gps衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和衛(wèi)星信號(hào)

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1、第四章GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和衛(wèi)星信號(hào)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院王堅(jiān)本章需學(xué)習(xí)的內(nèi)容：4.1GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文（指衛(wèi)星星歷、時(shí)鐘改正、轉(zhuǎn)換碼等）4.2GPS衛(wèi)星信號(hào)（指測(cè)距用偽隨機(jī)碼信號(hào)及載波信號(hào)）4.3衛(wèi)星位置的計(jì)算（由導(dǎo)航電文計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻衛(wèi)星的地球坐標(biāo)系坐標(biāo)）4.4GPS接收機(jī)基本工作原理§4.1GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文（簡(jiǎn)稱衛(wèi)星電文又叫數(shù)據(jù)碼（D碼））：是用戶用來(lái)定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。它主要包括：衛(wèi)星星歷、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼的信息。它的基本單位是長(zhǎng)1500bit的一個(gè)主幀（如圖4-1所示），傳輸速率是50bit/s,30秒鐘傳送完畢一個(gè)主幀。一個(gè)

2、主幀包括5個(gè)子幀，第1、2、3子幀每30秒鐘重復(fù)一次，內(nèi)容每小時(shí)更新一次。第4、5子幀的全部信息則需要750秒鐘才能夠傳送完。即第4、5子幀是12.5分鐘播完一次，然后再重復(fù)之，其內(nèi)容僅在衛(wèi)星注入新的導(dǎo)航數(shù)據(jù)后才得以更新。§4.1GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文4.1.1遙測(cè)碼（TLW，即TelemetryWord）遙測(cè)碼位于各子幀的開(kāi)頭，它用來(lái)表明衛(wèi)星注入數(shù)據(jù)的狀態(tài)，以次指示用戶是否選用該顆衛(wèi)星。4.1.2轉(zhuǎn)換碼（HOW,即HandOverWord）轉(zhuǎn)換碼位于每個(gè)子幀的第二個(gè)字碼，其作用是提供幫助用戶從所捕獲的C/A碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼的Z計(jì)數(shù)，它表示從每星期天零時(shí)到星期六24小時(shí)，P碼子碼X1的

3、周期（1.5秒）重復(fù)數(shù)。4.1.3第一數(shù)據(jù)塊第一數(shù)據(jù)塊位于第1子幀的第3~10字碼，它的主要內(nèi)容包括：①標(biāo)識(shí)碼，時(shí)延差改正；②星期序號(hào)；③衛(wèi)星健康狀況；④數(shù)據(jù)齡期；⑤衛(wèi)星時(shí)鐘改正系數(shù)等。1.時(shí)延差改正時(shí)延差改正就是載波L1、L2的電離層時(shí)延差。當(dāng)使用單頻接收機(jī)時(shí)，為了減小電離層的影響，提高定位精度，要用改正觀測(cè)結(jié)果，雙頻接收機(jī)可通過(guò)L1，L2兩頻率的組合來(lái)消除電離層的影響，不需要此項(xiàng)改正。2.數(shù)據(jù)齡期AODC衛(wèi)星時(shí)鐘的數(shù)據(jù)齡期AODC是時(shí)鐘改正數(shù)的外推時(shí)間間隔，它指明衛(wèi)星時(shí)鐘改正數(shù)的置信度。AODC=Toc-tl(4-1)式中：toc為第一數(shù)據(jù)塊的參考時(shí)刻；tl是計(jì)算時(shí)鐘改正參數(shù)所用

4、數(shù)據(jù)的最后觀測(cè)時(shí)間。3.星期序號(hào)WNWN表示從1980年1月6日子夜零點(diǎn)（UTC）起算的星期數(shù)，即GPS星期數(shù)。4.衛(wèi)星時(shí)鐘改正GPS時(shí)間系統(tǒng)是以地面主控站的主原子鐘為基準(zhǔn)。由于主控站主鐘的不穩(wěn)定性，使得GPS時(shí)間和UTC時(shí)間之間存在著差值。地面監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)臨測(cè)確定出這種差值，并用導(dǎo)航電文播發(fā)給廣大用戶。每一顆GPS衛(wèi)星的時(shí)鐘相對(duì)GPS時(shí)系存在著差值，需加以改正，這是衛(wèi)星時(shí)鐘改正：Δts=a0+a1(t-toc)+a2(t-toc)24.1.4第二數(shù)據(jù)塊包含第2和第3子幀，其內(nèi)容表示GPS衛(wèi)星的星歷，這些數(shù)據(jù)為用戶提供了有關(guān)計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)位置的信息。描述衛(wèi)星的運(yùn)行及其軌道的參數(shù)包括下列

5、三類。（如圖4-2所示）1.開(kāi)普勒六參數(shù)這6個(gè)參數(shù)為：，e,i0,Ω0，ω，M02.軌道攝動(dòng)九參數(shù)這9個(gè)參數(shù)為：Δn，,，Cuc,Cus,Crc,Crs,Cic,Cis（其含義同3.4）3.時(shí)間二參數(shù)(1)從星期日子夜零點(diǎn)開(kāi)始度量的星歷參考時(shí)刻toe；(2)星歷表的數(shù)據(jù)齡期AODE，有:AODE＝toe-t1式中t1為作預(yù)報(bào)星歷測(cè)量的最后觀測(cè)時(shí)間，因此AODE就是預(yù)報(bào)星歷的外推時(shí)間長(zhǎng)度。4.1.5第三數(shù)據(jù)塊第三數(shù)據(jù)塊包括第4和第5兩個(gè)子幀，其內(nèi)容包括了所有GPS衛(wèi)星的歷書(shū)數(shù)據(jù)。當(dāng)接收機(jī)捕獲到某顆GPS衛(wèi)星后，根據(jù)第三數(shù)據(jù)塊提供的其他衛(wèi)星的概略星歷、時(shí)鐘改正、衛(wèi)星工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)，用戶可

6、以選擇工作正常和位置適當(dāng)?shù)男l(wèi)星，并且較快地捕獲到所選擇的衛(wèi)星。1.第4子幀(1)第2，3，4，5，7，8，9，10頁(yè)面提供第25～32顆衛(wèi)星的歷書(shū)；(2)第17頁(yè)面提供專用電文，第18頁(yè)面給出電離層改正模型參數(shù)和UTC數(shù)據(jù)；(3)第25頁(yè)面提供所以衛(wèi)星的型號(hào)、防電子對(duì)抗特征符和第25～32顆衛(wèi)星的健康狀況；(4)第1，6，11，12，16，19，20，21，22，23，24頁(yè)作備用，第13，14，15頁(yè)為空閑頁(yè)。2.第5子幀(1)第1～24頁(yè)面給出第1～24顆衛(wèi)星的歷書(shū)；(2)第25頁(yè)面給出第1～24顆衛(wèi)星的健康狀況和星期編號(hào)。在第三數(shù)據(jù)塊中，第4和第5子幀的每個(gè)頁(yè)面的第3字碼，其開(kāi)

7、始的8個(gè)比特是識(shí)別字符，且分成兩種形式：（a）第1和第2比特為電文識(shí)別（DATAID）；(b)第3～8比特為衛(wèi)星識(shí)別（SVID）。GPS衛(wèi)星信號(hào)的產(chǎn)生GPS衛(wèi)星信號(hào)是GPS衛(wèi)星向廣大用戶發(fā)送的用于導(dǎo)航定位的調(diào)制波，它包含有：載波、測(cè)距碼和數(shù)據(jù)碼。時(shí)鐘基本頻率為10.23MHz。GPS信號(hào)的產(chǎn)生，如圖4-3所示。GPS信號(hào)是GPS衛(wèi)星向廣大用戶發(fā)送的用于導(dǎo)航定位的已調(diào)波，其載波處于L(22cm)波段，其調(diào)制波是衛(wèi)星電文和偽隨機(jī)噪聲碼的組合碼。GPS衛(wèi)星向廣大