GPS信号格式和导航电

卫星导航原理及应用技术北京航空航天大学电子信息工程学院204教研室秦红磊电话：010－82316491Email:qhlmmm@sina.GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第1页!

GPS信号结构与导航电文

5.1GPS信号结构

5.2GPS卫星的导航电文GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第2页!GPS卫星信号示意图

5.2GPS信号结构GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第3页!GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第4页!自相关特性复制信号接收机产生与卫星相同的信号。伪距测量基本原理利用一伪码延时锁相环路，使本地复制的跟踪伪码和接收到的伪码在码元上对齐，也即是在时间上对准，再将跟踪伪码与本地的基准伪码进行比对，得到时间差。假如驱动本地伪码的用户GPS接收机时钟（简称站钟）和卫星中产生伪码的时钟（简称星钟）完全同步，则测得的时差即为电波自卫星到用户的传播延时，相应于获得卫星与用户之间的真实距离。若星钟与站钟不同步，则测得的距离中含有时间误差导致的不精确成分，此时的距离称为伪距。

GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第5页!GPS信号

粗测距码（C/A码）伪噪声码的长度周期:1023bit码元宽度：约为293.1m伪噪声码的重复周期：1ms时钟脉冲速率：1.023Mbit/s精码（P码）伪噪声码的长度周期:6.187bit×bit码元宽度：约为29.3m伪噪声码的重复周期：7d时钟脉冲速率：10.23Mbit/s可以加密

反欺骗技术（A/S）

GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第6页!GPS信号选择可用性技术（S/A）人为地引入干涉信号，显著地降低非特许用户用GPS信号作实时导航定位测量时的精度。SA技术包括对GPS卫星基准频率所采用的δ技术，对卫星导航电文所采用的ε技术，对P码所采用的译密技术。

δ技术是将卫星的基准频率（10.23MHz）施加高频抖动噪声信号。该信号使由基准频率派生出来的所有信号都会出现高频抖动，从而造成测距误差和测速误差。

ε技术是将卫星发送的GPS卫星轨道参数人为地施加一个慢变偏移，使广播星历精度由原来的15m左右降到75m以上；达到降低用户定位精度的目的。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第7页!伪距测量如何将传送的信号进行编码

PRN码产生器异或二进制函数线性反馈寄存器

C/A码

P码如何形成伪距测距离散自相关技术GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第8页!GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第9页!GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第10页!

最远的距离＝25785×103，发射功率为(14.3dBW＋14.7dBW)，则接收机接收到的功率为-157.8dBW，如果考虑大气损耗，接收机接收到的信号最小为160dBW

一般条件下，GPS信号到达地面的强度大约为-130dBm/2MHz，室温下的热噪声大约为-111dBm/2MHz，因此，信噪比S/N为-19dB。另外一个表示信噪比的方法是载噪比C/N0(CarriertoNoise)，其参考带宽为1Hz。室温下的热噪声为-174dBm/Hz，C/N0＝44dB(-130+174)。在这个强度下，信号很容易被处理。GPS卫星天线增益GPS接收机接收功率GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第11页!GPS测距法载波

f=1.5GHz→λ=20cm→2mm码元时间

t≈1μs→λ=300m→3mPRN码

t=1ms→λ=300km→3km数据位

t=20ms→λ=6E3km→60km遥测字（TLM）

t=6s→λ=2E6km→20000kmGPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第12页!GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第13页!GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第14页!GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第15页!GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第16页!C/A码是用于跟踪、锁定和测量的伪随机码。它的码率是1.023MHz，周期为1ms，因而在一个周期中有1023个码位。它是由m序列优选对组合码形成的Gold码（G码）。在上图中,和分别为两个10级线性移位反馈寄存器。两个移位寄存器于每星期日子夜零时，在置“1”脉冲作用下全处于1状态，同时在码率1.023MHz驱动下，两个移位寄存器分别产生码长为周期为1ms的两个m序列和。C/A码

GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第17页!C/A码发生器GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第18页!

另两级12位移位寄存器构成伪随机码，两个移位寄存器形成两个m序列。码率与相同，但码位比多37个码元，即码长为：因此P码为：其相应的码元数为：相应的周期为：

GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第19页!P码发生器GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第20页!

电文的基本单位是长达1500bit的一个主帧，广播速率为50bit/s。每一主帧又分为五个子帧，每个子帧长度为6s，第1，2，3子帧各有10个字码，每个字码为30bit，第4，5子帧各有25个页面，共有37500bit，长达12.5min（如图1所示）。它们不像第1，2，3子帧那样，每30s重复一次，而需要长达750s才能够传送完毕第4，5子帧的全部信息量，亦即，第4，5子帧是12.5min才重复一次。这表明，一台GPS信号接收机获取一帧完整的卫星导航电文，需要750s。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第21页!GPS导航电文的信息类别和形式信息类别导航电文的提供形式

信号发射时刻卫星的精确位置

利用地心惯性坐标系中修正的开普勒模型表示的卫星星历，并且将它变换到地心地固坐标系

卫星信号发射时刻的精确位置

卫星时钟误差模型和相对论校正

以C/A码捕获P（Y）码

发送转换字HOW，使在一周内保持对P（Y）码1.5秒周期所谓跟踪。这些数据用来辅助对P（Y）码的捕获。

在仰角受限条件下选取最好的一组卫星，以得到相应最小的GDOP（要求获知卫星的概位）

中等精度历书可以给出整个GPS星座的大致位置、时间以及卫星的健康状况。

时间传递信息GPS时向协调世界时（UTC）的时间转换数据

单频用户的电离层标准

电离层与时间和用户位置之间关系的近似模型

卫星信号/数据的质量

用户测距精度（URA）——发送URA指数N可为民间（非特许）用户提供关于可用卫星精度的定量测度。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第22页!GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第23页!转换字（HOW）

每一个子帧的第二个字码是转换字，它的主要作用是在测距时向用户提供P码的子码自一星期开始的周期计数Z，以便于任一6s子帧结束时自C/A码转至P码捕获。第1～17bit表示Z计数，它实质上是子帧计数，记录子帧数目；第18bit是警示标记；第19bit是反欺骗标志（AS）；第18，19位为00；第20～22bit是子帧识别标记；第23、24bit无意义（00）；第25～30bit为奇偶校验码。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第24页!数据块

子帧的第3-10个字码为数据块。它的主要内容是：载波的调制波类型、星期序号、卫星的健康状况、数据龄期、卫星时钟改正参数等。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第25页!18-22bit说明00000所有的信号都健康00001所有的信号都弱00010所有的信号都不可用（dead）00011所有的信号都没有数据调制00100L1上的P信号弱00101L1上的P信号不能用（dead）00110L1上的P信号没有数据调制00111L2上的P信号弱01000L2上的P信号不能用（dead）01001L2上的P信号没有数据调制01010L1上的C信号弱01011L1上的C信号不能用（dead）01100L1上的C信号没有数据调制01101L2上的C信号弱01110L2上的C信号不能用（dead）01111L2上的C信号没有数据调制18-22bit说明10000L2和L1上的P信号弱10001L2和L1上的P信号不能用（dead）10010L2和L1上的P信号没有数据调制10011L2和L1上的C信号弱10100L2和L1上的C信号不能用（dead）10101L2和L1上的C信号没有数据调制10110L1上的信号弱10111L1上的信号不能用（dead）11000L1上的信号没有数据调制11001L2上的信号弱11010L2上的信号不能用（dead）11011L2上的信号没有数据调制11100临时输出的信号，不要使用当前的卫星（**）11101卫星将要输出临时信号，谨慎使用（**）11110备用（spare）11111需要多种联合去描述这种不规则的变动（除了被**标记的）GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第26页!字码7：电离层延迟改正参数（17~24bit）；字码8：时钟校正的基准时刻（9~24bit），单位为秒；字码9：频率误差变化率的多项式校准系数（1~8bit）；频率误差的多项式校准系数（9~24bit）；字码10：相位误差的多项式校准系数（1~22bit）。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第27页!

由电文子帧1中得到了在发射数据间隔中表征钟差系数，以此求出卫星伪随机码相位参考于卫星天线相位中心的偏差与发射时刻的GPS系统时的关系，解算用户位置所需要的GPS时间（SV时钟时间）式中，为电文发射时刻的卫星伪随机码相位时间,可以很容易地由GPS接收机确定；为卫星伪随机码相位时间偏移。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第28页!卫星相对论效应改正

其中，（离心率）、（卫星轨道长半轴）、（偏近点角）都是卫星轨道参数。

GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第29页!子帧2的介绍：字码3：星历的数据龄期IODE（1~8bit）：为广播星历的外推时间间隔。数据龄期IODE是子帧2和子帧3都要给出的一个信息，它们与子帧1中IODC项的8个最低有效位LSB进行比较。应当指出，子帧2和子帧3中的两个IODE必须相互符合，并且应与子帧1给出的IODC（低八位）相一致。

GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第30页!字码8：升交点距的正弦摄动改正项之振幅（1～16bit)）；字码9：轨道长半轴的平方根字码8（17-24bit）和字码9（1-24bit）；字码10：GPS卫星星历基准时间（1-16bit）；拟合区间标志位17bit：它表明GPS主控是否采用了4小时或6小时的最小二乘拟合。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第31页!字码6：轨道的倾角的24位LSBs（1~24bit）字码7：轨道半轴的余弦摄动改正项之振幅（1~16bit）字码8：近地点角距字码7（17~24bit）和字码8（1~16bit）字码9：升交点赤经变化率（1~24bit）字码10：星历的数据龄期IODE（1~8bit）；轨道的倾角的变化率IDOT（RateofInclinationAngle）（9~22bit）GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第32页!

历书数据所提供的是一组截短的、精度较低的星历参数组。它不仅提供多达32颗卫星的近似星历信息，而且还给出每颗卫星的健康状态数据。对于无效卫星或卫星数据无效的情况，该子帧会交替地发送无意义的“0”和“1”，以帮助完成同步。与子帧2和子帧3中的详细星历数据相比，历书数据的精度要低得多。然而，历书数据的有效期较长，不必频繁更新。自发射时刻起，1的大致历书精度与时间的函数关系变化如下表：GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第33页!子帧四、五内容的简介：页面子帧4页面子帧52，3，4，5，7，8，9，10卫星25～32的历书数据1～24卫星1～24的历书数据18电离层改正和UTC数据2532颗卫星的反电子欺骗特征符，25～32颗卫星的健康状况25卫星1～24的卫星健康状况、历书基准时间和基准星期数其它各页分别为保留页、专用电文页和备用页GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第34页!第四子帧的第1，6，11，16及21页GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第35页!

卫星标识字SVID（3-8bit）：虽然子帧4，5的每一页都保留有特定的ID号，但是第4子帧2，3，4，5，7，8，9和10页中的每一页的SVID都可能发生变化当那页的内容发生变化。SVID有两种用途：（1）对于包含指定卫星历书的那些页的SVID，是与用户跟踪的那颗卫星的伪随机码（PRN码）编号保持一致。规定了各个卫星的PRN码，它用于识别卫星。（2）对于其它页的SVID用作“页码ID”：①数字（1-32）用来表示那些包含具体卫星的电文页（子帧4的2，3，4，5，7，8，9，10以及子帧5的1-24），33-50保留，51-63表示其它页，0用来表示虚假的卫星。②包含相同数据的页用相同的SV页码ID表示,例如：子帧4的1，6，11，16，21页用57表示，第12，24页用62表示。当SVID全为“0”时表示一个无用的卫星。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第36页!第四子帧的第13页GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第37页!第四子帧的第14，15，及17**页GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第38页!文字符号ASCⅡ字符八进制代码A~ZA~Z101~1320~90~9060~071++053--055.(小数点).056`(分钟标记)`047（度标记）370//057‘Blank’space040::072““042GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第39页!

该页发送电离层改正参数，字码3、字码4、字码5给出电离层改正参数，主要用来计算单频接收机的电离层的延迟。当CS可以上载数据到SV上时，CS至少每六天更新一次电离层改正参数，若CS不能上载数据时，SV发送的电离层改正参数将不再精确。字码6、字码7、字码8、字码9、字码10给出了UTC参数，当CS可以上载数据到SV上时，CS至少每六天更新一次UTC参数，若CS不能上载数据时，SV发送的UTC参数的精度随着时间递减。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第40页!字码3的（9~24bit）、字码4、字码5、字码6、字码7的（1~24bit）、字码8的（1~16bit）：AS特征符：标识~第三十二颗卫星AS特征。字码8的（19~24bit）、字码9的（1~24bit）、字码10的（1~18bit）分别标示第25~32颗卫星的健康状况。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第41页!子帧5（1-24页）和子帧4（2，3，4，5，7，8，9，10页）GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第42页!第五子帧第25页GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第43页!表1.卫星数据健康在子帧5第25页中的位置表示的意义137138139000所有的数据都是好的001全部或一些数据的奇偶性变坏010TLM/HOW的格式有问题011Z计数器有问题100子帧1，2，3（1个或更多子帧）中字码（3~10）的元素有问题101子帧4，5（1个或更多子帧）中字码（3~10）的元素有问题110任何子帧（1个或更多子帧）中的字码（3~10）的元素有问题111所有数据都是坏的——TLM/HOW和其数据有问题GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第44页!关于子帧4，5的算法：

⑴UTC时间的换算：

GPS时是以原子标准时为依据的。由GPS卫星广播的时间是连续的，没有UTC的跳秒，因而GPS时与UTC之间会保留一个差值。由于跳秒的介入可能会使P码接收机在那个时候无法锁定。GPS提供了由GPS时向UTC时间转换的能力。如上给出的UTC至GPS的转换参数。在绝大多数时间里表中所述关系均成立。但是，当用户工作在即将发生跳秒这一时刻，必须进行专门的调整。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第45页!1.当由和DN表示的有效日期相对于用户当前时间尚未过时，并且用户的当前时间没有落在[，…，]之间的时间段内，此时UTC与GPS时间关系为：

式中，单位为秒；；是用户根据电离层效应改正的的估计值；为跳秒的时间差；为多项式的常数和一阶量；为UTC数据的参考时间；为当前星期数；为UTC参考星期数。GPS估计时（）是相对于一周开始的秒数。UTC参数的参考时以该周起始时刻为基准的，其周数在子帧4第18页的第8个字出。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第46页!

的定义由方程式给出，适用贯穿转换过程。当加入一个跳秒时，不寻常的时间值将出现，形式为23:59:60.xxx。一些用户的设备可能有这样的设计来近似接近UTC时通过减少正在计时的时间一些秒数在发生时间以后，这样可以快速的返回到一个合适的时间指示。无论何时，当遇到跳秒情况的话，用户的设备必须持续不断的传送或借位到任何年/月/日/天计数。下表给出了过去的这些年造成的GPS时与UTC时的差值，十九年后差值是13秒。现在的趋势是大部分现代导航设备都是以GPS时作为基准时间的。因此，以后可能将不再需要GPS时向UTC时转换。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第47页!GPS信号GPS的所有信号分量都是基于同一个频率产生的：两种载波，即：

GPS卫星信号的两种信号分量：测距码和数据码是采用调相技术调制到载波上的，且调制码的幅值只取0或1。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第48页!GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第49页!GPS信号导航电文

1500bit播发速率50bit/s数据广播星历（S/A）卫星时钟校正（S/A）历书数据电离层校正数据卫星健康状况GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第50页!GPS信号反欺骗技术（A/S）它是将更加保密的W码与P码模二相加形成Y码。使得非特许用户无法接收载波上的P码。更不能利用P码实行定位，也不能用P码和C/A码的相位观测量进行联合测算。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第51页!

在载波上,调制有C/A码、P码（或Y码）的数据码，完整的信号结构为：

在载波上，只用P码进行双相调制，其信号结构为：

GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第52页!GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第53页!GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第54页!表L1和L2导航卫星信号的功率预算

下表列出了对于BLOCKⅡGPS卫星来说导航信号功率预算标，此表来自[Townsend,B-277-283]。参数L1(P)L1(C/AL2(P)用户最低接收功率-163dBW-160dBW-166dBW用户天线增益3.0dB3.0dB3.0dB自由空间传播损耗184.4dB184.4dB182.3dB总的大气损耗2.0dB2.0dB2.0dB极化失匹配损耗3.4dB3.4dB4.4dB所要卫星的EIRP+23.8dBW+26.8dBW+19.7dBW卫星天线增益@14.3º最差情况BLOCKⅡ13.5dB13.5dB11.5dB离轴角+10.3dBW+13.4dBW+8.2dBW卫星天线所要求的最低输入功率10.72W21.88W6.61WGPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第55页!GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第56页!GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第57页!GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第58页!GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第59页!GPS码发生器示意图

GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第60页!

时间基准源产生的10.23MHz脉冲与1.5s周期的脉冲相互同步，以保证帧、子帧、C/A码、P码相互同步。其中序列经过相位选择器，输入一个与平移等价的m序列，然后与模2和相加，便得到C/A码。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第61页!P码

P码的码率为10.23Mb/s，周期约为267天。它是用4个12位的移位寄存器的伪随机序列产生，这四个寄存器分别为、、（图中简画为）。两级12位移位寄存器构成一个伪随机码，两个移位寄存器形成周期为1.5s的m序列。一周期的码位数为:GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第62页!

在中，可取0，1，2，…，36。这样可得到37种P码。在实际应用中，P码采用7天的周期，即规定在每星期六午夜零点置全“1”状态作为起始点，然后从中截取一段周期为7天的码，作为P码。一共取得37个P码。32个供GPS卫星使用，5个供地面监测站使用。这样保证GPS正常工作的唯一性。因为P码的码长过长，所以，如果仍采用搜索C/A码的办法，来捕获P码，即逐个个码元依次进行搜索，当搜索的速度仍为每秒50码元时，那将是无法实现的（约需天）。因此，一般先捕获C/A码，然后根据导航电文中给出的有关信息，捕获P码。所以在不知道P码结构的情况下，是无法捕获P码。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第63页!5.3GPS卫星的导航电文

导航电文简介

导航电文包括计算卫星位置的有关数据（卫星星历）、系统时间、卫星钟参数、C/A码到P码的转换字及卫星工作状态。卫星向用户提供，用户将其应用于导航解算。这些数据是以二进制码的形式发送给用户的，故卫星电文又称为数据码，或称之为D码。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第64页!GPS卫星电文的基本内容子帧1子帧2子帧3标识码（如GPS星期序号等）、星钟数据龄期（AODC）、卫星时钟改正数等子帧4子帧5GPS卫星星历（轨道参数等）第25~32颗GPS卫星的历书、UTC和电离层改正参数、第25~32颗GPS卫星的健康状况第1~24颗GPS卫星的历书和健康状况GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第65页!遥测字（TLM）

每一个子帧的个字码都是遥测字，作为捕获导航电文的前导。其中所含的同步信号为各子帧提供了一个同步起点，使用户便于解释电文数据。具体码位如下：第1～8bit为前导码（10001011）；第9～22bit为遥测电文，包括地面监测系统注入数据时的状态信息、诊断信息和其他信息，以此指示用户是否选用该卫星；第23、24bit无意义；第25～30bit为奇偶校验码（如下图所示）。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第66页!GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第67页!GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第68页!字码3:周数WN（1-10bit）：为Z计数的前十位，记录周数，从周期开始的1980年1月6日零点开始计数。用户测距精度URA（13-16bit）：该颗卫星提供给未被授权用户的测距精度（m）。这是为非特许用户设置的。卫星的健康标记(17-22bit)：如果17位“=0”，表示所有的卫星数据都是好的。如果17位“=1”，表示一些或者全部卫星数据都不健康；其它5位（18-22bit）是信号组成部分的健康标志位。其意义如下表所示：GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第69页!IODC的2MSBs（23-24）：与字码8的前八位一起来表示时钟数据龄期。GPS试验卫星的IODC只占8bit，而GPS工作卫星却扩展到了10bit。IODC是时钟改正数的外推时间间隔，它向用户指明了对卫星时钟改正数的置信度。且知：

式中，计算时钟参数所作测量的最后观测时间；数据块的参考时刻。

字码4:P码数据标志位（1bit）。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第70页!

卫星时钟校正是将每颗卫星上的时钟修正为统一的GPS时。GPS是以时间差测量为基础的，其测量精度与卫星时钟的精度密切相关。卫星钟和接收机钟间的相对误差乘上光速就等于测距误差，因此在GPS测量中必须十分小心地消除各种时钟误差。卫星时钟按照美国海军天文台（USNO）所维持的UTC由主控站进行遥控调整的（卫星钟的物理调整），可保证卫星钟与GPS时之间的误差（物理同步误差）在1ms之内。显然卫星钟的物理同步精度不能满足导航和定位的精度要求，所以，对卫星钟还需用卫星钟参数进行改正（卫星钟的数学调整）。

卫星时钟校正：GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第71页!卫星伪随机码相位时间偏移确定：是数据块1的参考时间，从全球定位系统时间,每星期历元开始度量，单位秒。GPS系统每星期历元是指格林尼治平太阳时星期六到星期日早上之间的子夜（0点0分0秒）。可见，数学调整必须配合物理调整才能保证卫星时钟与GPS标准时间之间保持较高的同步精度。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第72页!

第二数据块包括第二和第三子帧，它载有卫星的星历，提供375位修正的开普勒模型信息，用这些数据能估计出发射卫星的位置。以下是子帧2和3的介绍。第二数据块GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第73页!

字码3、字码4、字码5分别给出了轨道半径正弦调和改正项振幅；平近地点角速度的修正项；平近点角。

字码6：升交点距的余弦摄动改正项之振幅(1～16bit)；字码7：卫星轨道离心率字码6（17~24bit）和字码7（1~24bit）GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第74页!子帧3的介绍：字码3：轨道倾角的余弦摄动改正项之振幅（1~16bit）字码4：升交点赤经字码5：轨道倾角的正弦摄动改正项之振幅（1~16bit）轨道的倾角的8位MSBs（17~24bit）。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第75页!第三数据块

第四和第五子帧共同构成第三数据块，为用户提供其他卫星的概略星历、时钟改正和卫星工作状态等信息。子帧4还含有电离层模型和GPS时钟校正信息。历书数据使用户能选取一组配置最好的卫星，或者直接判定哪些卫星在视野内。用户利用码分址较快地捕获其他卫星信号及选择最合适的卫星。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第76页!

历书和星历的区别：他们虽都是表示卫星运行轨道的参数。但是前者包括全部卫星的概略位置，用于卫星预报；后者只包括当前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。收集完12.5分钟的导航电文才获得一组完整的历书。自发射起数据时间的龄期历书精度1天1星期2星期900m1200m3600mGPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第77页!子帧4的介绍：第1，6，11，16和21页：保留；第2，3，4，5，7，8，9和10页：分别是SV25到32的历书数据。这些页还可能有其他用处；每一页的格式和内容由此页的SVID决定。在这种情况下，第25页的6位健康字全设置成1那么此页的从25到32的SVID将不会有值。第12，19，20，22，23和24页：保留；第13页：NMCT（导航电文校正表）；第14和15页：保留为系统使用；第17页：特殊电文；第18页：电离层和UTC数据；第25页：SV32颗星配置的A-S特征符，还有SV25到32的健康字。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第78页!字码3：数据识别（1-2bit）：定义卫星的数据结构。它提供两种意义：（1）对于那些指定包含一个特定卫星历书的页，数据识别码定义了此颗卫星（此卫星的历书包含在该页中）利用的数据结构，（2）对于其他的页，数据识别码定义了发射卫星的数据结构。数据ID“1”（二进制00）在GPS计划的阶段使用，现在已经不再使用。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第79页!第四子帧的第12，19，20，22及23页GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第80页!字码3：有效性指示器（9~10），说明见下表：有效性指示器NMCT可靠性00对于授权或未被授权的用户，修正表都是可靠的01对于授权用户，修正表都是可靠的10对于授权或未被授权的用户，修正表都是不可靠的11保留GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第81页!

子帧4的第14，15页被保留；第17页为特殊信息所保留，它容纳22个8bit的ASCⅡ字符。这176bit占用字码3的9~24位，以及字码4~9的1~24位，字码10的1~16位。它由地面控制部分产生，用于向用户发播字母、数字信息。如下表所示：GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第82页!第四子帧的第18页GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第83页!第四子帧的第25页GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第84页!子帧5的介绍：1~24页包括1~24颗卫星的历书数据；第25页包含卫星1~24颗的健康字，历书参考时间，还有历书参考星期数。GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第85页!字码3：卫星轨道偏心率（9~24bit）字码4：子帧5历书数据校准参数（1~8bit）轨道倾角修正量（9~24bit）字码5：升交点赤径变化率（1~16bit）字码6：轨道长半轴的平方根（1~24bit）字码7：升交点赤径（1~24bit）字码8：近地点角距（1~24bit）字码9：基准时间的平近点角（1~24bit）字码10：相位误差（1~8bit和20~22bit）频率误差（9~19bit）GPS信号格式和导航电共91页，您现在浏览的是第86页!字码3：历书参考时间（9~16bit）历书参考星期（17~24bit）字码(4~9):用6bit的数据表示1~24颗卫星的健康状况。在子帧4和子帧5中，给出了两类卫星健康状况数据：（1）在含有历书有关卫星钟和星历数据参数的32个页面（子帧5（1~24页）和子帧4（2，3，4，5，7，8，9，10页））中，每一页都有8位表明有关该颗标定卫星的“健康”状况；（2）子帧4的第25页和子帧5的第25页为32颗卫星的每一颗设置了6位“健康”状况字组成的卫星状况简报。8位状态字的前三个最高有效位MSB该颗卫星导航电文的健康状况如表下1，e.g.显示HOW中的Z-计数是否正常。8位状态字的后5位LSB加上第二类的6位“健康