GPS卫星的导航电文和卫星信号.ppt

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1、第四章GPS卫星的导航电文和卫星信号中国矿业大学环境与测绘学院王坚本章需学习的内容：4.1GPS卫星导航电文（指卫星星历、时钟改正、转换码等）4.2GPS卫星信号（指测距用伪随机码信号及载波信号）4.3卫星位置的计算（由导航电文计算观测时刻卫星的地球坐标系坐标）4.4GPS接收机基本工作原理§4.1GPS卫星的导航电文GPS卫星的导航电文（简称卫星电文又叫数据码（D码））：是用户用来定位和导航的数据基础。它主要包括：卫星星历、时钟改正、电离层时延码转换到捕获P码的信息。它的基本单位是长1500bit的一个主帧（如图4-1所示），传输速率是5

2、0bit/s,30秒钟传送完毕一个主帧。一个主帧包括5个子帧，第1、2、3子帧每30秒钟重复一次，内容每小时更新一次。第4、5子帧的全部信息则需要750秒钟才能够传送完。即第4、5子帧是12.5分钟播完一次，然后再重复之，其内容仅在卫星注入新的导航数据后才得以更新。§4.1GPS卫星的导航电文4.1.1遥测码（TLW，即TelemetryWord）遥测码位于各子帧的开头，它用来表明卫星注入数据的状态，以次指示用户是否选用该颗卫星。4.1.2转换码（HOW,即HandOverWord）转换码位于每个子帧的第二个字码，其作用是提供帮助用户从所捕

3、获的C/A码转换到捕获P码的Z计数，它表示从每星期天零时到星期六24小时，P码子码X1的周期（1.5秒）重复数。4.1.3第一数据块第一数据块位于第1子帧的第3~10字码，它的主要内容包括：①标识码，时延差改正；②星期序号；③卫星健康状况；④数据龄期；⑤卫星时钟改正系数等。1.时延差改正时延差改正就是载波L1、L2的电离层时延差。当使用单频接收机时，为了减小电离层的影响，提高定位精度，要用改正观测结果，双频接收机可通过L1，L2两频率的组合来消除电离层的影响，不需要此项改正。2.数据龄期AODC卫星时钟的数据龄期AODC是时钟改正数的外推时

4、间间隔，它指明卫星时钟改正数的置信度。AODC=Toc-tl(4-1)式中：toc为第一数据块的参考时刻；tl是计算时钟改正参数所用数据的最后观测时间。3.星期序号WNWN表示从1980年1月6日子夜零点（UTC）起算的星期数，即GPS星期数。4.卫星时钟改正GPS时间系统是以地面主控站的主原子钟为基准。由于主控站主钟的不稳定性，使得GPS时间和UTC时间之间存在着差值。地面监控系统通过临测确定出这种差值，并用导航电文播发给广大用户。每一颗GPS卫星的时钟相对GPS时系存在着差值，需加以改正，这是卫星时钟改正：Δts=a0+a1(t-toc

5、)+a2(t-toc)24.1.4第二数据块包含第2和第3子帧，其内容表示GPS卫星的星历，这些数据为用户提供了有关计算卫星运动位置的信息。描述卫星的运行及其轨道的参数包括下列三类。（如图4-2所示）1.开普勒六参数这6个参数为：，e,i0,Ω0，ω，M02.轨道摄动九参数这9个参数为：Δn，,，Cuc,Cus,Crc,Crs,Cic,Cis（其含义同3.4）3.时间二参数(1)从星期日子夜零点开始度量的星历参考时刻toe；(2)星历表的数据龄期AODE，有:AODE＝toe-t1式中t1为作预报星历测量的最后观测时间，因此AODE就是预报

6、星历的外推时间长度。4.1.5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1，6，1

7、1，12，16，19，20，21，22，23，24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（DATAID）；(b)第3～8比特为卫星识别（SVID）。GPS卫星信号的产生GPS卫星信号是GPS卫星向广大用户发送的用于导航定位的调制波，它包含有：载波、测距码和数据码。时钟基本频率为10.23MHz。GP

8、S信号的产生，如图4-3所示。GPS信号是GPS卫星向广大用户发送的用于导航定位的已调波，其载波处于L(22cm)波段，其调制波是卫星电文和伪随机噪声码的组合码。GPS卫星向广大