GPS卫星的信号结构
GPS卫星信号主要包含用于导航定位的卫星星历等数据，这些数据经调制后再广播给用户。卫星上有日稳定度约为10-13的铯原子钟，产生10.23 MHz的基准频率。卫星载波信号工作在L波段，载波信号频率有4个，分别为L1、L2、L3、L5，载波信号上调制有测距码和导航电文（图5-18）。
图5-18 GPS卫星信号结构
1.载波
载波的作用是搭载其他调制信号、测距和测定多普勒频移，其实质是频率很高的无线电波。
当前，GPS信号主要有L1、L2和L3载波。其中，L1载波中心频率为1 575.43 MHz， 波长为19.03 cm，在L1载波上调制有C/A码和P码；L2载波中心频率为1 227.60 MHz，波长为24.42 cm，在L2载波上调制有P码；L3载波用途和频率暂未公开，资料显示其用于发现核爆炸或给其他高能量红外辐射事件的核爆炸侦察系统（NDS）平台提供通信联系（图5-19）。
图5-19 L1和L2载波波长
GPS现代化后，增加了L5载波，其中心频率为1 176.45 MHz，波长为25.48 cm。单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位。由于不能有效消除电离层延迟影响，只适用于短基线（＜15 km）的精密定位。双频接收机可以同时接收L1、L2载波信号。利用双频对电离层延迟的不同，可以消除电离层对电磁波信号的延迟的影响，可用于长达几千千米的精密定位。民用GPS通常只使用L1波段，而勘测与军事用途则需要同时使用L1和L2波段。L5是第三种民用GPS信号，有利于GPS测量过程中的周跳探测、电离层延迟误差改正和整周模糊度的确定，将民用定位精度从5 m提升至30 cm。
2.测距码
测距码的作用是测量卫星至接收机距离，其实质为伪随机噪声码（Pseudo Random Noise，PRN），既具有随机噪声的特性，又可以精确定义（实际上隐含有时间信息）。不同的码（包括未对齐的同一组码）间的相关系数为0或1/n（n为码元数），对齐的同一组码间的相关系数为1（图5-20）。
图5-20 测距码
测距码有两种，分别为C/A码和P码。C/A码为粗码/捕获码（Coarse/Acquisition Code）的英文缩写，无差别地供世界民用用户使用，提供标准定位服务，其码率为1.023 MHz， 周期为1 ms，1周期含1 023个码元数，每个码元宽度为293.05 m，调制在载波L1上；P码是精码（Precise Code）的英文缩写，只供美国及其盟国军事和特殊用户使用，提供精密定位服务，其码率为10.23 MHz，周期为7天，1周期包含6 187 104 000 000个码元，码元宽度为29.30 m，调制在L1和L2载波上。
P码由于调制在L1和L2载波上，因此能校正大部分的电离层误差，而且P码的速率为C/A码的10倍，使接收机处理信号的分辨率高、噪声低，同时多径影响较小，所以总定位精度远远优于C/A码。
3.导航电文
导航电文是卫星以二进制码的形式发送给用户的导航定位数据，其内容主要有卫星星历、系统时间及卫星钟校正参数；轨道摄动改正；卫星状态信息；测距时间标记；电离层延迟改正参数；其他与导航有关的信息。这些信息均采用不归零二进制编码形式，是码率为50 Hz的比特流。导航电文经编码后与伪随机码通过模2加运算进行扩频，再将扩频后的码对载频进行二进制相移、键控后发射给用户。
一帧导航电文由25个主帧组成，每个主帧包含5个子帧，每个子帧由10个字组成，每个字包含30个比特（图5-21）。
导航电文中重要的导航参数有卫星测距精度、电离层延迟改正、卫星时钟数据龄期、卫星时钟改正、时间2参数及轨道摄动改正9参数。
图5-21 一帧导航电文的结构