المبدأ الأساسي للنظام الملاحة GPSهو قياس المسافة بين قمر صناعي ذو موقع معروف وجهاز الاستقبال الخاص بالمستخدم، ومن ثم دمج بيانات الأقمار الصناعية المتعددة لمعرفة الموقع المحدد لجهاز الاستقبال. ولتحقيق ذلك، يمكن العثور على موقع القمر الصناعي في التقويم الفلكي للقمر الصناعي وفقًا للوقت المسجل بواسطة الساعة الموجودة على متنه. يتم الحصول على المسافة من المستخدم إلى القمر الصناعي عن طريق تسجيل الوقت الذي تنتقل فيه إشارة القمر الصناعي إلى المستخدم، ومن ثم ضربه في سرعة الضوء (بسبب تداخل طبقة الأيونوسفير في الغلاف الجوي، هذه المسافة ليست حقيقية) المسافة بين المستخدم والقمر الصناعي، ولكن المدى الزائف (PR): عندما تعمل أقمار نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بشكل طبيعي، فإنها ستستمر في إرسال رسائل ملاحية برموز عشوائية زائفة (يشار إليها بالرموز الزائفة) مكونة من رمزين ثنائيين 1 و0 هناك نوعان من الرموز الزائفة التي تستخدمها أنظمة GPS، وهما: رمز C/A المدني ورمز P(Y) العسكري. تردد رمز C/A هو 1.023 ميجاهرتز، وفترة التكرار هي ميلي ثانية واحدة، والفاصل الزمني للشفرة هو 1 ميكروثانية. ، وهو ما يعادل 300 متر؛ تردد رمز P هو 10.23 ميجا هرتز، وفترة التكرار 266.4 يومًا، والفاصل الزمني هو 0.1 ميكروثانية، وهو ما يعادل 30 مترًا الأداء الأمني أفضل. تتضمن رسالة الملاحة التقويم الفلكي عبر الأقمار الصناعية، وظروف العمل، وتصحيح الساعة، وتصحيح تأخير الأيونوسفير، وتصحيح الانكسار الجوي، وما إلى ذلك. تتم إزالة تشكيلها من إشارة القمر الصناعي ويتم إرسالها على تردد الموجة الحاملة بتشكيل 50b/s. يحتوي كل إطار رئيسي لرسالة التنقل على 5 إطارات فرعية يبلغ طول إطارها 6 ثوانٍ. الإطارات الثلاثة الأولى تحتوي كل منها على 10 كلمات؛ كل يتكرر كل 30 ثانية ويتم تحديثه كل ساعة. يحتوي الإطاران الأخيران على إجمالي 15000 ب. تتضمن محتويات رسالة التنقل بشكل أساسي رموز القياس عن بعد، ورموز التحويل، وكتل البيانات الأولى والثانية والثالثة، وأهمها بيانات التقويم الفلكي. عندما يستقبل المستخدم رسالة الملاحة، قم باستخراج وقت القمر الصناعي ومقارنته بساعته الخاصة لمعرفة المسافة بين القمر الصناعي والمستخدم، ثم استخدم بيانات التقويم الفلكي للقمر الصناعي في رسالة الملاحة لحساب موقع القمر الصناعي عند الإرسال الرسالة. يمكن معرفة موقع المستخدم وسرعته في نظام الإحداثيات الجيوديسية WGS-84.
ويمكن ملاحظة أن دور القمر الصناعي جزء مننظام الملاحة GPSهو نقل رسائل الملاحة بشكل مستمر. ومع ذلك، نظرًا لأنه لا يمكن دائمًا مزامنة الساعة التي يستخدمها جهاز استقبال المستخدم وساعة القمر الصناعي الموجودة على متنه، بالإضافة إلى إحداثيات المستخدم ثلاثية الأبعاد x وy وz وa Δt، فإن فارق التوقيت بين القمر الصناعي وجهاز الاستقبال ، يتم تقديمه أيضًا كرقم غير معروف. ثم استخدم 4 معادلات لحل هذه المجهولة الأربعة. لذا، إذا كنت تريد معرفة مكان جهاز الاستقبال، فيجب أن تكون قادرًا على استقبال 4 إشارات عبر الأقمار الصناعية على الأقل.
الجهاز استقبال جي بي اسيمكنه الحصول على معلومات زمنية دقيقة تصل إلى مستوى النانو ثانية والتي يمكن استخدامها للتوقيت؛ التقويم الفلكي للتنبؤ بالموقع التقريبي للقمر الصناعي في الأشهر القليلة المقبلة؛ التقويم الفلكي للبث لحساب إحداثيات القمر الصناعي المطلوبة لتحديد المواقع، بدقة تتراوح من بضعة أمتار إلى عشرات الأمتار (يختلف عن القمر الصناعي، ويتغير في أي وقت)؛ ونظام تحديد المواقعالمعلومات، مثل حالة القمر الصناعي.
الجهاز استقبال جي بي اسيمكن قياس الكود للحصول على المسافة من القمر الصناعي إلى جهاز الاستقبال. ولأنه يحتوي على خطأ ساعة القمر الصناعي للمستقبل وخطأ الانتشار الجوي، فإنه يطلق عليه اسم المدى الزائف. يُطلق على النطاق الكاذب المُقاس للرمز 0A اسم النطاق الكاذب لرمز UA، وتبلغ الدقة حوالي 20 مترًا. يُطلق على النطاق الكاذب المُقاس للرمز P اسم النطاق الكاذب للرمز P، وتبلغ الدقة حوالي 2 متر.
الجهاز استقبال جي بي اسيقوم بفك تشفير إشارة القمر الصناعي المستلمة أو يستخدم تقنيات أخرى لإزالة المعلومات المضمنة على الناقل، ومن ثم يمكن استعادة الناقل. بالمعنى الدقيق للكلمة، ينبغي أن تسمى مرحلة الموجة الحاملة مرحلة تردد نبض الموجة الحاملة، وهو الفرق بين مرحلة حامل إشارة القمر الصناعي المستقبلة المتأثرة بإزاحة دوبلر ومرحلة الإشارة الناتجة عن التذبذب المحلي للمستقبل. يتم قياس قيمة تغير الطور عمومًا في وقت العصر الذي تحدده ساعة المستقبل وتتبع إشارة القمر الصناعي، لكن القيمة الأولية لطور المستقبل ومذبذب القمر الصناعي في بداية الرصد غير معروفة. إن عدد الطور الصحيح للعصر الأولي غير معروف أيضًا، أي أنه لا يمكن حل غموض الأسبوع بأكمله إلا كمعلمة في معالجة البيانات. دقة قيمة مراقبة الطور تصل إلى ملليمترات، ولكن الفرضية هي حل غموض المحيط بأكمله. لذلك، لا يمكن استخدام قيمة مراقبة الطور إلا عندما تكون هناك ملاحظة نسبية وقيمة مراقبة مستمرة، وتكون دقة تحديد الموقع أفضل من مستوى العداد فقط يمكن استخدام ملاحظات الطور.
وفقًا لطريقة تحديد المواقع، ينقسم تحديد المواقع عبر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) إلى تحديد المواقع بنقطة واحدة وتحديد المواقع النسبية (تحديد المواقع التفاضلية). يعد تحديد موضع النقطة الواحدة طريقة لتحديد موضع جهاز الاستقبال بناءً على بيانات المراقبة الخاصة بجهاز الاستقبال. يمكنه فقط استخدام عمليات الرصد الزائفة ويمكن استخدامه للملاحة التقريبية وتحديد مواقع المركبات والسفن. تحديد المواقع النسبي (تحديد المواقع التفاضلية) هو طريقة لتحديد الموضع النسبي بين نقاط المراقبة بناءً على بيانات المراقبة لأكثر من جهازي استقبال. ويمكنه استخدام الملاحظات الزائفة أو ملاحظات الطور. وينبغي استخدام القياسات الجيوديسية أو الهندسية. استخدام ملاحظات المرحلة لتحديد المواقع النسبية.
ملاحظات نظام تحديد المواقعتشمل اختلافات ساعة القمر الصناعي وساعة الاستقبال، وتأخر الانتشار الجوي، وتأثيرات المسارات المتعددة، وأخطاء أخرى. وتتأثر أيضًا بأخطاء التقويم الفلكي للبث عبر الأقمار الصناعية أثناء حسابات تحديد المواقع. تحدث معظم الأخطاء الشائعة بسبب تحديد المواقع النسبي. الإلغاء أو الضعف، وبالتالي سيتم تحسين دقة تحديد المواقع بشكل كبير. يمكن لجهاز الاستقبال ثنائي التردد إلغاء الجزء الرئيسي من الخطأ الأيونوسفيري في الغلاف الجوي بناءً على ملاحظات الترددين. )، وينبغي استخدام أجهزة الاستقبال ذات التردد المزدوج.
