3.2 Космический сегмент

Состоит из 28-29 спутников (число спутников меняется, всего существует 32 номера) которые обращаются на 6-ти орбитах. Плоскости орбит наклонены на угол около 55° к плоскости экватора и сдвинуты между собой на 60° по долготе. Радиусы орбит около 26 тыс. км, а период обращения - половина звёздных суток (примерно 11ч 58мин). На борту каждого спутника имеется 4 стандарта частоты (два цезиевых и два рубидиевых - для целей резервирования), солнечные батареи, двигатели корректировки орбит, приёмо-передающая аппаратура, компьютер. Передающая аппаратура спутника излучает синусоидальные сигналы на двух несущих частотах: L1=1575,42МГц и L2=1227,6МГц. Перед этим сигналы модулируются так называемыми псевдо случайными цифровыми последователями (точнее эта процедура называется фазовой манипуляцией). Причём частота L1 модулируется двумя видами кодов: С/А-кодом (код свободного доступа) и Р-кодом. Кроме того обе несущие частоты дополнительно кодируются навигационным сообщением. В котором содержатся данные об орбитах ИСЗ, информация о параметрах атмосферы, поправки системного времени.

Кодирование излучаемого спутником радиосигнала преследует несколько целей:

обеспечение возможности синхронизации сигналов ИСЗ и приёмника;

создание наилучших условий различения сигнала в аппаратуре приёмника на фоне шумов (доказано, что псевдо случайные коды обладают такими свойствами);

реализация режима ограниченного доступа к GPS, когда высокоточные измерения возможны лишь при санкционированном использовании системы.

Код свободного доступа С/А (Coarse Acquistion) имеет частоту следования импульсов (иначе называемых «чипами») 1,023МГц и период повторения 0,001 сек., поэтому его декодирование в приёмнике осуществляется достаточно просто. Однако точность автономных измерений расстояний с его помощью невысока.

Защищённый код Р (Protected) характеризуется частотой следования импульсов 10,23МГц и периодом повторения 7 суток. Кроме того, раз в неделю происходит смена этого кода на спутниках. Поэтому до недавнего времени измерения по Р - коду могли выполнять только пользователи, получившие разрешение Министерства обороны США. Однако и это «тайное» стало «явным» в результате утечки секретной информации, после чего к Р - коду получил доступ широкий круг специалистов. Американское оборонное ведомство предприняло меры дополнительной защиты Р - кода: в любой момент может без предупреждения может быть включен режим АS (Anti Spoofing). При этом выполняется дополнительное кодирование Р - кода, и он превращается в Y - код . Расшифровка Y - кода возможна только аппаратно, с использованием специальной микросхемы (криптографического ключа), которая устанавливается в GPS-приёмнике.

Кроме того, для снижения точности определения координат несанкционированными пользователями предусмотрен так называемый «режим выборочного доступа» SA (Selective Availability, который был отменён в ночь с 1-го на 2-е мая 2000 г.). При включении этого режима в навигационное сообщение намеренно вводится ложная информация о поправках к системному времени и орбитах ИСЗ, что приводит к снижению точности навигационных определений примерно в три раза.

Поскольку Р-код передаётся на двух частотах (L1 и L2), а С/А-код - на одной (L1), в GPS-приёмниках , работающих по Р-коду, частично компенсируется ошибка задержки сигнала в ионосфере, которая зависит от частоты сигнала. Точность автономного определения расстояния по Р-коду примерно на порядок выше, чем по С/А-коду.