GPS системийн судалгаа

GPS ийн 24н хиймэл дагуул нь бидний дээгүүр ойролцоогоор 12 мянган милийн зайд дэлхийг тойрон эргэж байдаг. Тэд тогтмол хөдөлгөөнтэй бөгөөд 24 цагийн дотор бүтэн хоёр тойрог хийдэг. Эдгээр хиймэл дагуулууд нь цагт 7000 милийн хурдтай.
GPS хиймэл дагуулууд нь нар сарны энергээр цэнэглэгддэг. Эдгээр нь нар сарны хэртэлтийн үед буюу нар сарны хүч байхгүй үед нөөцөлсөн цэнэгээрээ ажилладаг. Хиймэл дагуул тус бүрт байрлах жижиг пуужин тээгчид нь тэднийг зөв замаар нь нисгэж байдаг.


GPS системийн судалгаа
Глобал байршил тогтоох систем GPS
Глобал байршил тогтоох систем (GPS) нь хиймэл дагуулд үндэслэн АНУ-ын Хамгаалалтын Салбарын 24 хиймэл дагуулын сүлжээгээр байгуулагдсан навигацын систем юм. GPS систем нь анх 1973 оны 12 сард батлагдан анхныхаа хиймэл дагуулыг 1978 онд сансарт хөөрөгсөн. GPS нь анхандаа цэрэг дайны хэрэглээнд зориулагдсан байсан боловч 1980 онд засгийн газар иргэдийн хэрэглээнд хүчинтэй системийг бүтээсэн. 1993 оны 8 сард GPSийн тойрог зам нь 24н хиймэл дагуултай болж 12 сард анхныхаа үйлчилгээл үзүүлж эхэлсэн. GPS нь цаг агаарын ямар ч нөхцөлд, дэлхийн хаа сайгүй, өдрийн 24 цагийн турш ажилладаг. GPS-ийг хэрэглэхэд ямар ч захиалгын хөлс, татвар, үүрэг хариуцлага хэрэггүй.
Мэргэжлийн тоног төхөөрөмжүүдтэй хосолсон хиймэл дагуулын цуваа нь таныг дэлхийн хаана ч байсан таны байрлалыг уртраг өргөрөгтөй нь нарын тогтоох боломжтой.
Огторгуйд үндэслэсэн радио байрлал тогтоох систем нь тодорхой байрлал, давтамж, хугацааны өгөгдлөөр дэлхий нийтийн хэрэглэгчдийг шууд чөлөөтэй, тасралтгүй, мөн цаг агаарын бүх нөхцлүүдэд хангаж байдаг. GPS одны орд нь 24 н тойргийн хиймэл дагуулаас бүрддэг бөгөөд эдгээр нь зургаан өөр тойрог зам тус бүрийг тойрон эргэх дөрөв дөрвөн хиймэл дагуул юм.
GPS ийн 24н хиймэл дагуул нь бидний дээгүүр ойролцоогоор 12 мянган милийн зайд дэлхийг тойрон эргэж байдаг. Тэд тогтмол хөдөлгөөнтэй бөгөөд 24 цагийн дотор бүтэн хоёр тойрог хийдэг. Эдгээр хиймэл дагуулууд нь цагт 7000 милийн хурдтай.
GPS хиймэл дагуулууд нь нар сарны энергээр цэнэглэгддэг. Эдгээр нь нар сарны хэртэлтийн үед буюу нар сарны хүч байхгүй үед нөөцөлсөн цэнэгээрээ ажилладаг. Хиймэл дагуул тус бүрт байрлах жижиг пуужин тээгчид нь тэднийг зөв замаар нь нисгэж байдаг.

Хамгийн анхны GPS хиймэл дагуул нь 1978 онд хөөрсөн.
24 хиймэл дагуул бүхий бүтэн одны орд нь 1994 онд бүрэн гүйцсэн.
Хиймэл дагуул тус бүр арван жилийн дотор бүтээгдсэн бөгөөд бүтээгдсэнийхээ дагуу тойрог замд орж тогтмол байрласан.
GPS хиймэл дагуулын жин нь ойролцоогоор 2 мянган тоно.

Ажиллагаа
GPS хиймэл дагуул нь маш нарийн тойрог замаар дэлхийг өдөрт хоёр удаа тойрдог бөгөөд дэлхий рүү дохионы мэдээллийг дамжуулж байдаг. GPS хүлээн авагчид нь уг мэдээллийг хүлээн аваад гурвалсан систем ашиглан хэрэглэгчдийн байршлыг нарийн тогтоодог. GPS хүлээн авагчид нь хиймэл дагуулаас дохио дамжуулсан хугацааг хүлээн авсан хугацаатайгаа харьцуулж үздэг. Энэ хугацааны зөрүү нь GPS хүлээн авагч хиймэл дагуулаас хэр хол байгааг илтгэдэг.
GPS хүлээн авагч нь 2D байрлалыг (уртраг болон өргөрөг) тооцоолохдоо ядахдаа гурван хиймэл дагуулын дохионд холбогдсон байх ёстой бөгөөд үүгээрээ хөдөлгөөнийг мөрдөнө. Дөрөв буюу түүнээс дээш хиймэл дагуулаар, хүлээн авагч нь хэрэглэгчийн 3D байрлалыг (өргөрөг, уртраг болон дэлхийн түвшинөөс дээш) тодорхойлж чадна.
Нэгэнт хэрэглэгчийн байршлыг тодорхойлсон бол GPS хэмжих нэгж нь бусад мэдээллийг тооцоолж чадна, тухайлбал хурд, чиглэл, мөр, аялалын зай, хүрэх газар хүртэлх зай, нар мандах болон нар жаргах цаг гэх мэт.
Өнөөгийн GPS хүлээн авагчид нь туйлын нарийн тодорхойлж чаддаг бөгөөд энэ нь тэдний параллель олон сувагт загварын ач юм. Үүнийг Гарминны 12 параллель суваг гэж нэрэлдэг. Энэ хүлээн авагч нь анхны холболтоор л хиймэл дагуулд маш хурдан холбогддог бөгөөд өндөр барилгууд бүхий нягт шигүү хотын орчинд ч ажиллаж чадна. Агаарын хуйсагналтай холбоотой тодорхой үйлдвэрүүд болон бусад алдааны эх үүсвэрүүд нь GPS хүлээн авагчдын нарийн тодорхойлолтод нөлөөлж чаддаг. Гарминн хүлээн авагчид нь дунджаар 15 метрийн хооронд нарийн тодорхойлж чадна.
WAAS (Wide Area Augmentation System) Өргөн талбарт хүч хэмэх систем бүхий Гарминн GPS хүлээн авагчийн хүчин чадал нь дунджаар гурван метр доторх зайн сайжруулалт хийж чадна. Нэмэлтгүй тоног төхөөрөмж нь WAAS –ийн давуу талыг гаргахыг шаарддаг. Хэрэглэгчид ихэвчлэн дифференциал GPS (DGPS) -ээр илүү нарийн тодорхойлж чаддаг бөгөөд энэ нь дунджаар гурваас таван метрийн хооронд GPS-ийн алдааг засаж байдаг.
DGPS систем гэдэг нь GPS дохиог хүлээн авч дохио дамжуулагчаар дохиог засварлан дамжуулдаг цамхагуудын сүлжээнээс бүрддэг. Засварласан дохиог хүлээн авахын тулд, хэрэглэгчид дифференциал дохио хүлээн авагчтай байх ёстой бөгөөд энэ дохионы антенийг тэдний GPS-д нэмэлт болгон суулгасан байдаг

Огторгуй дах тодорхой цэгийн байрлал нь огторгуй дах өөр бусад мэдэгдсэн цэгүүдээс нэг цэг хүртлэх хэмжигдсэн зайгаар олддог. Энэ нэг цэгийг тайлбарлах зарим жишээг авч үзье.
Хэрэв хиймэл дагуулын байрлал S1 болон хиймэл дагуул x1 хүртлэх зай аль аль нь мэдэгдэж байвал хэрэглэгчийн байрлал S1-ийн зүүн баруун аль алинд нь байж болно. Хэрэглэгчийн байршлыг тогтоохын тулд, байрлал нь мэдэгдсэн өөр хиймэл дагуул хүртлэх зайг хэмжсэн байх ёстой. Энэ зурагт, S2 болон x2 байрлал нь хэрэглэгчийн U байрлалыг хялбараар тодорхойлно. Мөн хэрэглэгчийн байрлалыг тодорхойлохын тулд, гурван хиймэл дагуул болон гурван зай шаардлагатай. Байрлал нь тодорхойлогдсон цэг хүртэл тогтмол зайтай цэгийн ул мөр нь хоёр хэмжигдэхүүнт нөхцөлд тойрог хэлбэртэй байдаг.

Хоёр хиймэл дагуул болон хоёр зай нь хоёр боломжтой хариуг өгнө, учир нь хоёр тойрог нь хоёр цэгт огтлолцоно. Гуравдах тойрог нь хэрэглэгчийн байрлалыг хялбараар тодорхойлоход шаардлагатай. Ижил шалтгааны хувьд гурван хэмжигдэхүүнт нөхцөл, дөрвөн хиймэл дагуул, дөрвөн зай зэрэгт нэгийг тодорхойлох боломжтой. Гурван хэмжигдэхүүнт нөхцөлд байрлалыг нь тодорхойлсон цэг хүртлэх ижил зайн мөр нь бөмбөрцөг байдаг. Хоёр бөмбөрцөг нь тойрог үүсгэн огтлолцдог. Энэ тойрог нь хоёр цэгийг бий болгох өөр бөмбөрцөгтэй огтлолцоно. Аль цэг нь хэрэглэгчийн байршил болохыг тодорхойлохын тулд ахиад нэг хиймэл дагуул хэрэгтэй.

GPS-д хиймэл дагуулын байршил нь хиймэл дагуулаар дамжуулагдах богино өгөгдлөөр мэдэгдэнэ. Үүнд үндэслэн хүлээн авагчийн байрлалыг тодорхойлж болно. Хэрэглэгчээс хиймэл дагуул хүртлэх зай нь маш нарийн хүлээн авагддаг бөгөөд нөлөөлөх алдаа байхгүй. Хэдийгээр хүлээн авагч болон хиймэл дагуул хоорондын зай хэмжигдсэн боловч байнга үл мэдэгдэх нөлөөлөл байдаг. Учир нь хэрэглэгчийн цаг ихэвчлэн GPS цагнаас ялгаатай байдаг. Энэ нөлөөлөх алдааг шийдвэрлэхийн тулд ахиад нэг хиймэл дагуул шаардлагатай болдог. Түүнчлэн хэрэглэгчийн байршлыг олохын тулд таван хиймэл дагуул хэрэгтэй. Хэрэв нэг нь дөрвөн хиймэл дагуул ашиглаж, мөн хэрэглэгчийн байршлыг хэмжих нөлөөлөх алдаа бүхий зайг хэмжсэн бол хоёр боломжит шийдвэр гарна. Онолын хувьд, нэг нь хэрэглэгчийн байрлалыг тогтоож чадахгүй. Шийдвэрүүдийн нэг нь дэлхийн гадаргуйд ойр байсан ч нөгөө нь огторгуйд байх тохиолдол бий.
Хэрэглэгчийн байршил дэлхийн гадаргуйд ойр байгаа тохиолдолд үүнийг хялбархан тодорхойлж болно. Хэдийгээр хэмжигдсэн зай нь нөлөөлөх алдаатай байсан ч дөрвөн хиймэл дагуул хэрэглэгчийн байршлыг тодорхойлж болно гэсэн ерөнхий мэдээлэл байдаг. Анхны байрлал нь ихэвчлэн дэлхийн төвд сонгогддог. Дөрвөн хиймэл дагуул нь хэрэглэгчийн байрлалыг олоход шаардлагатай хамгийн бага тоог авч үздэг.


GPS ийн дохио
GPS хиймэл дагуул нь хоёр бага хүчний радио дохио болох L1, L2-ийг дамжуулдаг. Ердийн GPS нь L1 долгионыг 1575.42 мега герцийн давтамжтайгаар хэрэглэдэг. Дохионууд нь ажиглалтын шугамаар аялдаг, энэ нь тэд үүл, шил, пластик зэргээр дайрч гардаг боловч ихэнх хатуу объект, тухайлбал барилга, уул зэргээр гардаггүй гэсэн үг юм. GPS дохио нь гурван өөр мэдээллийн хэсгийг агуулж байдаг: - нууц код, ephemeris болон almanac өгөгдөл.
Нууц код нь энгийн I.D код бөгөөд хиймэл дагуул мэдээлэл дамжуулж байгааг илэрхийлдэг.
Ephemeris өгөгдөл нь GPS хиймэл дагуул тус бүр нь өдрийн турш аль ч хугацаанд байх хэрэгтэй гэдгийг илтгэдэг. Хиймэл дагуул бүр нь системд байгаа тухайн болон бусад хиймэл дагуулуудад зориулсан тойрог замын мэдээллийг үзүүлдэг ephemeris өгөгдлийг дамжуулж байдаг.
Almanac өгөгдөл нь хиймэл дагуул бүрээр тогтмол дамжуулагддаг бөгөөд хиймэл дагуулын статусын тухай (эрүүл, эрүүл бус) болон тухайн үеийн өдөр болон цаг зэргийг багтаасан чухал мэдээллийг агуулж байдаг. Дохионы энэ хэсэг нь байршил тогтооход зайлшгүй шаардлагатай.
GPS хиймэл дагуул бүр нь өдрийн өгөгдсөн хугацаанд 50 бит/сек-нд тасралтгүй навигацийн мэдээг түгээж байдаг, GPS долоо хоногийн дугаар ба хиймэл дагуулын эрүүл байдлын мэдээлэл (бүгд мэдээний эхний хэсэгт дамжуулагддаг) болон almanac (мэдээний сүүл хэсэгт). Ephemeris өгөгдөл нь хиймэл дагуулд өөрийнх нь тойрог замын нарийвчлалыг 18 секундэд өгдөг бөгөөд 30 секунд тутамд давтагддаг. Ephemeris нь 2 цаг тутамд шинэчлэгддэг бөгөөд ерөнхийдөө 4 цагийн турш хүчинтэй байдаг. Almanac нь одны орд дох хиймэл дагуул бүрт зориулсан мэдээлэл болон тойрог замаас бүрэлддэг. 30 секунд бүрт дамжуулагдах шинэ хиймэл дагуулд зориулсан мэдээлэл бүхий хиймэл дагуул тус бүрт 12 секунд зарцуулдаг.
Навигацийн өгөгдлийн хамгийн чухал зүйл нь хиймэл дагуул бүр зөвхөн өөрсдийн Ephemeris-ийг дамжуулдаг, гэхдээ almanac-ийг бүх хиймэл дагуулд дамжуулдаг.
Хиймэл дагуул бүр ядахдаа хоёр онцгой спектр код бүхий навигацийн мэдээгээ дамжуулж байдаг: боловсруулаагүй/нөөц код (C/A): энэ нь нийтэд чөлөөтэй, хүчинтэй байдаг, нарийвчилсан код (P): энэ нь ихэвчлэн цэрэг дайны хэрэглээнд бэлтгэгдсэн.

C/A код нь 1.023 сая чип/сек-д 1,023 chip pseudo-random (PRN) байдаг бөгөөд энэ нь секунд тутамд давтагддаг гэсэн үг юм. Хиймэл дагуул бүр өөрийн C/A кодтой. Р код нь 10,23 мегачип/сек PRN код бөгөөд зөвхөн долоо хоног тутамд давтагддаг. Үйл ажиллагаа хэвийн үед Р код нь P(Y) кодыг бүтээх Y кодоор нууцлагддаг.

GPS дохио чиглүүлэх
Дохио чиглүүлэх үндсэн арга нь оролтын дохионы эргэн тойронд хязгаарлагдмал долгионы шүүлтүүрийг бий болгодог. Өөрөөр хэлбэл, оролтын дохионы давтамж нь хугацааг өөрчлөхөд шүүлтүүрийн төв давтамж нь дохиог дагах ёстой. Одоогийн чиглүүлэх үйл явцад, хязгаарлагдмал долгионы төв давтамж нь байрлалаа олсон байх боловч тухайн ерөнхийлсөн дохио нь оролтын дохионы давтамжийг дагана. Оролтын фаз болон тухайн ерөнхий дохио нь фаз харьцуулагчаар харьцуулагдана. Фаз харьцуулагчын гаралт нь хязгаарлагдмал долгионы шүүлтүүрээр дамжина. Чиглүүлсэн эргэлт нь маш бага долгионы өргөнтэй тохиолдолд мэдрэмж нь хуримтлалын аргатай харьцуулахад харьцангүй өндөр байна. GPS дохионыхтой адил, С/А (боловсруулаагүй/ нөөц) кодод хамаарах дамжуулагчид фазын өөрчлөлтүүд байгаа тохиолдолд код нь эхлээд хасагдсан байх ёстой. Чиглүүлэх процесс нь дохиог дагаж навигацийн өгөгдлийн мэдэгдлийг олж авна. Хэрэв GPS хүлээн авагч нь байнгын бол, хиймэл дагуулын хөдөлгөөнд хамаарах хүлээж байсан давтамжийн өөрчлөлт нь маш удаан байна. Энэ нөхцөлд тухайн ерөнхийлсөн дохионы давтамжийн өөрчлөлт нь мөн удаан байна, иймээс чиглүүлэх гогцооны коэфциентийг сайжруулах шаардлага бага.
C/A кодыг арилгахын тулд өөр гогцоо шаардлагатай болно. Мөн GPS дохиог чиглүүлэхэд хоёр чиглүүлэгч гогцоо шаардлагатай. Нэг гогцоо дамжуулагчийн давтамжийг чиглүүлэхэд хэрэглэгддэг бөгөөд дамжуулагч гогцоонд хамаардаг. Нөгөө нь C/A кодыг чиглүүлэхэд хэрэглэгддэг бөгөөд кодын гогцоонд хамаардаг. Хоёр чиглүүлэх арга энд багтсан. Эхний нэг нь хэвшмэл чиглүүлэх гогцоо юм. Энэ аргын ердөө цорын ганц санаа нь чиглүүлэх гогцоо нь тоон хэлбэрт илэрхийлэгддэг бөгөөд чиглүүлэлт нь программ хангамжид боловсруулагддаг. Хоёр дах арга нь дохио давхцуулах аргын (BASS) зохицуулалтад хамаардаг. BASS арга нь ихэвчлэн программ хангамжид гүйцэтгэгддэг бөгөөд гүйцэтгэл нь дуу чимээнд сулхан мэдрэмжтэй байх талтай.

GPS үндсэн хүлээн авагч
GPS нь хиймэл дагуулаас дамжуулагдсан дохиог антеннаар хүлээн авдаг. Радио давтамжаар (RF) холбогдсон оролтын дохио нь тохирсон агууриг өсгөгддөг бөгөөд шаардлагатай гаралтын давтамжид хувирдаг. Аналогоос - Дижитал хувиргагч (ADC) нь гаралтын дохиог тооцоолоход хэрэглэгддэг. Антенна, RF хэлхээ болон ADC зэрэг нь хүлээн авагчид хэрэглэгддэг программ хангамжууд юм.
Дохио тооцоологдсоны дараа программ хангамж нь үүнийг ажиллуулахад хэрэглэгддэг.

Үндсэн GPS хүлээн авагч

Чиг тогтоох программ нь навигацийн өгөгдлийн фазын өөрчлөлтийг олоход ашиглагддаг. Ердийн хүлээн авагчид, хуримтлал болон чиг тогтоох нь программ хангамжаар гүйцэтгэдэг. Навигацийн өгөгдлийн фазын өөрчлөлтөөс дэд бүтэц болон навигацийн өгөгдлийг олж авна. Богино өгөгдөл болон далд хэмжээ нь навигацийн өгөгдлөөс олдоно. Богино өгөгдөл нь хиймэл дагуулын байршлыг тогтооход хэрэглэгддэг. Эцэст нь, хэрэглэгчийн байрлал нь хиймэл дагуулын байрлал болон далд хэмжээний хувьд тооцоологддог.

GPS дохионы алдааны эх үүсвэр
GPS дохиог бууруулдаг хүчин зүйлүүд болон улмаар нарийн тодорхойлоход нөлөөлөх зүйлс:
Ионы хүрээ болон шим мандалын саад - Хиймэл дагуулын дохио нь агаар мандлыг дайрч өнгөрөхдөө удааширдаг. GPS систем нь буйлд-ин (built-in) загварыг ашигладаг бөгөөд энэ нь алдааны энэ төрлийг хэсэглэн засахын тулд саадын дундаж нийлбэрийн тооцоолдог.
Олон замын дохио – Энэ нь хүлээн авагчид хүрэхээсээ өмнө дохио том хадтай гадаргуй болон өндөр барилгуудад ойсон үед тохиолддог. Энэ нь дохионы аялалын цагийг ихэсгэдэг бөгөөд үүнээс шалтгаалж алдаа гардаг.
Хүлээн авагчийн цагийн алдаа – Хүлээн авагчийн built-in цаг нь атомын цагтай адил нарийн байдаггүй. Иймээс ялимгүй хугацааны алдаа гарах магадлалтай.
Тойрог замын алдаа – Ephemeris алдаа гэдгээрээ илүү танигдсан, эдгээр нь хиймэл дагуулуудаас илтгэсэн байршлын алдаа юм.
Хиймэл дагуулын харагдах дугаар – Хиймэл дагуулаас хүлээн авагч нь илүү сайн, нарийн харж чадна. Барилга, газар нутаг, цахилгаан саад бартаа зэрэг нь дохионы хүлээн авалтыг хааж чаддаг. Үүнээс шалтгаалж байрлал алдаатай гарч эсвэл уншигдахгүй байж болдог. GPS хэмжих нэгж нь ерөнхийдөө байшин дотор, усан дор, газар дор ажиллахгүй байж болдог.
Хиймэл дагуулын геометр дүрс – Энэ нь өгөгдсөн хугацаанд хиймэл дагуултай холбоотой байршилд хамаатай. Хиймэл дагуулын геометр нь хиймэл дагуул нь бусадтайгаа өргөн өнцгөөр холбогдон байршсан тохиолдолд оршдог. Хиймэл дагуулууд нэг шугаманд эсвэл нэг бүлэгт байгаа тохиолдолд энгийн геометрийн үр дүн гардаг.
Хиймэл дагуулын дохионы зориудын бууралт – Сонгосон Хүчин зүйл (SA) нь АНУ-ын Хамгааллын Салбараас гаргасан дохионы зориудын алдаа юм. SA нь GPS дохионы өндөр нарийвчлалыг ашиглан цэрэг дайныхан дайснаа эсэргүүцэхэд зориулагдсан байсан. Засгийн газар үүнийг 2000 оны 5 сард зогсоосон бөгөөд ингэснээр ердийн GPS хүлээн авагчдын нарийвчлалыг сайжруулсан олон талын ач холбогдолтой зүйл болсон юм.

Дамжуулагч болон код чиглүүлэлт
Гогцоонд холбогдох хэвшмэл фазын оролт нь ихэвчлэн үргэлжилсэн долгион (CW) эсвэл дохиог шинэчлэх давтамж байдаг бөгөөд VCO-гийн давтамж нь оролтын дохионы давтамжийг бага байхаар тохируулагддаг. GPS хүлээн авагчид, оролт нь GPS дохио бөгөөд гогцоонд холбогдсон фаз нь энэ дохиог дагах (эсвэл чиглүүлэх) ёстой. GPS дохио нь би-фаз кодолсон дохио юм. Дамжуулагч болон кодын давтамж нь GPS хүлээн авагч болон GPS хиймэл дагуулын хөдөлгөөнөөс шалтгаалдаг Допплерын нөлөөллөөр өөрчлөгддөг. GPS дохиог чиглүүлэхийн тулд, C/A кодын мэдээллийг шилжүүлэх ёстой. Үр дүнд нь GPS дохиог чиглүүлэх гогцоонд холбогдсон хоёр фаз шаардлагатай.
Нэг гогцоо нь C/A кодыг чиглүүлдэг, харин нөгөө нь дамжуулагчийн давтамжийг чиглүүлдэг. Эдгээр хоёр гогцоо нь 1.4 зурагт үзүүлсэнчлэн хамтдаа хосолсон байх ёстой.

Лавлагаа код нь тооцоологдсон оролтын кодоо хэрэглэгддэг бөгөөд оролтын дохионоос C/A кодыг хасдаг.
C/A код хасах нь Гаралт нь зөвхөн навигацийн өгөгдлөөс шалтгаалсан фазын өөрчлөлт бүхий cw дохио болно. Энэ дохио нь дамжуулах гогцооны оролтод хэрэглэгддэг. Дамжуулагч гогцооны гаралт нь оролтын дохионы дамжуулагч давтамж бүхий cw юм. Энэ дохио нь оролтын дохиог нэмэгдүүлэх дохиог хэрэглэх гэсэн утгатай тооцоолсон оролтын дохионоос дамжуулагчийн хасахад хэрэглэгдэнэ.

Гаралт нь зөвхөн C/A код бүхий дохио бөгөөд кодын гогцооны оролтод хэрэглэгдэх дамжуулагчийн давтамжгүй байдаг. Хуримтлалын программ нь C/A кодын эхлэлийг тодорхойлдог. Кодын гогцоо нь хуучин болон өмнөх C/A кодыг нэгтгэдэг бөгөөд энэ кодууд нь 0.489 (1/2 x 1.023 x 106,) эсвэл түүнээс бага ойролцоогоор нэг хагас хугацаагаар ердийн үедээ өөрчлөгддөг С/А кодын хугацаа юм.

Хуучин болон өмнөх кодууд нь хоёр гаралтыг үүсгэх оролтын C/A кодтой уялдаатай. Шүүлтүүрийн гаралт болон дундаж шүүлтүүрийн хөдөлгөөнөөр дамжих гаралт бүр нь тэнцвэржсэн байдаг. Хоёр тэнцвэрт гаралт нь оролтын дохионы С/А кодод тохирох тухайн нэгтгэсэн С/А кодын коэфциентийг тохируулах хяналтын дохионд харьцуулагдсан байна. Тухайн нэгтгэсэн C/Aкод нь лавлагаа C/A код бөгөөд энэ дохио нь тооцоолсон оролтын дохионоос C/A кодыг хасахад хэрэглэгдэнэ.
Дамжуулагчийн давтамжийн гогцоо нь оролтын дохионоос хасагдсан С/А кодын адил зөвхөн навигацийн өгөгдлөөр өөрчлөгдөх cw дохионы фазыг хүлээн авдаг. Хуримтлалын программ нь дамжуулагчийн давтамжийн эхний хэмжигдэхүүнийг тодорхойлдог. Хэлбэлзэгчээр хянагдсан цахилгаан хүчдэл (VCO) нь хуримтлалын программаас олдох хэмжигдэхүүний дагуу дамжуулагчийн давтамжийг нэгтгэдэг. Энэ дохио нь хоёр замд хуваагддаг:
• Шулуун нэг
• 90 градусын фазын өөрчлөлттэй нэг.
Энэ хоёр дохио нь оролтын дохиотой уялдаатай байдаг. Хэлбэлзэгчийн гаралтууд нь шүүгдсэн байх бөгөөд эдгээрийн фазууд нь арктангенс харьцуулагчаар бие биетэйгээ харьцуулагдсан байдаг. Арктангенс үйлдэл нь навигацийн өгөгдлөөс шалтгаалах өөрчлөлтөд мэдрэмжгүй байдаг ба Костас гогцооны нэг төрлийг тооцоолдог.
Костас гогцоо гэдэг нь фазын өөрчлөлтөөс нөлөөлөхгүй гогцоонд холбогдсон фаз юм. Харьцуулагчийн гаралт нь дахин шүүгддэг бөгөөд хяналтын дохиог нэгтгэдэг. Энэ хяналтын дохио нь оролтын cw дохиог дагах дамжуулагчийн давтамжийг нэгтгэдэг хэлбэлзэгчийг тохируулахад ашиглагдана. Мөн энэ дамжуулагчийн давтамж нь оролтын дохионоос дамжуулагчийг хасдаг.

GPS дохиог чиглүүлэх гогцоонд холобсон фазын хэрэглээ
Чиглүүлэх гогцооны оролтын өгөгдлүүд нь хиймэл дагуулаас цуглардаг. Энэ хэлэлцүүлэгт, хоёр дахь гогцоонд холбогдсон фазыг ашиглана. Хэд хэдэн тогтмол хэмжигдэхүүн нь дуу чимээт долгионы өргөн, фаз илрүүлэгчийн хүлээж авах коэфциент, болон VCO (эсвэл тоон давтамжийн синтезатор) зэргээр тодорхойлогдоно.
Энэ чиглүүлэх программ нь зөвхөн хязгаарлагдмал өгөдлийн уртад хэрэглэгдэнэ. Доорх алхамууд нь кодын гогцоо болон дамжуулагчийн гогцоо аль алинд нь хэрэглэгдэнэ:

1. Кодын болон дамжуулагчийн гогцооны долгионы өргөн хүлээн авалтыг тогтоох. Гогцоо хүлээн авалт нь фаз илрүүлэлт болон VCO-гийн хүлээн авалтыг хамардаг. Кодын гогцооны долгионы өргөн нь дамжуулагчийн гогцооныхоос илүү хязгаарлагдмал байдаг, учир нь урт хугацааны туршид дохиог чиглүүлдэг. 1Гц байх кодын гогцооны дуу чимээт долгионы өргөн болон 20Гц байх дамжуулагчийн гогцоо зэргийг сонгоно. Энэ нь чиглүүлэх программыг ажиллуулах хэд хэдэн боломжит сонголтын нэгийг бий болгоно.
2. Энд f нь оновчлолд ойртох хэмжигдэхүүн. f = 7.07
эсвэл (1.1)
тэгшитгэлийн дэлгэцэн дээр гарах коэфциентийг сонгоно.
3. Энэ тэгшитгэлээс бодит коэфциентийг олно. (1.2)
4. 50 байх (k0k1) кодын гогцооны өсөлт болон 4n x 100 байх дамжуулагчийн гогцооны өсөлтийг сонго. Эдгээр хэмжигдэхүүнүүд нь хэд хэдэн боломжит сонголтын нэгийг бий болгоно. Шүүлтүүрийн Cl болон C2 тогтмол хэмжигдэхүүнүүд нь

тэгшитгэлээс олдоно. Энэ дөрвөн алхам нь хоёр гогцоог зайлшгүй шаардлагатай мэдээллээр хангана. Гогцооны тогтмол хэмжигдэхүүн нь мэдэгдэж байгаа үед кодын гогцоо болон дамжуулагчийн давтамжийн фазууд нь оролтын дохиог дагана. Энэ хандлагад, гогцоо милиметр секунд тутамд шинэчлэгдэнэ, учир нь C/A код нь 1 милсекундын урттай.
Милсекунд тутамд, C/A код дахин шинэчлэгдэх ёстой бөгөөд C/A кодын эхний фаз нь өмнөхөөсөө үргэлжилнэ. Энэ эхний кодын фаз нь хэвийн хугацааны шийдвэрт холбогдоно. Дамжуулагчийн давтамжийн фаз нь арктангенс фаз харьцуулагчийн гаралтаас шинэчлэгдэнэ.

GPS дохионы симуляц
Тодорхой дохиог боловсруулахад симуляцлагдсан аргыг хэрэглэх нь тохиромжтой байдаг. Симуляц нь биелүүлэхэд хялбар бөгөөд S/N үр дүн нь нарийн тодорхойлогддог. Хиймэл дагуулаас цуглуулсан өгөгдөлд, S/N харьцаа нь хялбар тодорхойлогдохгүй. Программ хангамжийн симулятораас дохио цуглуулах нь төвөгтэй, гэхдээ заримдаа программ хангамжийн симулятор нь симуляцийн үр дүнг батлахад хэрэглэгддэг. Симуляцийн өгөгдлийг нэгтгэх нэг арга нь шуугианыг авч үзэх юм.
Энгийн (Gaussian) хувиарлалт нь ихэвчлэн шуугианд зориулагдан хэрэглэгддэг. Дохио нь шуугианы агуургаас үүсэдэг. Шуугиан болон дохио нь хамтдаа шаардлага хангасан дохио болдог. Нэгдсэн шуугианд, загвар давтамж f нь чухал байдаг. Хэрэв дохио нь 5MГц-д загварлагдаж буй бол, Найквистийн загварчлах онолоор тодорхойлогдсон оролтын долгионы өргөн зурвас нь 2.5 MГц (5/2) байна.
Оролтын долгионы өргөн нь 2 MГц бол, дулааны шуугиан нь ойролцоогоор -111 дбм байна. Хэрэв оролтын дохио нь -130 дбм бол, S/N нь -19 дб байна. Дохионы агууриг нь дараах хэлбэртэй бичигдэнэ.
энд нь дамжуулагчийн дохионы хүч бөгөөд nst нь шуугианы стандарт хазайлт юм. Matlabийн симуляцад, ихэвчлэн nst = 1 хэмжигдэхүүн дб нь шаардлагатай S/N байна. Хэрэв дохио ялгаатай давтамжид загварчлагдсан бол, эквивалент долгионы өргөн зурвас нь 2MГц-ээс ялгаатай байна, энэ нь шуугиан болон S/N-д нөлөөлнө. Жишээ нь: Хэрэв дохио 5MГц-ийн оронд 50MГц-д загварчлагдсан бол, шуугианы долгионы өргөн зурвас нь ойролцоогоор 25MГц бөгөөд тохирох шуугианы давхар нь ойролцоогоор -100 дбм байна.
-130дбм оролтын дохио нь -19дб-ийн оронд -30дб S/N-тэй байна. Хэрэв шуугиан нь 5MГц-ээс илүү 50MГц гэх мэтийн өндөр давтамжид тооцоологдсон, харин 3MГц долгионы зурвасын өргөнтэй оролт нь симуляц хийхэд ашигтай бол, дохио нэмэгдэхээс өмнө шуугиан нь 3MГц шүүлтүүрээр шүүгдэнэ. Шүүлтүүрийн дараа, шуугианы стандарт хазайлт болон дохионы агууриг зэрэг нь

тэгшитгэлийг ашигласнаар олдоно. S/N асуудал нь хиймэл дагуул эсвэл симулятор аль альнаас нь программ хангамжаар цуглуулсан өгөгдөлгүйгээр оршихгүй, учир нь хүлээн авагчийн шүүлтүүр нь шуугианы нийт хэмжээг хязгаарлах болно.

GPS –ийн хэрэглээ
Дэлхий дээр өнөөдөрийн байдалаар ихэнх улс орнууд GPS –ийг хөдөлгөөнт холбоо болон бусад үйлчилгээндээ ашиглаж байна.
Монголд өнөөдөр GPS-ийг уул уурхайн том компаниуд, шилэн кабелын үйлчилгээ үзүүлэгч компаниу, таксины үйлчилгээ үзүүлэгч компаниуд, үүрэн болон хөдөлгөөнт холбооны компаниуд ашиглаж байна.
DGPS үйлчилгээ. Энэ систем нь GPS дохиог хүлээн авч дохио дамжуулагчаар дохиог засварлан дамжуулдаг цамхагуудын сүлжээнээс бүрддэг. Засварласан дохиог хүлээн авахын тулд, хэрэглэгчид дифференциал дохио хүлээн авагчтай байх ёстой бөгөөд энэ дохионы антенийг тэдний GPS-д нэмэлт болгон суулгасан байдаг.

GPS–д тавигдах шаардлагууд
1. Хэрэглэгчийн байршлын дундаж хэмжээний кватрат метр алдаа нь 10-30м байх ёстой.
2. Энэ нь уян хатан хөдөлгөөнтэй өндөр хурдтай онгоц мэтийн хүчтэй динамикийн хэрэглэгчдийг хамрах бүх хэрэглэгчдэд зориулсан бодит хугацаан навигацид тохирдог.
3. Энэ нь дэлхий нийтийг хамарсан байх ёстой. Иймээс туйлын хязгаарыг хамруулахын тулд хиймэл дагуул дэлхийн тойрог зам руу хазайсан байх ёстой.
4. Дамжуулсан дохио нь зарим градус, зориудын болон зориудын бус хөндлөнгийн оролцоо зэргийг хүлээн зөвшөөрдөг. Жишээ нь: зарим хязгаарлагдмал долгионт дохионы зохицол нь үйл ажиллагаагаа саатуулах ёсгүй. GPS дохионы зориудын саатал нь цэрэг дайны хэрэглээний хувьд чухал асуудал болдог.
5. Энд GPS хүлээн авагч бүр нь атомын стандартад үндэслэсэн сайн тохиргоотой цагийг ашиглах шаардлагагүй.
6. Хүлээн авагч эхэлж ажилласан тохиолдолд, энэ нь хэрэглэгчийн байршлыг тогтооход нэг цагаас арай илүү хугацааг зарцуулна.
7. Хүлээн авах антенны хэмжээ нь жижиг байх ёстой. Огторгуйгаар дамжих долгионы бууралт нь бага хэвээр хадгалагддаг.
Давтамжийн долгионы хувиарлалтын хүртээмжтэй хосолсон эдгээр нөхцөл шаардлагууд нь микро долгионы хэмжээний L долгионд (1-2гГц) байх GPS-ийн давтамжийг тодорхойлдог.

GPS -ийн хөгжил
21-р зуунд дэлхий сайжруулсан GPS–ээр бүрхэгдэн үүрэн болон дижитал харилцаа холбоо нь аль ч салбарт хүч түрэн орж ирж байна. Үүний хажуугаар GPS-ийн олон сайжруулсан загварууд гарч ирж байна. Үүнд :

Нийт үндэстний дифференциал GPS систем (NDGPS): NDGPS нь газарт суурилсан сайжруулсан систем бөгөөд Холбооны Төмөр замын Байгууллага, АНУ- ын Тэнгисийн эрэг Хамгаалал, Холбооны Гүүрэн замын Байгууллага зэргээр удирдан дэмжигдсэн, энэ нь усанд болон газарт хэрэглэгчдэд хүрэх GPS-ийн нэмэгдүүлсэн бүрэн байдал болон нарийвчлалыг хангаж байдаг. Өөрчлөлт шинэчлэлийн ололт амжилтад Өндөр Нарийвчлалын NDGPS (HA-NDGPS) систем, өнөөгийн газар дорх хөгжил, хамрах талбарт 10-15 сентиметрийн нарийвчлалыг хангах болон гүйцэтгэлийг нэмэгдүүлэх зэрэг орно. NDGPS нь олон улсын стандартад нийцэн бүтээгдсэн бөгөөд дэлхийн 50 гаруй улс оронд үүнтэй ижил систем хэрэгжиж байна.
Өргөн талбарын хүч нэмэгдүүлэх систэм (WAAS) : WAAS, хиймэл дагуулд үндэслэсэн сайжруулсан систем нь АНУ-ын Нисэх Хүчний Байгууллагаар удирдагдсан бөгөөд нислэгийн бүх фазад онгоцны навигацийг хангаж байдаг. Өнөө үед эдгээр хүчин чадлууд нь бусад хэрэглээнд ч өргөн хэрэглэгдэж байгаа, учир нь тэдний GPS нь нэмэлт тоног төхөөрөмжгүй энгийн хүлээн авагчдаар боловсруулагдах боломжтой юм. Олон улсын Иргэний Нисэх Хүчний Байгууллагын (ICAO) стандарт хэрэглээ, FAA нь аль ч орон нутгийн бүх хэрэглэгчийг үйлчилгээгээр хангахад бусад мужуудтай хамтын ажиллагаагаа үргэлжлүүлсээр байна. Бусад ICAO стандарт, огторгуйд үндэслэсэн сайжруулах системд Европын Европын Гео хөдөлгүүрийн навигаци бүрхэх систем (EGNOS), Энэтхэгийн GPS болон гео-хүч хэмэгдүүлэх навигацийн систем (GAGAN) болон Японы Олон үйлдэлт Тээврийн Хиймэл дагуул (MTSAT), Хиймэл дагуулын Хүч Нэмэгдүүлэх систем (MSAS) зэрэг багтана. Эдгээр олон улсын бүх хэрэгжилт нь GPS-д үндэслэсэн байдаг. FAA нь ирээдүйн GPS амьдралын аюулгүй байдлын дохиог сайжруулах бөгөөд эдгээр шинэ хүчин чадлуудын глобал хэрэглээг дэмжиж илүү сайн гүйцэтгэлээр хангах болно.


Тасралтгүй үргэлжлэх тайлбарын хэсэг (CORS) : АНУ- ын CORS сүлжээ нь Үндэсний Далай тэнгисийн болон Агаарын даралтын байгууллагаар удирдагддаг бөгөөд шуудангийн үндсэн хэрэглээний тодорхой байршлын загварт зориулан GPS өгөгдлийг түгээж архивлаж байдаг. CORS нь бодит-хугацаа хэрэглэгчдийг дэмжих зорилгоор шинэчлэгдсэн.
Глобал дифференциал GPS (GDGPS) : GDGPS нь өндөр нарийвчлалтай GPS сайжруулсан систем бөгөөд үүнийг АНУ- ын NASA-гийн шинжлэх ухааны үүргийг дэмжих Тийрэлтэт хөдөлгүүрийн Лабратори (JPL) хөгжүүлжээ. Ирээдүйн NASA төлөвлөгөөнд чиглэл болон өгөгдөл сэлгэх хиймэл дагуулын системийн (TDRSS) хэрэглээ багтжээ. Энэ систем нь TDRSS сайжруулсан үйлчилгээний хиймэл дагуултай (TASS) холбоотой.
Олон улсын GNSS үйлчилгээ (IGS) : IGS бол 80 орны 200 дэмжигч байгууллагын 350 гаруй GPS удирдах төхөөрөмжийн хэсгийн сүлжээ юм. Үүний үүрэг нь дэлхийн шинжлэх ухааны судалгаа, олон тооны хэрэглээ, боловсрол, мөн нийгэмд хэрэгтэй бусад хэрэглээг дэмжих Глобал Навигацийн Хиймэл дагуулын системийн стандартад (GNSS) нийцсэн хамгийн өндөр чанартай өгөгдөл болон бүтээгдэхүүнээр хангах явдал юм. Барагцаагаар 100 IGS салбар нэг хуримтлалын нэг цагийн дотор өөрсдийн өгөгдлөө дамжуулж байдаг.

Эдгээр системүүд нь дифференциал, статик эсвэл бодит хугацааны аргуудыг хэрэглэж байдаг.