Estructuras de las señales transmitidas
Códigos pseudoaleatorios
Estos códigos están formados por una serie impar de n bits con una duración de T segundos.
a0,a1,a2,...,an-1
con ai=±1
Su espectro es similar al ruido (tienen componentes frecuenciales en todo el
rango de frecuencias).
Se caracterizan porque la función de autocorrelación:
[13]
La correlacion cruzada:
[14]
Cada uno de estos códigos pseudoaleatorios se asigna a cada uno de los satélites. El receptor, para separar la señal de un satélite del resto, correla las series recibidas con el código que desea detectar.
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El código que se quiere detectar superará un determinado umbral: |
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Es muy importante que el receptor y el satélite estén sincronizados para que la correlación comience cuando llega la señal procedente del satélite. De esta forma calcularemos el retardo. A continuación vemos unas figuras que representan diferentes instantes de la correlación entre dos códigos:
Los códigos deben tener una buena función de autocorrelación:
Para t=0 debe haber un pico lo más acusado posible (el código será mejor cuanto más largo).
El nivel de los lóbulos secundarios debe ser bajo (el código será mejor cuanto más aleatorio sea).
estas características las cumplen los códigos GOLD:
Como se ve en la figura los códigos GOLD se forman a partir de 2 registros de desplazamiento de N etapas. Se suman las salidas de ambos registros de desplazamiento y de esta forma obtenemos un código GOLD de 2N-1 bits.
El sistema NAVSTAR-GPS emplea dos tipos de códigos, a saber:
Código C/A (Clear/Adquisition) ---> empleado para navegación de baja precisión (uso civil).
Código P ---> empleado para navegación de alta precisión (uso militar).
Veamos cuales son las características de estos dos códigos.
Código C/A
Para obtenerlo se multiplica la salida de
dos códigos de 1023 bits.
La frecuencia de reloj que se emplea es de 1.023 MHz
En estos enlaces podrás ver algunas figuras interesantes:
Asignación de fases
Chips del código C/A
Trozo de un código C/A
[15]
donde,
n es el identificativo de cada satélite
T es el tiempo de duración de 1 bit (10-6/1.023 s)
El tiempo de duración del código es:
[16]
Hay varios códigos transmitiéndose simultáneamente, se habla de una
distancia máxima no ambigua que se refiere a la distancia recorrida por la
señal en el tiempo de duración del código
[17]
La distancia equivalente a la duración de un bit es,
[18]
Código P
Para obtenerlo se multiplica la salida de
dos códigos (P1,P2)
La frecuencia de reloj que se emplea es de 10.23 MHz
La longitud de los dos códigos que se multiplican para obtener el código P
es de:
P1: 15345000 bits
P2: 15345034 bits
[19]
donde,
n es el identificativo de cada satélite
T es el tiempo de duración de 1 bit (10-6/10.23 s)
El periodo de estos códigos es de 267 días,
aunque únicamente se emplean 7 días y al cabo de la semana se resetea este
código, asignando secuencias semanales distintas a cada satélite.
Así, en este caso no hay ningún tipo de ambiguedad.
El receptor únicamente correla una determinada parte del código.
Otro parámetro importante es la distancia asociada a la duración de 1 bit:
[20]
La precisión en la medida del retardo está asociada con el tiempo duración
de 1 bit. Si se ha estimado que la precisión medida del retardo es de 1%
aproximadamente, entonces el error instrumental en el cálculo de las
pseudodistancias es:
Códigos C/A: 3m
Códigos P: 0.3m
Cada satélite emite dos frecuencias portadoras coherentes entre si,
f1=10.23*154=1575.42 MHz
f2=10.23*120=1227.6 MHz
Estas portadoras estarán moduladas en fase por los códigos pseudoaleatorios que hemos visto anteriormente, su estructura es la siguiente:
[21]
[22]
donde,
D(t) es el mensaje de navegación
An,Pn son los códigos C/A y P respectivamente que
hemos visto
Técnica de espectro ensanchado
El fundamento de esta técnica consiste en que la señal transmitida se expande sobre un ancho de banda mayor mediante una modulación extra.
La señal que queremos transmitir se modulará con otra señal con un régimen binario mucho mayor.
Esta técnica es muy robusta frente a las interfrencias (característica muy importante en sistemas militares).
Los diagramas de bloques del transmisor y del receptor se muestran a continuación:
Transmisor (Satélite)
Receptor (usuario)
Ejemplo
Mensaje de navegación (NAV DATA)
El mensaje de navegación está constituído por los siguientes elementos:
Efemérides (son los parámetros orbitales del satélite).
Información del tiempo (horario) y estado del reloj del satélite.
Modelo para correguir los errores del reloj del satélite.
Modelo para correguir los errores producidos por la propagación en la ionosfera y la troposfera.
Información sobre el estado de salud del satélite.
Almanaque, que consiste en información de los parámetros orbitales (constelación de satélites).
Se transmite a un régimen binario de 50 bps y se tarda 12.5 min en enviarlo completamente.
Su estructura se muestra a continuación:
Diagrama de bloques del generador de la señal GPS
Las señales que transmite el sistema GPS tienen la estructura siguiente:
[21]
[22]
Como ya hemos visto, cada satélite emite dos frecuencias portadoras
coherentes entre si,
f1=10.23*154=1575.42 MHz
f2=10.23*120=1227.6 MHz
El diagrama de bloques del generador de la señal GPS es el siguiente:
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