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GPS信号

業界の記事 2020年10月13日

GPSを理解する上で最も難しい部分は、信号そのものです。時間に基づいて距離を計算することは非常に明快で、三辺測量(後ほど取り上げます)でさえ、いくつかの図を使って説明すれば、それほど難しくありません。しかしGPS信号とその仕組みはかなり複雑です。

では、どのような情報が送られてくるのでしょうか?各衛星から送信される固有の信号には 2つのコードとメッセージが含まれています

  • C/Aコード(粗/取得コード
  • Pコード(精密コード)[暗号化された形でYコードと呼ばれている]
  • ナビゲーションメッセージ

Pコードは軍事用に暗号化されているので、無視することができます。なりすましを防ぐためと、アクセスできる人を管理するために暗号化されています。ちなみにPコードが暗号化されると、Yコードと呼ばれます。

 

キャリア

搬送波

2つの搬送波を使用しています。
Ll = 1575.42 MHz
L2 = 1227.60 MHz

C/A

C/Aコード

各衛星は搬送波に独自のコードを変調させている。民間人がアクセスできるC/AコードはLlで送信されます。それは1 ,023ビットで構成されています。

全体のコードは1ミリ秒で送信され、無限に繰り返されます。

ナブ

ナビゲーションメッセージ

C/Aコードと同様に、ナビゲーションメッセージもLlキャリアに変調されます。このメッセージには多くの重要な情報が含まれており、非常に長いです。しかし、送信速度が比較的遅いため、1つの完全なメッセージを送信するのに12.5分かかります。

P

ピーコード

2番目のユニークなコードはLlとL2キャリアの両方に変調されています。このコードは軍事用に暗号化されており、民間人が使用することはできません。これは、より多くのビットを含み、高速で送信されるため、認可されたユーザーがより高い精度で位置精度を計算することができます。

民間人としては、C/Aコードとナビゲーションメッセージにしか興味がない。C/Aコードは、実際には1,023ビットで構成されたバイナリ文字列である。一見すると、この文字列は完全にランダムなように見えるが、そうではない。シーケンスは慎重に構成されており、2枚のトレーシングペーパーにシーケンスを書き出して重ね合わせた場合、一致する位置は1つだけです(ここに示すように)。

バイナリ文字列

紙に書かれた二進法の文字列の例。

マッチのチェック

トレーシングペーパーに2枚のコピーを書き、一致するかどうかを調べる。

一致しない

この位置では一致するものがないことがわかります。

マッチ

この位置でシーケンスが一致します。

2試合目

我々は、シーケンスがこの位置でも一致していることを見ています(コードの1つのコピーが完全に他の上にある場合)。

C/Aコード工事

C/Aコードは、シーケンスが1つの位置でしか一致しないように構成されています。

C/Aコードが1つの位置でしか一致しないことがなぜ重要なのかについては、 衛星からの距離がどのように計算されるのかを後で見てみましょう。今のところ知っておく必要があるのは、各衛星が送信するC/Aコードは、その衛星に固有のものであり、一見ランダムなビット列のように見えますが、そうではないということです。このコードは正確な決定論的パターンに沿っているため、擬似ランダムノイズ(PRN)と呼ばれることもあります。

ナビゲーションメッセージは、データを含むため、C/Aコードとは異なります。これには、時計補正、衛星の健康状態、エフェメリス(正確な軌道)データ、電離層モデルのパラメータ、アルマナック(星座内のすべての衛星に関する一般的な情報)データなどの情報が含まれています。ナビゲーションメッセージに含まれる情報量が多く、送信速度が比較的遅いため、メッセージ全体を送信するのに12.5分かかります。

我々が見てみる必要があるGPS信号の最後の部分は、キャリア自体です。我々はすでに言ったように、各衛星は1575.42 MHzで2つの周波数-L1と1227.60 MHzでL2を送信します。3つの要素(C/Aコード、Yコード、ナビゲーションメッセージ)はすべてL1キャリアに変調されていますが、YコードだけはL2キャリアに変調されています。しかし、民間ユーザは L2 搬送波から Y コードを復調することはできませんが、「微分補正または DGPS とは何か」で説明したように、L2 搬送波自体を利用することができます。‘.

C/Aコードは1.023Mb/sの搬送波に変調されます。ナビゲーションメッセージは50b/sで搬送波に変調されます。

これは、私たちの 'GNSSとは?シリーズ。

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