李玉柏卫星导航与定位004-卫星导航信号和电文(第五版)

1、卫星导航与定位卫星导航与定位 第四讲：第四讲：GPS卫星导航信号与系卫星导航信号与系统统 GPS系统组成 GPS系统的导航信号卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt第四章：第四章：GPS卫星导航信号与系统卫星导航信号与系统 4.1 GPS卫星导航系统组成卫星导航系统组成4.2 卫星导航信号卫星导航信号4.3 卫星的测距码产生卫星的测距码产生 4.4 卫星导航电文组成、含义和应用卫星导航电文组成、含义和应用卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt1、GPS卫星导航系统组成卫星导航系统组成回顾回顾 GPS系统由三部分系统由三部分组成组成 空间部分空间部分 地面控制部分地面控制部分 用户设备部

2、分用户设备部分卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt1）GPS的空间部分的空间部分 GPS的空间部分的组成的空间部分的组成 GPS卫星星座卫星星座 设计星座：设计星座：21+3 21颗正式的工作卫星颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星颗活动的备用卫星 保证在每天保证在每天24小时的任小时的任何时刻，在何时刻，在高度角高度角15 以以上，能够同时观测到上，能够同时观测到4颗颗以上卫星以上卫星 当前星座：当前星座：28颗颗卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选pptGPS的空间部分的空间部分 GPS卫星星座卫星星座 6个轨道面，轨道倾角个轨道面，轨道倾角55 ； 平均轨道高度平均轨道高度2020

3、0km； 周期周期11h 58min（顾及地球自转，地球顾及地球自转，地球-卫星的几卫星的几何关系每天提前何关系每天提前4min重复一次）。重复一次）。卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选pptGPS的空间部分的空间部分 GPS卫星作用：卫星作用： 接收、存储导航电文接收、存储导航电文 接受地面指令，进行相应操作接受地面指令，进行相应操作 其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选pptGPS的空间部分的空间部分Block IIRBlock IIABlock IIABlock IIRBlock IIFBlock IIR不同类型的不同

4、类型的GPS卫星卫星 GPS卫星主要设备卫星主要设备 太阳能电池板太阳能电池板 原子钟（原子钟（2台铯钟、台铯钟、2台铷钟）台铷钟） 信号生成与发射装置信号生成与发射装置卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt2）GPS的地面监控部分的地面监控部分 地面监控部分地面监控部分 （Ground Segment） 组成组成 主控站：主控站：1个个 监测站：监测站：5个个 注入站：注入站：3个个 通讯与辅助系统通讯与辅助系统GPS卫星注入站监测站主控站主控站监测站注入站大西洋太平洋印度洋卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选pptGPS的地面监控部分的地面监控部分 监测站（监测站（5个）个） 作用：作

5、用：接收卫星数据，采接收卫星数据，采集气象信息，并将集气象信息，并将所收集到的数据传所收集到的数据传送给主控站。送给主控站。 地点：地点：夏威夷、主控站及夏威夷、主控站及三个注入站。三个注入站。卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选pptGPS的地面监控部分的地面监控部分 主控站（主控站（1个）个） 作用：作用：管理、协调地面监控系统各部分的工作，管理、协调地面监控系统各部分的工作，收集各监测站的数据，编制导航电文，送往注入收集各监测站的数据，编制导航电文，送往注入站将卫星星历注入卫星，站将卫星星历注入卫星，监控卫星状态，向卫星发送控制指令；监控卫星状态，向卫星发送控制指令；卫星维护与异常情况的

6、处理。卫星维护与异常情况的处理。 地点：美国科罗拉多州法尔孔空军基地。地点：美国科罗拉多州法尔孔空军基地。卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选pptGPS的地面监控部分的地面监控部分 注入站（注入站（3个）个） 作用：作用：将导航电文注入将导航电文注入GPS卫星。卫星。 地点：地点：阿松森群岛（大西阿松森群岛（大西洋）、迪戈加西亚洋）、迪戈加西亚（印度洋）和卡瓦（印度洋）和卡瓦加兰（太平洋）加兰（太平洋）卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt3）GPS的用户部分的用户部分 组成组成 用户机、车载机用户机、车载机 接收设备接收设备 接收设备接收设备 GPS信号接收机信号接收机 其它仪器设备其

7、它仪器设备卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt2、 GPS卫星信号结构卫星信号结构 1）GPS卫星信号结构特点卫星信号结构特点 GPS系统信号包含多种信号码流；系统信号包含多种信号码流； 所有信号码流都是基于原子钟严格同步；所有信号码流都是基于原子钟严格同步； 卫星利用双载波发射信号卫星利用双载波发射信号【GPS现代化后现代化后采用三载波频率发射采用三载波频率发射】；11111( )( )( ) cos( )( ) siniLPiiLCiiLStAP tD ttAC tD tt222( )( )( ) cosiLPiiLStBP tD tt卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选pptGPS

8、卫星信号结构特点卫星信号结构特点 系统为码分多址体制；系统为码分多址体制； GPS系统码中信息包含在一种电文码中，电文系统码中信息包含在一种电文码中，电文码码D(t)包含星历等多种数据；包含星历等多种数据； GPS系统码中使用伪随机序列扩频码系统码中使用伪随机序列扩频码【又称为又称为噪声码，因为它们具有与白噪声相似的形噪声码，因为它们具有与白噪声相似的形态态】CDMA技术；技术；扩频码分为用于精密测距的扩频码分为用于精密测距的P码，和用于粗码，和用于粗略测距的略测距的C/A码；码；P码、码、C/A码均是由不同的码均是由不同的2个个m序列伪码复序列伪码复合构成，且均具优良自相关性能；合构成，且均

9、具优良自相关性能；卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选pptGPS卫星信号结构特点卫星信号结构特点 p扩频码对导航扩频码对导航 电文扩频电文扩频p进行模二和进行模二和 运算规则运算规则 可以用双极性表示：二进制信号可以用双极性表示：二进制信号1表示二进制表示二进制0，-1表示二进制表示二进制1，从而直接乘。，从而直接乘。110;101;01 1;000 卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt GPS卫星信号包含三种信号分量：载波、测距卫星信号包含三种信号分量：载波、测距码和数据码。信号分量的产生都是在同一个基码和数据码。信号分量的产生都是在同一个基本频率本频率f0=10.23MHz的控制下

10、产生如图：的控制下产生如图：基本频率基本频率10.23MHzL1载波载波1575.42MHzL2载波载波1227.60MHzC/A码码1.023MHzP码码10.23MHzP码码10.23MHz数据码数据码50BPS数据码数据码50BPS 154 120 10 204600 2）GPS卫星信号结构卫星信号结构 卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选pptGPS卫星信号结构卫星信号结构 由卫星上的原子钟直接产生，频率为由卫星上的原子钟直接产生，频率为10.23MHz； 卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分频卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分频1012020001541575.42MH

11、z;19.03cm1201227.60MHz;24.42cm/101.023MHz;10.23MHz;2046000050LLLLffffC AfPffHz码码码码率率码码码码率率卫卫星星（导导航航）电电文文码码率率卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选pptGPS卫星信号结构卫星信号结构 载波频率选择的因素载波频率选择的因素 所选择的频率有利于测定多普勒频移；所选择的频率有利于测定多普勒频移； 所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折射影响；射影响； 选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折射延迟（电离层折射延迟于

12、信号的频率有关）。射延迟（电离层折射延迟于信号的频率有关）。卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt现代化后的载波信号频谱现代化后的载波信号频谱 卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt3）卫星信号的调制）卫星信号的调制 采用正交采用正交2PSK调制调制 IQ分别两路的二进制信分别两路的二进制信号的相位调制：号的相位调制：)cos()()(ttBtS调相调相PM卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt卫星信号的调制卫星信号的调制 GPS卫星信号的调制示意图卫星信号的调制示意图卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt课堂练习课堂练习 分别写出分别写出GPS系统系统L1和和L2导航信号的导

13、航信号的表达式。表达式。卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt3、测距码、测距码 伪随机噪声码伪随机噪声码 PRN码码:对于某个时刻对于某个时刻t而言，码而言，码元是元是0或或1完全是随机的，但其出现的概率均为完全是随机的，但其出现的概率均为1/2。理论上伪随机噪声码是一种非周期序列，。理论上伪随机噪声码是一种非周期序列，无法复制。但有良好的自相关性。无法复制。但有良好的自相关性。 三种测距码：三种测距码： 粗码粗码C/A码、精码码、精码P码以及码以及 Y码：码： 粗码粗码(C/A码码)为主要民用导航测距码；为主要民用导航测距码； Y码用于反欺骗模式启动时替代码用于反欺骗模式启动时替代P码

14、；码； 精码精码(P码码)，或者，或者Y码主要是用于授权用户精确码主要是用于授权用户精确导航测距码。导航测距码。 卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt1）C/A码的产生码的产生 C/A码是一个码周期长度为码是一个码周期长度为1ms、码率为、码率为1.023 Mbps的的Gold码（简称码（简称G码）。码）。G码序列由码长为码序列由码长为1023的两个线性序列的两个线性序列G1和和G2，进行模，进行模2和生成。和生成。 卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选pptC/A码的产生码的产生 码长：码长： 比特。比特。 码元宽：码元宽： (相应距离相应距离 为为293.1m) 周期：周期： 数码率

15、：数码率：10/211023C AN /1/1.0230.977752C ATMus/1C AC ATNTms/1.023C AfMbps 用用C/A码测距在码测距在300 km内无模糊度问题。内无模糊度问题。 C/A码的码长短，共码的码长短，共1023个码元，易于捕获，称个码元，易于捕获，称捕获码。捕获码。卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选pptC/A码的产生码的产生 码元宽度大，假设两序列的码元对齐误差为为码元宽度大，假设两序列的码元对齐误差为为码元宽度的码元宽度的10分之分之1，则相应的测距误差为，则相应的测距误差为29m。由于精度低，又称粗码。由于精度低，又称粗码。Receiver

16、PRNSatellite PRNTime Difference卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt2）P码的产生码的产生 P码产生的原理与码产生的原理与C/A码相似，但更复杂。发生码相似，但更复杂。发生电路采用的是两组各由电路采用的是两组各由24级反馈移位寄存器产级反馈移位寄存器产生的截短码。生的截短码。 码长：码长： 比特；比特； 码元宽：码元宽： ， 相应的距离为相应的距离为29.3m。 周期为：周期为： ， 数码率为：数码率为：10.23Mbit/s。142.3 10PN 1/10.230.0977752PTMus267PPTNT38天天（周周）卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选

17、ppt P码的产生码的产生 P码的周期长，码的周期长，267天重复一次，实际应用时天重复一次，实际应用时P码码的周期被分成的周期被分成38部分，每一部分为部分，每一部分为7天，其中天，其中1部部分闲置，分闲置，5部分给地面监控站使用，部分给地面监控站使用，32部分分配给部分分配给不同卫星，每颗卫星使用不同卫星，每颗卫星使用P码的不同部分，都具码的不同部分，都具有相同的码长和周期，但结构不同。有相同的码长和周期，但结构不同。 P码的捕获一般先捕获码的捕获一般先捕获C/A码，再根据导航电文信码，再根据导航电文信息，捕获息，捕获P码。码。 P码的码元宽度为码的码元宽度为C/A码的码的1/10，码元对

18、齐精度约，码元对齐精度约为码元宽度的为码元宽度的1/10，则相应的距离误差为，则相应的距离误差为2.9m，故故P码称为精码。码称为精码。卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt P码的优点：码周期很长，不易破译，利于保码的优点：码周期很长，不易破译，利于保密。每个卫星独用一个时区，可充分利用复合密。每个卫星独用一个时区，可充分利用复合码自相关特性。可进行无模糊测距。码自相关特性。可进行无模糊测距。 P码的缺点：码的缺点： 码很长，不易捕获，从而需利用码很长，不易捕获，从而需利用C/A码进行捕获。码进行捕获。 C/A码与码与P码同步采用同一基码同步采用同一基准时钟，还在准时钟，还在P码的每个历

19、元时刻（初始时刻）码的每个历元时刻（初始时刻）使使C/A码的两组移位寄存器全置码的两组移位寄存器全置1。 采用统一采用统一时钟的优点还在于在捕获时钟的优点还在于在捕获C/A码基础上便于捕获码基础上便于捕获P码。码。P码的优缺点码的优缺点 卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选pptC/A码和码和P码的码相位分配和码序列初始段码的码相位分配和码序列初始段 卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选pptC/A码和码和P码的码相位分配和码序列初始段码的码相位分配和码序列初始段 卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt4、GPS卫星的导航电文卫星的导航电文D(t)（数据码）（数据码） 1）导航电文及其格式

20、）导航电文及其格式 导航电文是包含有关卫星的星历、卫星工作状导航电文是包含有关卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由正、大气折射改正和由C/A码捕获码捕获P码等导航信码等导航信息的数据码（或息的数据码（或D(t)）。）。 50bps的导航数据的导航数据D(t) 先模先模2和到和到P(Y)和和C/A码码上，生成的比特序列，再调制上，生成的比特序列，再调制L1和和L2载波。载波。 对一个给定的卫星，对一个给定的卫星，P(Y)和和C/A码在码在L1及及L2上所用的都是同一个导航数据序列上所用的都是同一个导航数据序列D

21、(t)。卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt导航电文及其格式导航电文及其格式 导航电文也是二进制码，依规定格式组成，按导航电文也是二进制码，依规定格式组成，按帧向外播送。每帧电文含有帧向外播送。每帧电文含有1500比特，播送速比特，播送速度度50bit/s，每帧播送时间，每帧播送时间30s。 完整的导航信息由完整的导航信息由25帧数据组成，全部播完要帧数据组成，全部播完要12.5min。其内容仅在地面注入站注人新的导。其内容仅在地面注入站注人新的导航数据才更新。航数据才更新。 每帧导航电文含每帧导航电文含5个子帧，每个子帧分别含有个子帧，每个子帧分别含有10个字，每个字个字，每个字30比

22、特，故每个子帧共比特，故每个子帧共300比特，比特，播发时间播发时间6s。卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt导航电文及其格式导航电文及其格式 导航电文及其格式导航电文及其格式123451234567891030s6s0.02s0.6s25页10个字30比特卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt 导航电文及其格式导航电文及其格式 导航电文及其格式导航电文及其格式 为记载多达为记载多达25颗卫星的信息，子帧颗卫星的信息，子帧4/5各含有各含有25页，一共页，一共25页信息称为历书信息。页信息称为历书信息。 子帧子帧1/2/3和子帧和子帧4/5的每一页构成一个主帧，其的每一页构成一个主帧

23、，其中子帧中子帧1/2/3记载了该卫星的星历。记载了该卫星的星历。 主帧中主帧中1、2、3的内容每的内容每12小时更新一次，小时更新一次，4、5的内容仅当给卫星注入新的导航电文后才得以的内容仅当给卫星注入新的导航电文后才得以更新。更新。卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt2）导航电文的内容）导航电文的内容 一帧导航电文的内容一帧导航电文的内容 TLM HOW数据块1时钟修正参数TLM HOW数据块2星历表TLM HOW数据块2星历表继续TLM HOW数据块3卫星历书等TLM HOW数据块3卫星历书等12345一个子帧6s长，10个字，每字30比特1帧30s1500比特卫星导航与定位卫星导

24、航与定位精选精选ppt导航电文的内容导航电文的内容（1）遥测字（）遥测字（TLMTelemetry WORD） 位于个子帧的开头，作为捕获导航电文的前导；包括固定位于个子帧的开头，作为捕获导航电文的前导；包括固定的的10001101+授权用户信息。授权用户信息。（2）交接字（）交接字（HOWHand Over Word） 紧接各子帧的遥测字，主要向用户提供紧接各子帧的遥测字，主要向用户提供Z记数，可以用于记数，可以用于C/A引导捕获引导捕获P码的。码的。Z记数是从每个星期六记数是从每个星期六/星期日子夜星期日子夜零时起算的时间记数，表示下一子帧开始瞬间零时起算的时间记数，表示下一子帧开始瞬间G

25、PS时。时。卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt导航电文的内容导航电文的内容卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt导航电文的内容导航电文的内容 GPS时间以协调世界时时间以协调世界时(UTC)作为参考。作为参考。GPS零时定义零时定义在在1980年年1月月5日晚上与日晚上与1月月6日凌晨之间的午夜。日凌晨之间的午夜。 表述表述GPS时间的最大单位是一周，定义为时间的最大单位是一周，定义为604800 S (7x24x 3600)。 GPS时间和时间和UTC有所不同，因为有所不同，因为GPS时间是一个连续时间是一个连续时间标度，而时间标度，而UTC是要周期地进行整数跳秒修正。是要周期地

26、进行整数跳秒修正。 在每颗卫星中有一个以在每颗卫星中有一个以15S为单位的历元，叫为单位的历元，叫Z计数，计数，它提供了一个用于精确计算和传送时间的单位。它提供了一个用于精确计算和传送时间的单位。 Z计数有计数有29位，包括两部分：位，包括两部分：19个最低有效位个最低有效位LSBs，称为周时间称为周时间TOW，10个最高有效位个最高有效位MSBs表示周的表示周的数目。数目。 在卫星发射的实际数据中只有在卫星发射的实际数据中只有27个个Z计数位。计数位。卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt导航电文的内容导航电文的内容 其中：其中：10位的周计数是子帧位的周计数是子帧1中的第中的第3个字。

27、个字。17位的位的周时间在每个子帧的周时间在每个子帧的HOW中。中。 一周有一周有604800S，TOW计数从计数从0403199，因为，因为6048001.5=403200。时间起点大约出现在周六夜晚与周日早。时间起点大约出现在周六夜晚与周日早晨之间的午夜，而午夜在晨之间的午夜，而午夜在UTC标准中以格林尼治子午标准中以格林尼治子午线为参考，定义为线为参考，定义为0000时。时。 经过几年后，零时间的起点和经过几年后，零时间的起点和UTC时间时间0000时相差时相差几秒。几秒。 17位位TOW计数的缩简形式包含整个一周，时间单位是计数的缩简形式包含整个一周，时间单位是6S，等于一个子帧时长。

28、缩简，等于一个子帧时长。缩简TOW计数是从计数是从0100799。卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt课堂练习课堂练习 利用导航电文，来计算当前接受信号利用导航电文，来计算当前接受信号的发射时间。的发射时间。卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt导航电文的内容导航电文的内容（3）数据块）数据块1子帧子帧1的星钟参数：的星钟参数：卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt子帧子帧1的导航电文内容的导航电文内容 n 含有卫星钟改正参数及含有卫星钟改正参数及形钟形钟数据龄期数据龄期IODC、星期的周数编号星期的周数编号WN、电离层、电离层延迟延迟改正改正TGD、和卫星工作状态等信息。和卫星

29、工作状态等信息。2012()stsocsocGDrtaa ttattT,sWORDBITCACHIPtWN HOW NNNNn 卫星信号发射时间计算卫星信号发射时间计算: n 卫星钟改正卫星钟改正参数参数:卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt 导航电文的内容导航电文的内容 （4）数据块）数据块2： 子帧子帧2/3的的 星历参数星历参数 包含在包含在2、3两个两个 子帧里，主要向子帧里，主要向 用户提供有关计用户提供有关计 算卫星运行位置算卫星运行位置 的信息。该数据的信息。该数据 一般称为卫星星一般称为卫星星 历（广播星历）历（广播星历） 卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt子帧子

30、帧2的星历参数的星历参数 卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt子帧子帧3的星历参数的星历参数 卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt子帧子帧3的星历参数的星历参数 0nnn具体应用：具体应用： 平均角速度平均角速度 升交距角等升交距角等 升交点经度升交点经度 摄动改正摄动改正( )cos(2( )sin(2( )( )cos(2( )sin(2( )( )cos(2( )sin(2( )ucsussrcsrssicsissu tCu tCu tr tCu tCu ti tCu tCu t0( )() ()kieoeieoetttt 0( )( )( )( )( )( )( )()(

31、)kskskoeu tu tu tr tr tr ti tiitti t 卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt 导航电文的内容导航电文的内容 （5）数据块）数据块3 历书：历书： 包含在包含在4、5两个子帧中，主要向用户提供两个子帧中，主要向用户提供GPS卫卫星的概略星历及卫星的工作状态信息，称为卫星星的概略星历及卫星的工作状态信息，称为卫星的历书，共的历书，共25页。页。卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt 导航电文的内容导航电文的内容 子帧子帧 4： 第第 2 5, 7 10页包含页包含 25到到32号为卫星的历书数据；号为卫星的历书数据； 第第17也包含专用信息；也包含专用信

32、息； 第第 18包含电离层和协调世界时包含电离层和协调世界时(UTC的参数信息；的参数信息； 第第25页尾防欺骗标记页尾防欺骗标记 、32颗卫星布局、颗卫星布局、 25到到32号卫星号卫星健康状况；健康状况； 第第 1, 6, 11, 12, 16, 19 24 页保留；页保留； 第第13 15 页尾备份页。页尾备份页。 子帧子帧 5： 第第124也为也为1到到24号卫星的历书数据号卫星的历书数据 ； 第第 25 页包含页包含1到到24号卫星的健康状况、历书参数和历号卫星的健康状况、历书参数和历书参考星期数。书参考星期数。卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt 导航电文的内容导航电文的内容

33、 说明说明1历书数据历书数据 历书数据包括卫星星历定义的下列参数：历书数据包括卫星星历定义的下列参数：只不过不需要频繁更新，有较长生命周期。只不过不需要频繁更新，有较长生命周期。 说明说明2电离层参数电离层参数 电离层参数包括在子帧电离层参数包括在子帧4的第的第18页，用于电离页，用于电离层实验估计，主要参数包括：层实验估计，主要参数包括：卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt3）各个子帧数据格式和信息位置）各个子帧数据格式和信息位置 子帧子帧1的数据格式的数据格式 卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt 各个子帧数据格式和信息位置各个子帧数据格式和信息位置 子帧子帧2的数据格式的数据

34、格式 卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt 各个子帧数据格式和信息位置各个子帧数据格式和信息位置 子帧子帧3的数据格式的数据格式 卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt 各个子帧数据格式和信息位置各个子帧数据格式和信息位置 子帧子帧5的的1-24页数据格式页数据格式 卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt4）导航电文的编码和检错）导航电文的编码和检错 每子帧每子帧或跨子或跨子帧的帧的30bit的的字（每字（每帧帧10个个字）均字）均使下表使下表中的汉中的汉明码校明码校验算法：验算法：D1 = d1 D30*D2 = d2 D30* D24 = d24 D30*D25 = D29*

35、 d1 d2 d3 d5 d6 d10 d11 d12 d13 d14 d17 d18 d20 d23D26 = D30* d2 d3 d4 d6 d7 d11 d12 d13 d14 d15 d18 d19 d21 d24D27 = D29* d1 d3 d4 d5 d7 d8 d12 d13 d14 d15 d16 d19 d20 d22D28 = D30* d2 d4 d5 d6 d8 d9 d13 d14 d15 d16 d17 d20 d21 d23D29 = D30* d1 d3 d5 d6 d7 d9 d10 d14 d15 d16 d17 d18 d21 d22 d24D30

36、= D29* d3 d5 d6 d8 d9 d10 d11 d13 d15 d19 d22 d23 d24注1： d1、d2、d24为源数据位。注2： 符号*用来表示子帧中前一字的最后2bit。注3： D25、D26、D30为计算得到的校验位。注4： D1、D2、D29、D30为卫星发送的比特位。注5： 是“模2和”或“异或”操作。卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt附件：历书数据的使用附件：历书数据的使用 包含在导航电文的第四包含在导航电文的第四/五子帧中的历书数据又称五子帧中的历书数据又称为预报星历。预报星历是一组比广播星历的精度为预报星历。预报星历是一组比广播星历的精度低的星历，用

37、户通过它可以计算卫星的位置和分低的星历，用户通过它可以计算卫星的位置和分布状况。布状况。 利用这些信息选择更有利的观测时段进行观测，利用这些信息选择更有利的观测时段进行观测，同时也可以作为接收机搜星过程中可见星选择，同时也可以作为接收机搜星过程中可见星选择，多普勒频移提供信息。多普勒频移提供信息。 SVID: 卫星的卫星的PRN号，范围为号，范围为131 H : Health卫星健康状况，零为信号可用，非零为信号卫星健康状况，零为信号可用，非零为信号不可用不可用 e : Eccentricity轨道偏心率轨道偏心率 卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt1）利用历书进行卫星位置预报）利用历

38、书进行卫星位置预报 Toa : Time of Applicability(s) 历书的基准时间历书的基准时间 Orbital Inclination(rad): 轨道倾角轨道倾角 Rate of Right Ascen(r/s): 升交点赤经变化率升交点赤经变化率 SQRT(A) (m 1/2): 轨道长半轴的平方根轨道长半轴的平方根 Right Ascen at Week(rad): 升交点赤经升交点赤经 Argument of Perigee(rad): 近地点俯角近地点俯角 Mean Anom(rad): 平均近点角平均近点角 Af 0 (s) : 卫星时钟校正参数（钟差）卫星时钟校正

39、参数（钟差） Af 1 (s/s) : 卫星时钟校正参数（钟速）卫星时钟校正参数（钟速） WN : week GPS周数周数0:i:a0:M卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt利用历书进行卫星位置预报利用历书进行卫星位置预报 1/230snGM a 卫星位置预测：卫星位置预测： 计算平均角速度：计算平均角速度： 观测时刻观测时刻 t 的卫星钟差改正：的卫星钟差改正：001,()kaocttTtwhereTafaf tt 计算观测时刻的平近点角计算观测时刻的平近点角Ms和偏近点角和偏近点角Es：0SkMMntSSSEeMEsin卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt利用历书进行卫星位置

40、预报利用历书进行卫星位置预报 首先计算升交距角：首先计算升交距角：ssuf 计算卫星的地心距离：计算卫星的地心距离：(1cos)sraeEcossin0 xruyruz 计算卫星在轨道坐标系中的坐标计算卫星在轨道坐标系中的坐标( , , )x y z 计算观测时刻的真近点角计算观测时刻的真近点角 f s ：)cossin1arctan(2SSSSSeEEef卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt利用历书进行卫星位置预报利用历书进行卫星位置预报 005()7.292115 10 (/ )ekeeettrad s 其其中中： 首先计算摄动修正升交点的经度：首先计算摄动修正升交点的经度：31()()XxYRRiyZz iiiiiiiRRcossin0coscoscoscossinsinsincossincos)()(13 计算在协议天球坐标系中的空间直角坐标：计算在协议天球坐标系中的空间直角坐标：卫星导航与定位卫星导航与定位精选精选ppt利用历书进行卫星位置预报利用历书进行卫星位置预报 3()GXXYR SYZZ地3cossin0()si