导航电文和星历

导航电文GPS卫星发送的导航电文是每秒50位的连续的数据流，每颗卫星都同时向地面发送以下信息：系统时间、时钟校正值、自身精确的轨道数据、其他卫星的近似轨道信息、电离层模型参数和世界协调时（UTC）数据等系统状态信息。导航电文用于计算卫星当前的位置和信号传输的时间，从而使GPS接收机在接收导航电文后能确定自身的位置。每个卫星独自将数据流调制成高频信号，数据传输时按逻辑分成不同的帧，每一帧有1500位，传输时间需30秒。每一帧可分为五个子帧，每子帧有300位，传输时间为6秒。每25帧构成一个主帧，传输一个完整的历书需要1个主帧，也就是需要12.5分钟。一个GPS接收机要实现其功能至少要接收一个完整的历书。GPS卫星导航电文结构如下图所示：Wordcontent8Bit^倡Bits6Bit5amblereserv&tlParity17Brts7BitsGBitsTimeofWeekdiv.?pa-Wordcontent8Bit^倡Bits6Bit5amblereserv&tlParity17Brts7BitsGBitsTimeofWeekdiv.?pa-(TOV^IDrityHandoverword12MI4567891DI-Data■SOOBits123|4|£«57:c2s4芝eh§101248i23日56呼9bo1234?k台12TSateiandh■■i1hda■:a*TEph1erne■■ris■I,TEpherner■■IIIis■>rParSh君■ieIwr&■函■nac■HAma■nac■—Sub-frame1iSub-tname2Frame-15tM)bitsAvigation

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12.5min12345678910111213141516171819202122232425为了缩短卫星锁定时间，GPS接收机需利用历书、当地位置的时间来预报卫星运行状态。历书与星历都是表示卫星运行的参数。历书包括全部卫星的大概位置，用于卫星预报；星历只是当前接收机观测到的卫星的精确位置，用于定位。历书是从导航电文中提取的，每12.5分钟的导航电文才能得到一组完整的历书。下表是ICD-GPS-200规定的历书格式：说明类型字节单位卫星号short2健康状况short2偏心率float4轨道参考时间long4s轨道倾角float4半周

卫星序列号卫星健康状况GPS星期周数星历参考时间星历数据期号卫星序列号卫星健康状况GPS星期周数星历参考时间星历数据期号卫星轨道偏心率Toe时的轨道倾角卫星轨道倾角变化率升交点赤经变化率轨道长半轴的平方根平均角速度校正值Toe时的升交点赤经GPS卫星星历参数包含在导航电文的第二和第三子帧中。从有效的星历中，我们可解得卫星的较准确位置和速度，从而用于接收机定位和测速。GPS卫星历书每30秒重复一次，有效期为以星历参考时间为中心的4小时内。GPS卫星星历数据中各参数具体描述：ID:Health:Week:ToeTimeofApplic(s):IODE:Eccentricity:OrbitalInclination(rad):Inclinationrate(r/s)RateofRightAscen(R/s):SQRT(A)(m，1/2):DnRightAscenatToe(rad):1、2、3、41、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、Cuc(rad):Cus(rad):Crc(m):Crs(m):Cic(rad):Cis(rad):Toe时的平近点角升交点角距余弦调和校正振幅升交点角距正弦调和校正振幅轨道半经余弦调和校正振幅轨道半经正弦调和校正振幅轨道倾角余弦调和校正振幅轨道倾角正弦调和校正振幅星历格式解析Toe时的平近点角升交点角距余弦调和校正振幅升交点角距正弦调和校正振幅轨道半经余弦调和校正振幅轨道半经正弦调和校正振幅轨道倾角余弦调和校正振幅轨道倾角正弦调和校正振幅文件头用于存放与整个文件有关的全局信息，如格式版本、创建日期、电离层参数以及GPS

与UTC间关系的参数和跳秒等。在文件头中，每行不超过80个字符，第61-80列为该行记录的标签，用于说明相应行第1-60列所表示的内容。最后以“ENDOFHEADER”结束。具体如下：NAVIGATIONDATACCRINEXNV1.6.0UXCDDIS15-SEP-1300:33RINEXVERSION/TYPEPGM/RUNBY/DATEIGSBROADCASTNAVIGATIONDATACCRINEXNV1.6.0UXCDDIS15-SEP-1300:33RINEXVERSION/TYPEPGM/RUNBY/DATEIGSBROADCASTEPHEMERISFILECOMMENT0.1211D-070.1490D-07-0.5960D-07-0.1192D-06IONALPHA0.9626D+050.8192D+05-0.1966D+06-0.3932D+06IONBETA-0.186264514923D-08-0.710542735760D-141474561758DELTA-UTC:A0,A1,T,W16LEAPSECONDSENDOFHEADER数据记录格式说明GPS：113914000.00.744494609535D-040.409272615798D-110.000000000000D+00PRN号，年，月，日，时，分，秒，卫星钟差(s),卫星钟漂(s/s),卫星钟漂比率0.890000000000D+020.678125000000D+010.473055417061D-08-0.182023583915D+01数据/星历发布时间对轨道半径正弦的校正值，平均角速度的摄动修正量，参考时刻toe的平近点角0.184401869774D-060.232196238358D-020.880658626556D-050.515368733025D+04对纬度幅角余弦的校正值，卫星轨道的偏心率，对纬度幅角正弦的校正值，卫星轨道长半径的平方0.518400000000D+060.931322574616D-080.293769019251D+01-0.242143869400D-07星历的参考时刻toe,对倾角余弦的校正值，参考时刻toe时升交点赤经，对倾角余弦的校正值0.960776246930D+000.209781250000D+030.370938681439D+00-0.806640709783D-08toe时刻的轨道倾角，对轨道半径余弦的校正值，近地点角距，升交点经度变化率0.422160445490D-090.100000000000D+010.175700000000D+040.000000000000D+00轨道倾角变化率，L2上的码，GPS周数，L2P码数据标记0.200000000000D+010.000000000000D+000.838190317154D-080.890000000000D+02卫星精度，卫星健康状态，TGD,IODC钟的数据龄期0.518400000000D+060.000000000000D+000.000000000000D+000.000000000000D+00电文发送时刻，拟合区间(未知为零),备用，备用112510150.0-0.178827904165D-030.000000000000D+000.300000000000D+02PRN号，年，月，日，时，分，秒，卫星钟差，卫星相对频率偏差，电文帧时间-0.982898193359D+04-0.279615783691D+01-0.931322574616D-090.000000000000D+00卫星位置X卫星速度X卫星加速度X卫星健康状态0.725750683594D+04-0.12