Полная версия

Главная arrow Техника arrow Беспроводные технологии на автомобильном транспорте. Глобальная навигация и определение местоположения транспортных средств

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАЛЬНОМЕРНЫХ КОДОВ GPS

Три вида псевдослучайных дальномерных кода

Интерфейс системы GPS является беззапросным, т.е. НКА непрерывно излучают радиосигналы на двух частотах — L1 и L2. Таким образом, любой приемник потребителя, находящийся в зоне радиовидимости НКА, в произвольный момент времени может получать от него навигационную информацию в пассивном режиме.

В общем случае НКА GPS излучает три псевдослучайных даль-номерных кода:

  • 1) точный P-код, который является основным навигационным кодом;
  • 2) Y-код, используемый вместо P-кода, когда нужно исключить возможность несанкционированного использования Р-кода;
  • 3) С/А-код (код Голда) грубого поиска, который используют для обнаружения Р- или Y-кода.

Для передачи информации в GPS применено кодовое разделение радиосигналов, т.е. все НКА используют одни и те же несущие частоты, но каждый из спутников имеет свои коды, свойства которых позволяют надежно (с заданной вероятностью) разделять сигналы различных НКА между собой.

С/А-код (Clear(Coarse))/Acquisition) (код свободного доступа, открытый код — «грубый захват», простой (грубый) поиск формируется с помощью двух сдвиговых регистров, имеющих по 10 разрядов, и число символов С/А-кодов составляет Мс/А = 210 - 1 = 1023. Кодовая последовательность из 1023 символов формируется с тактовой частотой /имп = 1,023 МГц и имеет длительность 1 мс.

Таким образом, С/А-код имеет частоту следования импульсов (называемых чипами) 1,023 МГц и период повторения 0,001 с, поэтому его декодирование в приемнике осуществляется достаточно просто. Точность автономных измерений расстояний с его помощью невысока.

Каждый спутник имеет свой С/А-код. Они различаются только порядком чередования нулей и единиц при сохранении общей деятельности. Это достигается тем, что на сумматор подаются сигналы от различных пар ячеек регистра. По существу, код С/А представляет собой последовательность из 1023 битов, называемой псевдослучайным шумом или псевдослучайным кодом (PRN — pseudorandom code). PRN служит для идентификации передающего спутника. Все они пронумерованы от 1 до 32, и этот номер считывается GPS-приемником во время его работы.

Количество PRN-номеров больше, чем число спутников (24), так как это облегчает обслуживание GPS-сети: новый спутник может быть запущен, проверен и введен в эксплуатацию еще до того, как старый выйдет из строя, — такому спутнику просто будет присвоен новый номер (от 1 до 32).

PRN-коды GPS обладают рядом полезных свойств. Например, при обработке приемником сигналов от одного спутника, важно, чтобы процессу не мешали сигналы, пришедшие от других спутников. PRN-коды GPS обладают так называемым свойством ортогональности, т.е. они не интерферируют друг с другом. Кроме того, использование PRN-кодов позволяет существенно повысить помехоустойчивость канала.

Большинство гражданских пользователей используют С/А-код при работе с GPS-системами. Этот код (сигнатура) уникален для каждого спутника и постоянно повторяется через каждую 1 мс. Следовательно, спутник всегда идентифицирован соответствующим кодом С/А.

Навигационное сообщение помимо сигнатуры содержит характеристики спутника и заносится в базу данных приемника, что в дальнейшем позволяет сверять данные со спутника с базой данных навигатора. Поэтому спутники можно очень быстро и легко идентифицировать даже при большом их количестве в зоне прямой видимости. Это упрощает всю схему и позволяет использовать в GPS-приемниках меньшие по размеру и более слабые антенны приема, что удешевляет и уменьшает дизайн и габариты устройств.

Отметим, что код С/А первоначально использовался лицензированными пользователями для первичного «грубого» поиска сигнала с последующим переходом в стационарный режим отслеживания этого сигнала (вхождения в режим слежения) и последующего захвата точного Р- или Р(У)-кода с дальнейшим переходом к слежению уже за основным P-кодом. Сейчас код С/А находится в свободном доступе для использования в целях позиционирования повсеместно в любой точке прямой видимости навигационных спутников.

P-код (Protected) является основным дальномерным кодом. Поскольку P-код передается на двух частотах (L1 и L2), а С/А-код — на одной (L1), в GPS-приемниках, работающих по P-коду, частично компенсируется ошибка задержки сигнала в ионосфере, которая зависит от частоты сигнала. Точность автономного определения расстояния по P-коду примерно на порядок выше, чем по С/А-коду.

Генератор P-кода устроен гораздо сложнее: вместо двух в нем используется четыре 10-разрядных регистра. Особенностью работы по P-коду является то, что для вхождения в синхронизм (для захвата спутника) требуется знать точное время по часам приемника, что дает возможность приближенно предсказать сдвиг местной (генерируемой в приемнике) ПСП относительно ПСП, приходящей от спутника.

Защищенный P-код характеризуется частотой следования импульсов 10,23 МГц и периодом повторения семь суток. Это означает, что один раз в неделю происходит смена этого кода на всех спутниках. До недавнего времени измерения по P-коду могли выполнять только пользователи, получившие разрешение Министерства обороны США. Однако в результате утечки секретной информации «тайное» стало «явным», после чего к P-коду получил доступ широкий круг специалистов.

Американское оборонное ведомство предприняло меры дополнительной защиты P-кода: в любой момент без предупреждения может быть включен режим AS (Anti Spoofing). При этом выполняется дополнительное кодирование P-кода, и он превращается в Y-код. Расшифровка Y-кода возможна только аппаратно, т.е. с использованием специальной микросхемы (криптографического ключа), которая устанавливается в GPS-приемнике.

Таким образом, псевдослучайный дальномерный P-код, так же, как и С/А-код, — индивидуальный для каждого НКА, представляет собой последовательность длиной семь дней со скоростью передачи 10,23 Мб/с. Эта последовательность формируется сложением по модулю 2 двух различных последовательностей, длина которых соответственно 15,345,000 и 15,345,037 элементов. Последовательность формируется из последовательности импульсов с избирательной задержкой на длительность от 1 до 37 элементов, что позволяет сформировать 37 индивидуальных последовательностей P-кода длиной семь дней. Из них 32 варианта используются НКА, остальные пять зарезервированы для иных целей (например, для наземных передатчиков — псевдолитов1).

Y-код (дополнительный). Данный код применяется вместо P-кода при включении режима предотвращения преднамеренных помех и несанкционированного доступа к информации A/S (Anti-spoofmg2).

Y-код представляет собой закрытый P-код, он доступен для расшифровки только лицензированным пользователям, имеющим

Псевдолит (pseudo satellite) — это наземная станция в навигационных системах, предназначенная для измерения псевдодальности.

Spoofing, англ. — перехват зашифрованного сигнала с его передачей в измененном виде незаметно для получателя.

соответствующий ключ. Поэтому Y-код принято обозначать как Р(У)-код.

Навигационные космические аппараты способны также излучать «некорректные» версии С/А- и Р(У)-кодов для защиты пользователей от приема недостоверных навигационных сигналов, которые могут быть сформированы в результате выхода из строя бортовой системы синтезирования относительных частот. Эти два «некорректных» кода получили название нестандартного С/А (NSC) и нестандартного Y (NSY). Эти коды не предназначены для использования потребителями GPS.

Рассмотрим более подробно структуру С/А-, Р- и Y-кодов.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>