموعة رسائل "غير صحية" ولا توجد بيانات ملاحة
• البث من 6 أقمار صناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) (حتى 3 يوليو 2023)
• بدأ الإطلاق في عام 2018 مع GPS III
• متاح على 24 قمرًا صناعيًا لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في أواخر عشرينيات القرن العشرين

تعتمد أكواد تحديد نطاق البيانات والطيار L1C على تسلسل Legendre بطول10 223 تستخدم لبناء كود وسيط (يسمى كود ويل ) والذي يتم توسيعه بتسلسل ثابت من 7 بتات إلى 10230 بت المطلوبة. هذا التسلسل المكون من 10230 بت هو كود النطاق ويتنوع بين أرقام PRN وبين مكونات الطيار والبيانات. يتم وصف أكواد النطاق بواسطة: ^[38]

${\displaystyle {\begin{aligned}{\text{L1C}}_{i}(t)&={\text{L1C}}'(t{\bmod {10\,230}})\\{\text{L1C}}'_{i}(t')&={\begin{cases}W_{i}(t')&{\text{ if }}t'<p'_{i}\\S(t'-p'_{i})&{\text{ if }}p'_{i}\leq t'<p'_{i}+7\\W_{i}(t'-7)&{\text{ if }}t'\geq p'_{i}+7\\\end{cases}}\\S&=(0,1,1,0,1,0,0)\\W_{i}(n)&=L(n)\oplus L((n+w_{i}){\bmod {10\,223}})\\L(n)&={\begin{cases}1&{\text{ if }}n\neq 0{\text{ and there is an integer }}m{\text{ such that }}n\equiv m^{2}{\pmod {10\,223}}\\0&{\text{ otherwise}}\\\end{cases}}\end{aligned}}}$

أين:

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

${\displaystyle {\text{L1C}}'_{i}}$يمثل فترة ؛ يتم تقديمه فقط للسماح بتدوين أكثر وضوحًا. للحصول على صيغة مباشرة لـ ابدأ من الجانب الأيمن للصيغة لـ واستبدل جميع حالات بـ .${\displaystyle {\text{L1C}}_{i}}$${\displaystyle {\text{L1C}}}$${\displaystyle {\text{L1C}}'}$${\displaystyle t'}$${\displaystyle t{\bmod {10\,230}}}$

${\displaystyle t}$هو عدد صحيح لفترات شريحة L1C (وهو 1 ⁄ 1.023  ميكروثانية) منذ أصل وقت GPS أو ما يعادله، منذ أي ثانية GPS (بدءًا من 0).

${\displaystyle i}$هو زوج مرتب يحدد رقم PRN والرمز (L1C _P أو L1C _D ) ويكون على شكل أو حيث هو رقم PRN للقمر الصناعي، وهما رمزان ( وليس متغيرات) يشيران إلى رمز L1C _P أو رمز L1C _D على التوالي.${\displaystyle ({\text{P}},n)}$${\displaystyle ({\text{D}},n)}$${\displaystyle n}$${\displaystyle {\text{P, D}}}$

${\displaystyle L}$هو رمز وسيط: متوالية ليجيندر التي يكون مجالها عبارة عن مجموعة الأعداد الصحيحة التي .${\displaystyle n}$${\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 عبارة عن تسلسل طويل مكون من 7 بتات تم تعريفه للمؤشرات القائمة على 0 من 0 إلى 6.

${\displaystyle p'_{i}}$هو مؤشر الإدراج القائم على 0 للتسلسل في رمز النطاق (خاص برقم PRN والرمز ). يتم تعريفه في مواصفات الواجهة (IS) كمؤشر قائم على 1 ، وبالتالي . ^[39]${\displaystyle S}$${\displaystyle i}$${\displaystyle p}$${\displaystyle p'_{i}=p_{i}-1}$

${\displaystyle w_{i}}$هو مؤشر Weil لرقم PRN والرمز المحدد في IS. ^[39]${\displaystyle i}$

${\displaystyle \operatorname {mod} }$هو الباقي من عملية القسمة (أو modulo)، والذي يختلف عن التدوين في عبارات التطابق المعياري ، والذي يستخدم أيضًا في هذه المقالة.

وفقًا للصيغة أعلاه وGPS IS، فإن البتات الأولى (على نحو مكافئ، حتى نقطة الإدراج ) من و هي البتات الأولى من رمز Weil المقابل؛ والبتات السبعة التالية هي ؛ والبتات المتبقية هي البتات المتبقية من رمز Weil. ${\displaystyle w_{i}}$${\displaystyle S}$${\displaystyle {\text{L1C}}'_{i}}$${\displaystyle {\text{L1C}}}$${\displaystyle S}$

يؤكد IS أن . ^[40] من أجل الوضوح، لا تأخذ صيغة الحالة الافتراضية التي يكون فيها ، والتي من شأنها أن تتسبب في التفاف مثيل inserted into من الفهرس${\displaystyle 0\leq p'_{i}\leq 10\,222}$${\displaystyle {\text{L1C}}'_{i}}$${\displaystyle p'_{i}>10\,222}$${\displaystyle S}$${\displaystyle {\text{L1C}}'_{i}}$10 229 إلى 0.

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

بالنسبة لأرقام PRN من 1 إلى 63، فهي المخرجات المقطوعة لـ LFSRs ذات الفترة القصوى والتي تختلف في الظروف الأولية ومتعددات الحدود المرتدة. ^[41]

بالنسبة لأرقام PRN من 64 إلى 210، فهي عبارة عن أكواد ذهبية مقطوعة تم إنشاؤها عن طريق الجمع بين مخرجين LFSR ( و ، حيث هو رقم PRN) الذي تختلف حالته الأولية. يحتوي على واحد من متعددات الحدود الأربعة للتغذية الراجعة المستخدمة بشكل عام (بين أرقام PRN من 64 إلى 210). يحتوي على نفس متعدد الحدود للتغذية الراجعة لجميع أرقام PRN في النطاق 64 إلى 210. ^[42]${\displaystyle {\text{S1}}_{i}}$${\displaystyle {\text{S2}}_{i}}$${\displaystyle i}$${\displaystyle {\text{S1}}_{i}}$${\displaystyle {\text{S2}}_{i}}$

إطارات فرعية

الإطار الفرعي	عدد البتات		وصف
	خام	مُشفّر
1	9	52	وقت الفاصل الزمني (TOI)
2	576	1200	تصحيح الوقت وبيانات التقويم الفلكي
3	250	548	البيانات المتغيرة

الإطار الفرعي 3 صفحات

الصفحة رقم	وصف
1	UTC و IONO
2	GGTO و EOP
3	التقويم المخفض
4	تقويم ميدي
5	التصحيح التفاضلي
6	نص

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

إن إطارات L1C تشبه رسائل L2C وL5. وفي حين تستخدم إطارات L2 CNAV وL5 CNAV نوعًا مخصصًا من الرسائل لبيانات التقويم، فإن جميع إطارات CNAV-2 تتضمن هذه المعلومات.

يتكون الهيكل المشترك لجميع الرسائل من 3 إطارات، كما هو موضح في الجدول المجاور. يختلف محتوى الإطار الفرعي 3 وفقًا لرقم الصفحة الخاص به والذي يشبه رقم نوع رسائل L2 CNAV وL5 CNAV. يتم بث الصفحات بترتيب عشوائي. ^[43]

يتم التعبير عن وقت الرسائل (لا ينبغي الخلط بينه وبين معلمات تصحيح الساعة) بتنسيق مختلف عن تنسيق الإشارات المدنية السابقة. بدلاً من ذلك، يتكون من 3 مكونات:

1. رقم الأسبوع ، بنفس المعنى كما هو الحال مع الإشارات المدنية الأخرى. تحتوي كل رسالة على رقم الأسبوع modulo 8,192 أو ما يعادله، 13 بتًا أقل أهمية من رقم الأسبوع، مما يسمح بالتحديد المباشر لأي تاريخ ضمن نطاق 157 عامًا.
2. فترة زمنية أسبوعية (ITOW): عدد صحيح لفترات مدتها ساعتان انقضت منذ آخر بداية/نهاية للأسبوع. يتراوح نطاقها بين 0 و83 (شاملة)، وتتطلب 7 بتات للترميز.
3. وقت الفاصل الزمني (TOI): عدد صحيح من الفترات التي تبلغ مدتها 18 ثانية والتي انقضت منذ الفترة التي يمثلها وقت إرسال البيانات الحالي حتى بداية الرسالة التالية . يتراوح نطاقه بين 0 و399 (شاملاً) ويتطلب 9 بتات من البيانات.

TOI هو المحتوى الوحيد للإطار الفرعي 1. رقم الأسبوع وITOW موجودان في الإطار الفرعي 2 مع معلومات أخرى.

الإطار الفرعي 1 مشفر بواسطة رمز BCH معدّل . على وجه التحديد، يتم ترميز البتات الثمانية الأقل أهمية بواسطة BCH لتوليد 51 بتًا، ثم يتم دمجها باستخدام الحصري أو مع البت الأكثر أهمية وأخيرًا يتم إلحاق البت الأكثر أهمية باعتباره البت الأكثر أهمية في النتيجة السابقة للحصول على البتات الـ 52 النهائية. ^{[44] يتم توسيع الإطارين الفرعيين 2 و3 بشكل فردي باستخدام} CRC مكون من 24 بتًا ، ثم يتم ترميزهما بشكل فردي باستخدام رمز فحص التكافؤ منخفض الكثافة ، ثم يتم تداخلهما كوحدة واحدة باستخدام متداخل كتلة. ^[45]

ترددات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)

فرقة	التردد (ميجا هرتز)	مرحلة	الاستخدام الأصلي	الاستخدام الحديث
ل1	1575.42 (10.23 × 154)	أنا	كود P(Y) الدقيق المشفر
		س	كود الخشن/الاستحواذ (C/A)	C/A، رمز L1 المدني (L1C)، والعسكري (M)
ل2	1227.60 (10.23 × 120)	أنا	كود P(Y) الدقيق المشفر
		س	حاملة غير معدلة	رمز L2 المدني (L2C) والرمز العسكري (M)
ل3	1381.05 (10.23 × 135)		يستخدمه نظام الكشف عن التفجيرات النووية (NUDET) (الحمولة) (NDS): إشارات التفجيرات النووية/ الأحداث بالأشعة تحت الحمراء عالية الطاقة. يستخدم لفرض معاهدات حظر التجارب النووية.
ل4	1379.9133... (10.23 × 1214/9)		—	قيد الدراسة لإجراء تصحيح أيوني إضافي [46] : 607
ل5	1176.45 (10.23 × 115)	أنا	—	إشارة بيانات سلامة الحياة (SoL)
		س		إشارة الطيار الخاصة بسلامة الحياة

تبث جميع الأقمار الصناعية على نفس الترددين، 1.57542 جيجاهرتز (إشارة L1) و1.2276 جيجاهرتز (إشارة L2). تستخدم شبكة الأقمار الصناعية تقنية انتشار الطيف CDMA حيث يتم تشفير بيانات الرسائل ذات معدل البت المنخفض بتسلسل ضوضاء شبه عشوائية (PRN) عالي المعدل يختلف لكل قمر صناعي. يجب أن يكون المستقبل على دراية برموز PRN لكل قمر صناعي لإعادة بناء بيانات الرسالة الفعلية. ينقل رمز C / A، للاستخدام المدني، البيانات بسرعة 1.023 مليون شريحة في الثانية، بينما ينقل رمز P، للاستخدام العسكري الأمريكي، بسرعة 10.23 مليون شريحة في الثانية. يتم تعديل الموجة الحاملة L1 بواسطة كل من رموز C / A و P، بينما يتم تعديل الموجة الحاملة L2 فقط بواسطة رمز P. ^[47] يمكن تشفير رمز P على أنه ما يسمى برمز P (Y) والذي يتوفر فقط للمعدات العسكرية بمفتاح فك تشفير مناسب. يوفر كلا من الكودين C/A وP(Y) الوقت الدقيق من اليوم للمستخدم.

تصبح كل إشارة مركبة (طور متزامن وطور رباعي) على النحو التالي:

${\displaystyle S(t)={\sqrt {P_{\operatorname {I} }}}X_{\operatorname {I} }(t)\cos \left(\omega t+\phi _{0}\right)-{\sqrt {P_{\operatorname {Q} }}}X_{\operatorname {Q} }(t)\underbrace {\sin \left(\omega t+\phi _{0}\right)} _{-\cos \left(\omega t+\phi _{0}+{\frac {\pi }{2}}\right)},}$

حيث يمثل و قوى الإشارة؛ ويمثلان الرموز مع/بدون بيانات . هذه صيغة للحالة المثالية (التي لم يتم تحقيقها عمليًا) لأنها لا تنمذج أخطاء التوقيت أو الضوضاء أو عدم تطابق السعة بين المكونات أو خطأ التربيع (عندما لا تكون المكونات في التربيع تمامًا). ${\displaystyle \scriptstyle P_{\operatorname {I} }}$${\displaystyle \scriptstyle P_{\operatorname {Q} }}$${\displaystyle \scriptstyle X_{\operatorname {I} }(t)}$${\displaystyle \scriptstyle X_{\operatorname {Q} }(t)}$${\displaystyle \scriptstyle (=\;\pm 1)}$

يقوم جهاز استقبال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بمعالجة إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) التي يستقبلها على هوائيه لتحديد الموضع والسرعة و/أو التوقيت. يتم تضخيم الإشارة عند الهوائي، وتحويلها إلى تردد أساسي أو متوسط، وتصفيتها (لإزالة الترددات خارج نطاق التردد المقصود للإشارة الرقمية التي قد تتداخل معها) ورقمنتها؛ يمكن تسلسل هذه الخطوات بترتيب مختلف. لاحظ أن التداخل يكون مقصودًا في بعض الأحيان (على وجه التحديد، عند استخدام أخذ عينات أقل من الحد الأدنى ) ولكن التصفية لا تزال مطلوبة لتجاهل الترددات غير المقصودة أن تكون موجودة في التمثيل الرقمي.

بالنسبة لكل قمر صناعي يستخدمه جهاز الاستقبال، يجب على جهاز الاستقبال أولاً التقاط الإشارة ثم تتبعها طالما كان هذا القمر الصناعي قيد الاستخدام؛ يتم تنفيذ كلا العمليتين في المجال الرقمي في معظم أجهزة الاستقبال (إن لم يكن كلها).

إن الحصول على إشارة هو عملية تحديد التردد ومرحلة الترميز (كلاهما بالنسبة لوقت المستقبل) عندما كانت غير معروفة من قبل. يجب تحديد مرحلة الترميز بدقة تعتمد على تصميم المستقبل (خاصة حلقة التتبع)؛ 0.5 مرة مدة شرائح الترميز (حوالي 0.489 ميكروثانية) هي قيمة تمثيلية.

التتبع هو عملية ضبط التردد والطور المقدرين بشكل مستمر لمطابقة الإشارة المستقبلة قدر الإمكان وبالتالي فهي حلقة مقفلة الطور . لاحظ أن الاستحواذ يتم للبدء في استخدام قمر صناعي معين، ولكن التتبع يتم طالما كان هذا القمر الصناعي قيد الاستخدام.

في هذا القسم، تم وصف إجراء ممكن لاكتساب وتتبع L1 C/A، لكن العملية متشابهة جدًا للإشارات الأخرى. يعتمد الإجراء الموصوف على حساب ارتباط الإشارة المستقبلة بنسخة محلية تم إنشاؤها من رمز المدى واكتشاف أعلى قمة أو أدنى وادٍ. يحتوي إزاحة أعلى قمة أو أدنى وادٍ على معلومات حول مرحلة الرمز نسبة إلى وقت المستقبل. يتم تحديد مدة النسخة المحلية من خلال تصميم المستقبل وهي عادةً أقصر من مدة بتات بيانات الملاحة، والتي تبلغ 20 مللي ثانية.

يمكن تصور الحصول على رقم PRN معين على أنه البحث عن إشارة في مساحة بحث ثنائية الأبعاد حيث تكون الأبعاد هي (1) طور الكود، (2) التردد. بالإضافة إلى ذلك، قد لا يعرف المستقبل رقم PRN الذي يبحث عنه، وفي هذه الحالة تتم إضافة بُعد ثالث إلى مساحة البحث: (3) رقم PRN.

مساحة التردد

إن نطاق التردد لمساحة البحث هو النطاق الذي قد توجد فيه الإشارة بالنظر إلى معرفة المستقبل. ويختلف تردد الموجة الحاملة بنحو 5 كيلوهرتز بسبب تأثير دوبلر عندما يكون المستقبل ثابتًا؛ وإذا تحرك المستقبل، يكون الاختلاف أعلى. ويبلغ انحراف تردد الرمز 1/1540 مرة انحراف تردد الموجة الحاملة لـ L1 لأن تردد الرمز هو 1/1540 من تردد الموجة الحاملة (انظر الفقرة الترددات المستخدمة بواسطة نظام تحديد المواقع العالمي). ولا يؤثر التحويل إلى الأسفل على انحراف التردد؛ بل إنه يحول فقط جميع مكونات تردد الإشارة إلى الأسفل. ونظرًا لأن التردد مرتبط بوقت المستقبل، فإن عدم اليقين في تردد مذبذب المستقبل يضيف إلى نطاق تردد مساحة البحث.

مساحة مرحلة الكود

يحتوي الكود المتراوح على فترة 1023 شريحة، كل منها تدوم حوالي 0.977 ميكروثانية (انظر § الكود الخشن/الاستحواذ). يعطي الكود ارتباطًا ذاتيًا قويًا فقط عند إزاحات أقل من 1 في المقدار. يعتمد مدى مساحة البحث في بُعد طور الكود على حبيبات الإزاحات التي يتم حساب الارتباط عندها. من المعتاد البحث عن طور الكود ضمن حبيبات 0.5 شريحة أو أدق؛ وهذا يعني 2046 إزاحة. قد يكون هناك المزيد من العوامل التي تزيد من حجم مساحة البحث في طور الكود. على سبيل المثال، قد يتم تصميم جهاز الاستقبال بحيث يفحص نافذتين متتاليتين للإشارة الرقمية، بحيث لا تحتوي إحداهما على الأقل على انتقال بت الملاحة (مما يزيد من سوء ذروة الارتباط)؛ وهذا يتطلب أن تكون نوافذ الإشارة بطول 10 مللي ثانية على الأكثر.

مساحة رقم PRN

تتراوح أرقام PRN المنخفضة من 1 إلى 32 وبالتالي هناك 32 رقم PRN للبحث عنها عندما لا يكون لدى المستقبل معلومات لتضييق نطاق البحث في هذا البعد. تتراوح أرقام PRN الأعلى من 33 إلى 66. راجع § رسالة التنقل.

إذا تم الحصول على معلومات التقويم مسبقًا، يختار المستقبل الأقمار الصناعية التي يجب الاستماع إليها من خلال أرقام PRN الخاصة بها. إذا لم تكن معلومات التقويم في الذاكرة، يدخل المستقبل في وضع البحث ويتنقل عبر أرقام PRN حتى يتم الحصول على قفل على أحد الأقمار الصناعية. للحصول على قفل، من الضروري أن يكون هناك خط رؤية غير معوق من المستقبل إلى القمر الصناعي. يمكن للمستقبل بعد ذلك فك تشفير التقويم وتحديد الأقمار الصناعية التي يجب الاستماع إليها. عندما يكتشف إشارة كل قمر صناعي، فإنه يحددها من خلال نمط رمز C/A المميز الخاص به.

الطريقة الأبسط للحصول على الإشارة (ليست بالضرورة الأكثر فعالية أو الأقل تكلفة حسابيًا) هي حساب حاصل الضرب النقطي لنافذة الإشارة الرقمية بمجموعة من النسخ المتماثلة المولدة محليًا. تختلف النسخ المتماثلة المولدة محليًا في تردد الموجة الحاملة وطور الكود لتغطية مساحة البحث المذكورة بالفعل والتي هي حاصل الضرب الديكارتي لمساحة البحث الترددي ومساحة البحث في طور الكود. الموجة الحاملة هي رقم مركب حيث تكون المكونات الحقيقية والتخيلية عبارة عن جيب تمام كما هو موضح في صيغة أويلر . من المرجح أن تكون النسخة المتماثلة التي تولد أعلى مقدار من حاصل الضرب النقطي هي النسخة التي تطابق بشكل أفضل طور الكود وتردد الإشارة؛ لذلك، إذا كان هذا المقدار أعلى من عتبة، يشرع المستقبل في تتبع الإشارة أو تحسين المعلمات المقدرة بشكل أكبر قبل التتبع. تُستخدم العتبة لتقليل الإيجابيات الكاذبة (على ما يبدو اكتشاف إشارة عندما لا توجد إشارة في الواقع)، ولكن قد يحدث بعضها أحيانًا.

يسمح استخدام حاملة معقدة للنسخ المتماثلة بمطابقة الإشارة الرقمية بغض النظر عن طور حاملة الإشارة واكتشاف تلك الطور (المبدأ هو نفسه المستخدم بواسطة تحويل فورييه ). حاصل الضرب النقطي هو رقم مركب؛ يمثل مقداره مستوى التشابه بين النسخة المتماثلة والإشارة، كما هو الحال مع الارتباط العادي للسلاسل الزمنية ذات القيمة الحقيقية. وسيطة حاصل الضرب النقطي هي تقريب للناقل المقابل في الإشارة الرقمية.

على سبيل المثال، افترض أن الحبيبات للبحث في طور الكود هي 0.5 شريحة وفي التردد 500 هرتز، إذن يوجد 1,023/0.5  =  2,046 طور كود و 10,000 هرتز/500 هرتز  =  20 ترددًا لمحاولة الحصول على إجمالي 20×2,046  =  40,920 نسخة محلية . لاحظ أن كل صندوق تردد يتركز على فترته وبالتالي يغطي 250 هرتز في كل اتجاه؛ على سبيل المثال، يحتوي الصندوق الأول على ناقل عند −4.750 هرتز ويغطي الفاصل −5,000 هرتز إلى −4,500 هرتز. أطوار الكود متكافئة modulo 1,023 لأن الكود المتراوح دوري؛ على سبيل المثال، الطور −0.5 مكافئ للطور 1,022.5.

يوضح الجدول التالي النسخ المحلية التي سيتم مقارنتها بالإشارة الرقمية في هذا المثال. "•" تعني نسخة محلية واحدة بينما يتم استخدام "..." للنسخ المحلية المحذوفة:

انحراف تردد الناقل	مرحلة الكود (بالشرائح)
	0.0	0.5	(مراحل أخرى)	1,022.0	1,022.5
-4,750 هرتز	•	•	...	•	•
-4,250 هرتز	•	•	...	•	•
(مزيد من الترددات)	...	...	...	...	...
4250 هرتز	•	•	...	•	•
4,750 هرتز	•	•	...	•	•

كتحسين لطريقة الارتباط البسيطة، من الممكن تنفيذ حساب حاصل الضرب النقطي بكفاءة أكبر باستخدام تحويل فورييه . فبدلاً من إجراء حاصل ضرب نقطي واحد لكل عنصر في حاصل الضرب الديكارتي للرمز والتردد، يتم إجراء عملية واحدة تتضمن تحويل فورييه السريع وتغطي جميع الترددات لكل مرحلة رمز؛ كل عملية من هذا القبيل أكثر تكلفة حسابيًا، ولكنها قد تكون أسرع بشكل عام من الطريقة السابقة بسبب كفاءة خوارزميات تحويل فورييه السريع، كما أنها تستعيد تردد الناقل بدقة أعلى، لأن صناديق التردد متقاربة بشكل كبير في تحويل فورييه السريع .

وعلى وجه التحديد، بالنسبة لجميع مراحل الكود في مساحة البحث، يتم ضرب نافذة الإشارة الرقمية عنصرًا تلو الآخر باستخدام نسخة محلية من الكود (بدون موجة حاملة)، ثم تتم معالجتها باستخدام تحويل فورييه المنفصل .

بالنظر إلى المثال السابق الذي سيتم معالجته بهذه الطريقة، افترض بيانات ذات قيمة حقيقية (على عكس البيانات المعقدة، والتي سيكون لها مكونات متزامنة ومربعة)، ومعدل أخذ عينات 5 ميجا هرتز، ونافذة إشارة 10 مللي ثانية، وتردد وسيط 2.5 ميجا هرتز. سيكون هناك 5 ميجا هرتز × 10 مللي ثانية  =  50000 عينة في الإشارة الرقمية، وبالتالي 25001 مكون تردد يتراوح من 0 هرتز إلى 2.5 ميجا هرتز بزيادات 100 هرتز (لاحظ أن مكون 0 هرتز حقيقي لأنه متوسط ​​إشارة ذات قيمة حقيقية ومكون 2.5 ميجا هرتز حقيقي أيضًا لأنه التردد الحرج ). يتم فحص المكونات (أو الصناديق) فقط ضمن 5 كيلو هرتز من التردد المركزي، وهو النطاق من 2.495 ميجا هرتز إلى 2.505 ميجا هرتز، ويغطيها 51 مكون تردد . يوجد 2046 مرحلة رمزية كما في الحالة السابقة، وبالتالي سيتم فحص إجمالي 51×2046  =  104346 مكون تردد معقد .

وبالمثل، كتحسين لطريقة الارتباط البسيطة، من الممكن إجراء عملية واحدة تغطي جميع مراحل الكود لكل صندوق تردد. تتضمن العملية التي يتم إجراؤها لكل صندوق طور كود تحويل فورييه سريع أمامي، وضرب عنصري في مجال التردد، وتحويل فورييه سريع عكسي، ومعالجة إضافية بحيث تحسب بشكل عام الارتباط الدائري بدلاً من الالتفاف الدائري . وهذا يؤدي إلى تحديد طور الكود بدقة أكبر من طريقة الارتباط البسيطة على النقيض من الطريقة السابقة، والتي تؤدي إلى تحديد تردد الناقل بدقة أكبر من الطريقة السابقة.

نظرًا لأن تردد الموجة الحاملة المستقبلة يمكن أن يختلف بسبب تحول دوبلر ، فإن النقاط التي تبدأ عندها تسلسلات PRN المستقبلة قد لا تختلف عن O بعدد صحيح دقيق من المللي ثانية. وبسبب هذا، يتم استخدام تتبع تردد الموجة الحاملة جنبًا إلى جنب مع تتبع رمز PRN لتحديد متى يبدأ رمز PRN للقمر الصناعي المستقبل. ^[48] على عكس الحساب السابق للإزاحة حيث قد تكون هناك حاجة إلى تجارب لجميع الإزاحات البالغ عددها 1023، فإن التتبع للحفاظ على القفل يتطلب عادةً تحويل نصف عرض النبضة أو أقل. لإجراء هذا التتبع، يلاحظ المستقبل كميتين، خطأ الطور وإزاحة التردد المستقبل. يتم حساب ارتباط رمز PRN المستقبل فيما يتعلق برمز PRN الناتج عن المستقبل لتحديد ما إذا كانت بتات الإشارتين غير محاذية. يتم استخدام المقارنات بين رمز PRN المستقبل مع رمز PRN الناتج عن المستقبل الذي تم تحويله بنصف عرض النبضة مبكرًا ونصف عرض النبضة متأخرًا لتقدير التعديل المطلوب. ^[49] يتم استخدام مقدار التعديل المطلوب لتحقيق أقصى ارتباط في تقدير خطأ الطور. يوفر إزاحة التردد المستلمة عن التردد الذي يولده المستقبل تقديرًا لخطأ معدل الطور. يتم حساب الأمر الخاص بمولد التردد وأي تحويل إضافي مطلوب لرمز PRN كدالة لخطأ الطور وخطأ معدل الطور وفقًا لقانون التحكم المستخدم. يتم حساب سرعة دوبلر كدالة لإزاحة التردد عن التردد الاسمي للناقل. سرعة دوبلر هي مكون السرعة على طول خط البصر للمستقبل بالنسبة للقمر الصناعي.

مع استمرار المستقبل في قراءة تسلسلات PRN المتعاقبة، فإنه سيواجه تغييرًا مفاجئًا في طور إشارة PRN المستلمة التي يبلغ طولها 1023 بت. يشير هذا إلى بداية بت بيانات رسالة الملاحة. ^[50] يتيح هذا للمستقبل البدء في قراءة بتات 20 مللي ثانية من رسالة الملاحة. تمكن كلمة TLM في بداية كل إطار فرعي من إطار الملاحة المستقبل من اكتشاف بداية إطار فرعي وتحديد وقت ساعة المستقبل الذي يبدأ فيه الإطار الفرعي للملاحة. ثم تمكن كلمة HOW المستقبل من تحديد الإطار الفرعي المحدد الذي يتم إرساله. ^{[11] [12]} يمكن أن يكون هناك تأخير يصل إلى 30 ثانية قبل التقدير الأول للموضع بسبب الحاجة إلى قراءة بيانات التقويم قبل حساب تقاطعات أسطح الكرة.

بعد قراءة إطار فرعي وتفسيره، يمكن حساب وقت إرسال الإطار الفرعي التالي من خلال استخدام بيانات تصحيح الساعة وطريقة الإرسال. يعرف المستقبل وقت ساعة المستقبل عندما تم استلام بداية الإطار الفرعي التالي من خلال اكتشاف كلمة القياس عن بعد، وبالتالي تمكين حساب وقت العبور وبالتالي النطاق الزائف. من المحتمل أن يكون المستقبل قادرًا على الحصول على قياس جديد للنطاق الزائف في بداية كل إطار فرعي أو كل 6 ثوانٍ.

ثم يتم استخدام بيانات الموقع المداري، أو التقويم الفلكي ، من رسالة الملاحة لحساب مكان القمر الصناعي بدقة في بداية الرسالة. من المحتمل أن يكتسب جهاز الاستقبال الأكثر حساسية بيانات التقويم الفلكي بشكل أسرع من جهاز الاستقبال الأقل حساسية، وخاصة في بيئة صاخبة. ^[51]

• المكونات المتوازية والمتوازية

مواصفات واجهة GPS

• "مواصفات واجهة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS-IS-200K)" (ملف PDF) . 4 مارس 2019.(يصف L1 وL2C وP).
• "مواصفات واجهة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS-IS-705F)" (PDF) . 4 مارس 2019.(يصف L5).
• "مواصفات واجهة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS-IS-800E)" (ملف PDF) . 4 مارس 2019.(يصف L1C).