Сигналы, передаваемые спутниками GPS, - исключительно сложные. Система GPS предназначена работать с однонаправленными измерениями (только прием); обслуживать неограниченное количество как военных, так и гражданских пользователей, обеспечивать точные, однозначные измерения дальностей в реальном времени; обеспечивать точные измерения доплеровского сдвига; обеспечивать точные измерения фазы несущей; обеспечивать передачу сообщения; обеспечивать исправление ионосферной задержки; допускать одновременные измерения от многих спутников; иметь защиту от интерференции и иметь допустимую многопутность. Чтобы отвечать этим требованиям, сигналы GPS включают несколько компонент. Официальное описание сигналов содержится в Интерфейсном контрольном документе ICD-GPS-200 (http://www.navcen.uscg.mil).

Доплеровский сдвиг

Доплеровский сдвиг это сдвиг частоты радиоволны в зависимости от относительной скорости между источником и приёмником.

Многопутность

Отражение сигналов ближайшими объектами - многопутность.

Электромагнитная волна в общем случае может быть охарактеризована четырьмя параметрами: амплитудой, частотой, фазой и поляризацией. Если один из этих параметров изменяется некоторым контролируемым способом или модулируется, тогда электромагнитная волна может нести информацию.

Амплитуда колебаний

Амплитуда колебаний , наибольшее отклонение (от нулевого) значения величины, совершающей колебания, например отклонение маятника от положения равновесия, значений силы тока и электрического напряжения в переменном электрическом токе и т. д. Другими словами, А. определяет размах колебаний. Колеблющаяся величина достигает своего амплитудного (т. е. наибольшего) значения один раз в течение каждого полупериода колебаний. В гармонических колебаниях А. - величина постоянная. Однако термин "А." часто применяют в более широком смысле - по отношению к величине с колеблющимся значением по закону, более или менее близкому к гармоническому, а иногда и к колебаниям, вовсе далёким от гармонических.

Частота колебаний

Частота колебаний - количественная характеристика периодического колебательного процесса, равная числу полных колебаний, совершаемых в единицу времени.

Фаза колебаний

Фаза колебаний - физическая величина, определяющая при заданной амплитуде состояние колебательной системы в любой момент времени. Фаза колебаний выражается в угловых единицах или долях периода колебаний.

Фаза волны определяет состояние волны в данной точке и в данный момент времени. Это функция координат и времени. Она позволяет определить понятие волновой поверхности. Волновой поверхностью называют такую поверхность, все точки которой в данный момент времени находятся в одной и той же фазе, т.е. это поверхность постоянной фазы.

Поляризация

Поляризация - для электромагнитных волн направление колебаний вектора электрической индукции E.

Несущие частоты. Каждый спутник GPS непрерывно ведет передачи на двух несущих частотах L-диапазона, обозначаемых как L1 и L2 (символ L означает "link", "связь"). L-диапазон охватывает частоты между 1 и 2 ГГц и является частью УВЧ диапазона.

Герц

Герц - единица измерения частоты периодических процессов. Один герц соответствует одному периоду колебаний в секунду. Обозначается Гц, ГГц - гигагерц, 1ГГц=10⁹Гц.

УВЧ

300-3000 МГц, диапазон Ультра высоких частот(УВЧ)

Центры частот L1 и L2 равны:

• для f_L1=1575.42 МГц;
• для f_L2=1227.60 МГц.

Частота L1 (длина волны l_L1==19 см) получается путем умножения частоты задающего генератора на 154 и модулируется С/А- и Р-кодами, частота L2 (длина волны l_L1==24 см), получается умножением частоты задающего генератора на 120 и модулируется Р-кодом. Обе несущие частоты дополнительно модулируются навигационным сообщением. Наличие Р-кодов на двух частотах позволяет уверенно оценить ионосферную поправку и повысить точность.

Высокие несущие частоты используются по ряду причин. Сигналы GPS состоят из нескольких компонент. Для передачи этих составляющих необходима полоса пропускания примерно в 20 МГц. Кроме того, сигналы GPS должны обеспечивать средство для определения не только высокоточных положений в реальном времени, но и скоростей. Скорости определяются по измерениям небольшого сдвига в частоте принятых сигналов из-за эффекта Доплера. Чтобы достигнуть сантиметрового уровня точности в скорости, необходимы сигналы с сантиметровой длиной волны (микроволны).