GPS卫星的导航电文

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导航电文又称为数据码(Data Message),就是包含卫星星历(Satellite vehicle Ephemeris)、卫星工作状态(Satellite Vehicle Heath)、系统时间(System Time)、时钟改正参数(Clock Correction Parameters)、轨道摄动改正(Perturbed Orbit Correction Parameters)、电离层折射参数(Ionospheric Delay Model Parameters)等信息的一组二进制码。

一、导航电文的格式

导航电文是具有一定规则格式的二进制码,按帧(frame)向用户广播。每帧电文含有1500比特,传输数码率为50BPS,播送一帧数据需要30秒。

GPS卫星的导航电文

如图所示,每帧电文包括5个子帧(subframe),每个子帧有300比特,其播发时间为6秒。其中子帧4、5各包含25页,子帧1、2、3与子帧4、5的每一页,均构成完整的一帧。子帧1、2、3的内容每小时更新,而子帧4、5的内容仅在卫星注入新的数据后才得以更新。导航电文全部播发完毕需要12.5分钟。

二、导航电文的基本内容

各子帧的主要内容包括:

●遥测字(TLM-Telemetry word)

遥测字位于各子帧的开头,它包含的同步信号,为各子帧提供一个同步的起点,以便解译导航电文的内容。

●交接字(HOW-Hand Over word)

交接字在子帧中的位置紧接着TLM,主要是向用户提供用于捕获P码的Z计数(Z counter)。通过HOW可以实时了解观测瞬间在P码周期中的位置,以便迅速捕获P码。

●数据块Ⅰ

数据块Ⅰ包含子帧1的内容,包括卫星钟改正参数、星期的编号(Week Number)和卫星工作状态信息。

●数据块Ⅱ

数据块Ⅱ包含子帧2、3的内容,此数据块称为卫星星历,主要向用户提供有关计算卫星在轨位置的信息。它包括参考历元及其相应的摄动轨道参数和数据龄期(AODO-Age of Data Offset)。

●数据块Ⅲ

数据块Ⅲ包含子帧4、5的内容,包括卫星的导航信息、工作状态信息、星座历书(Almanac)以及电离层改正参数。

三、导航电文的主要参数

(一),数据块Ⅰ的主要参数

数据块Ⅰ的各项参数:

星期编号,表示现时的星期周数,它是从1980年1月6日协调时子夜零时起算的。

卫星精度,为非特许用户提供该卫星的测距精度,取值范围为0~15。例如,当它等于0时,测距精度在0~2.4m,等于10时,测距精度在192.0~384.0m.。这个精度指标不包含用户设备与信号传播的误差。

卫星健康状态,表示卫星导航数据正确与否。比如其中有一个字概述卫星导航数据正确与否,它可取值0或1,0表示导航数据正确;1表示某些或者全部导航数据错误。

卫星钟参数发布,可以便于用户发现卫星钟参数的更新情况。

卫星钟参考历元,表示数据块Ⅰ的基准时间,卫星钟差参考时刻。

卫星钟差改正参数,用来对卫星钟钟差进行改正。

(二),数据块Ⅱ的主要参数

数据块Ⅱ包含2、3子帧,主要用来计算卫星的在轨位置。

数据块Ⅱ的大部分参数是用来计算卫星摄动轨道的,表中的最后三个参数:

卫星星历参考历元,是卫星星历参数的参考时间。从每周六∕周日子夜零时起算,取值范围为0~604800。

星历参数发布,可以便于用户发现卫星星历参数的更新情况。

星历数据龄期,它表示最后一次更新数据的时间到参考历元toe之间的时间差,便于用户确认导航电文改正参数的时效(Validity Time)。取值范围0~31,每个刻度值等于900秒,因此AODO的实际值变化于0~27900秒。

(三),数据块Ⅲ的主要参数

数据块Ⅲ包含4、5子帧共50页的内容。其主要内容是其他卫星的卫星历书(包括子帧4的2-5页,7-10页和子帧5的1-24页)。历书类似于星历,也可用来做卫星定轨以及钟差改正,只是它所含的参数更少些,定轨精度较星历为低,更新速度也较迟缓。另外,在子帧4的第18页包含有电离层改正和协调世界时的有关参数。

GPS卫星的导航电文

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