疑似ランダムノイズ (PRN) コードは、ランダムに見えるが、決定的で再現性のあるバイナリシーケンスを生成します。GPS、Galileo、BeiDou などの衛星航法システムは、さまざまな通信アプリケーションとともに、これらのコードに依存しています。
PRN コードは、ナビゲーションと通信に不可欠な主要な特性を備えています。
アルゴリズムによって生成されるため、決定論的なパターンに従い、正確な再現を保証します。構造化された設計にもかかわらず、ホワイトノイズと同様の統計的特性を示し、ランダムに見えます。
エンジニアは、異なるコードが直交または一意になるように設計し、相互相関を減らし、干渉を最小限に抑えます。
GPS および GNSS アプリケーション (例: 無人航空機システム) では、コンステレーション内の各衛星が一意の PRN コードを送信します。
これらのコードは、複数の機能を果たします。GPS 受信機が異なる衛星からの信号を区別するのに役立ち、送信されたコードとローカルで生成されたバージョンを比較して信号の移動時間を決定することにより、範囲計算を可能にし、スペクトラム拡散変調をサポートします。
この変調技術により、信号は広い帯域幅で送信できるようになり、干渉や妨害に対する耐性が向上します。
GPS は、さまざまな種類の PRN コードを使用します。C/A (粗い/捕捉) コードは、標準の GPS ナビゲーションをサポートし、1 ミリ秒ごとに繰り返されます。軍事アプリケーション向けに設計された P(Y) コードは、データを暗号化し、7 日ごとに繰り返されます。
高度な軍事バージョンである M コードは、妨害防止機能を強化します。
線形フィードバックシフトレジスタ (LFSR) は PRN コードを生成し、正確な信号追跡に必要な相関特性を備えたシーケンスを生成します。
LFSR は、疑似ランダム特性を維持しながら、予測可能性と再現性を確保することで、これらのコードをナビゲーションと通信に非常に信頼性の高いものにしています。
PRNコードの数式表現
G1とG2の場合、漸化式は次のとおりです。
G1(n) = G1(n−3) ⊕ G1(n−10)
G2(n) = G2(n−2) ⊕ G2(n−3) ⊕ G2(n−6) ⊕ G2(n−8) ⊕ G2(n−9) ⊕ G2(n−10)
ここで、⊕ (XOR)は、バイナリ加算演算です。
PRNコードは次のように形成されます。
PRN(n) = G1(n) ⊕ G2 (n+delay)
各GPS衛星によって遅延は異なり、固有のPRNシーケンスが保証されます。