GPS导航电文

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GPS卫星信号（二）：导航电文
一．导航电文及其格式
   1.定义
    ①.所谓导航电文，是指包含导航信息的数据码。
    ②.导航信息包含有：遥测码、由C/A码确定的P码的交换码、时间系统、卫星星历、卫星工作状态、卫星历书、星钟改正参数、轨道摄动改正参数、大气折射改正参数。
    ③.它是用户利用GPS进行导航定位的数据基础。
   2.格式



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    ⑴.导航电文是二进制编码文件，按规定格式组成数据帧，按帧向外播发。每帧电文1500bit，播送速度为每秒50bit，所以，一帧电文的传播时间是30秒。
    ⑵.每帧电文含有5个子帧，每个子帧含有10个字，每个字为30bit；所以每一子帧共含有300bit，按上述比特率50bit/s速度播发，每幅子帧需播发6秒。
二．导航电文内容


 
△遥测字（TLW）
定义：各子帧的第一个字，作为捕获导航电文的前导。
作用：协助用户快速解译导航电文，判定卫星可用与否。
    具体码位如下：从1~8bit是同步码（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。
 



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△交换字（HOW）
 
     定义：每一个子帧的第二个字码就是交接字。
     作用：它的主要作用是帮助用户从已捕获的C/A码转换到P码的捕获。
     具体码位如下：从31~47bit表示Z计数，它表示从每星期六/星期日午夜零起算的对P码中PN1(t)(周期为1.5s)的累计数，量程为0~403200 。知道Z计数，就知道观测时刻P码在周期中的准确位置，以此较快的捕获P码。第48bit表明卫星注入电文后是否发生滚动动量矩缺载现象；第49bit用于指示数据帧的时间是否与PN1(t)钟信号同步；第50~52bit是子帧识别标志；第53、54bit无意义；第55~60bit为奇偶校验码。
 
 



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△第一数据块
  


    ⑴星期数（WN）：星期数来自Z计数器的高10位，指代当前的GPS星期。每当周内时计数在星期六午夜零时从最大值跳回零的同时，星期数的值加1 。因为星期数用10位二进制表示，所以它的最大值为1023 。若星期数在最大值1023时再加1，则星期数返回置0 。因为GPS时间每周循环一次，所以为了确切地表达一个时间值，在必要时必须同时指出GPS时间和GPS星期数。
    ⑵用户测距精度（URA）：用户测距精度是对所有由GPS地面监控部分和空间星座部分引起的侧距误差大小的一个统计值，它是通过导航电文中的一个由4bit表示的用户测距精度因子N而提供给非特许用户的。用户测距因子N的值在0至15之间，每一个值对应于一个用户测距精度URA，而用户可以根据N值用以下公式估算URA值：
 
 



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URA值越大，则表示从该卫星信号中得到的GPS距离测量值的精度越低。当N等于15时，URA的估算值缺省，此时用户要自己承担使用该卫星的风险。
   ⑶卫星健康状况：若共计6bit的卫星健康状况的最高值是0，则表示导航电文全部正确。若它的最高位是1；则表示导航电文出错，而低于5位又具体指出信号各部分的出错情况。
   ⑷时钟校正参数：ɑf0 ，ɑf1 和ɑf2是卫星时钟校正模型方程中的三个系数。另外参数tOC 称为第一数据块的参考时间，它在时钟校正模型中被用做时间参考点。在修正卫星时钟钟差时会用到这些参数。
   ⑸大气传播时延改正： 第7个字码的17~24bit表示载波L1、L2的电离层时延改正TGD 。当使用单频接收机时，利用TGD改正观测的结果，以减小电离层效应的影响，提高定位精度。当使用双频接收机时无需此项改正。
   ⑹时钟数据龄期AODC：第3字码的23、24bit以及第8个字码的1~8bit，均表示卫星时间的数据龄期AODC。试验卫星只占8bit，工作卫星改为10bit，AODC是时钟改正数的外推时间间隔，它向用户指明卫星时钟改正数的置信度：
AODC=Toc-tl
 
△第二数据块
 


   卫星信号的第2子帧和第3子帧数据块一起组成第二数据块，它提供该卫星自身的星历参数。
  (1)开普勒轨道六参数：为卫星轨道椭圆长半轴的平方根；e为卫星轨道椭圆偏心率；i0为参考时刻t0的轨道面倾角；W0为参考时刻t0的升交点赤经；w为近地点角距；M0为参考时刻t0的平近点角。
  (2)轨道摄动九参数：Dn为平均角速度改正数; W为升交点赤经变化率;i为卫星轨道平面倾角变化率；Cus、Cuc为升交角距的正余弦调和改正项振幅，Cis、Cic为轨道正面倾角的正余弦调和改正项振幅；Crs、Crc为轨道向径正余弦调和改正项振幅。
  (3)时间二参数：从星期日子夜零点开始度量的星历参考时刻t0e及星历表的数据龄期AODE。
 



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                                                                                                                          GPS卫星轨道参数
 
 


 
GPS卫星星历参数
 
 
 
 
 △第三数据块


 
 
 
第三数据块包括第4和第5两个子帧，其内容包括了所有GPS卫星的历书数据。当接收机捕获到某颗GPS卫星后，根据第三数据块提供的其他卫星的概略星历、时钟改正、卫星工作状态等数据，用户可以选择工作正常和位置适当的卫星，并且较快地捕获到所选择的卫星。
1.第4子帧
(1)第2，3，4，5，7，8，9，10页面提供第25～32颗卫星的历书；
(2)第17页面提供专用电文，第18页面给出电离层改正模型参数和UTC数据；
(3)第25页面提供所以卫星的型号、防电子对抗特征符和第25～32颗卫星的健康状况；
(4)第1，6，11，12，16，19，20，21，22，23，24页作备用，第13，14，15页为空闲页。
2.第5子帧
(1)第1～24页面给出第1～24颗卫星的历书；
(2)第25页面给出第1～24颗卫星的健康状况和星期编号。
在第三数据块中，第4和第5子帧的每个页面的第3字码，其开始的8个比特是识别字符，且分成两种形式：（a）第1和第2比特为电文识别（DATA ID）；(b)第3～8比特为卫星识别（SV ID）。
 


 
GPS卫星历书参数