GPS卫星的星历、GPS卫星信号及GPS的导航电文

合集下载

GPS卫星的导航电文和卫星信号

GPS卫星的导航电文和卫星信号
– 缺点:要求用户掌握伪噪声码的结构,以便接 收机产生复制码信号
1
40
§4.6 GPS接收机基本工作原理
三.几种常见的GPS接收机
Ashtech系列GPS接收机(阿斯泰克)
国家:美国 公司:麦哲伦公司
1
41
§4.6 GPS接收机基本工作原理
三.几种常见的GPS接收机
2. Trimble系列GPS接收机(天宝)
1
15
§4.3 C/A码与P码
二.C/A码
定义
C/A码用于分址、搜捕卫星信号和粗 测距,是具有一定抗干扰能力的明码,提 供给民用
2. 产生
1.
C/A码是由两个10级移位寄存器
相结合而产生的
1
16
§4.3 C/A码与P码
二.C/A码
3. 基本特性
是GPS卫星的民用伪噪声码 码长1023bit,很短,易于捕获(捕获码) 码元宽度977.517nsec 时间周期1ms,1sec对应长度293Km 不同的卫星具有不同的C/A码 是L1载波的调制信号 测距误差2.93~29.3m,精度较低(粗码)
1
8
§4.1 GPS卫星播发的信号
二.伪随机码
3. 伪随机码
产生原因:随机码序列没有周期性,无法 复制 定义:具有良好的自相关特性的有周期性 的序列称伪随机序列。由二进制码元组成 的伪随机序列称二进制伪随机码简称伪码 产生装置:“多级反馈移位寄存器” 分类:截短序列、复合序列等
1
9
§4.2 伪随机码扩频与相关接收
1
34
§4.6 GPS接收机基本工作原理
GPS接收机的分类
3. 接收机通道
定义:跟踪、处理、量测卫星信号的部件; (一个时刻一颗卫星一个频率)

10.GPS卫星导航电文

10.GPS卫星导航电文
① 第1和第2bit为电文识别(DATA ID)。当DATA ID为“00”时,它是GPS实验卫星的数据格式; 当为“01”时,它是GPS工作卫星的数据格式;
② 第3~8bit为卫星识别(SV ID)。对于含有历书 数据的各个页面,SV ID的编号对于该颗GPS卫 星的伪燥声码之相位偏差系数;对于其余各个也 面,SV ID相当于页面识别符。
由于每个子帧持续时间为6s,所以下一子帧 开始的时间为6×Zs。
如图10-4所示,Z计数乘6秒后即为下一子帧 的前沿所对应的GPS时。
图10-5 Z计数与GPS时对应关系图
转换码的第18bit表明卫星注入电文后是否发生 滚动动量矩缺载现象;
第19bit用于指示数据帧的时间是否与P码子码 X1的钟信号同步;
子帧1、2、3与子帧4、5的每一页均构成一个 主帧,即一段完整的导航电文包含25个主帧, 由 于 一 个 主 帧 的 长 度 为 1500bit , 故 电 文 共 有 37500bit。
第1、2、3子帧每30s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750s才能够传送 完,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。
1-17
Z计数
18
19 20-22
滚动动量矩 数据帧的时间 子帧 是否缺载 是否同步 识别标志
23-24 25-30 bit
连接码 奇偶检验码
图10-4
转换码的第1~17bit表示Z计数,它实际上是 一个时间计数,它以从每星期起始时刻开 始播发的D码子帧数为单位,给出了一个子 帧开始瞬间的GPS时间。
导航电文是二进制码,依规定格式组成,按帧 向外播送。
它的基本单位是长1500bit的一个主帧。由于播 送速率为50bit/s,所以播送一帧电文的时间需 要 30s。

第四章 GPS卫星导航电文和卫星信号

第四章 GPS卫星导航电文和卫星信号

第4章GPS卫星的导航电文和卫星信号4.1 GPS卫星的导航电文GPS卫星的导航电文(简称卫星电文)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、电离层时延改正、工作状态信息以及C/A码转换到捕获P码的信息。

这些信息以二进制码的形式,按规定格式组成,按帧向外播送,卫星电文又叫数据码(D码)。

他的基本单位是长1500bit的一个主帧,传输速率是50bit/s,30s传送完毕一个主帧。

一个主帧包括5个子帧,第1、2、3子帧各有10个字码,每个字码有30bit;第4,5子帧各有25个页面,共37500bit。

第1、2、3子帧每30秒重复一次,内容每小时更新一次。

第4,5子帧的全部信息则需要750s才能够传送完毕。

即第4、5子帧是12.5min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。

4.1.1 遥测码遥测码位于各子帧的开头,它用来表明卫星注入数据状态。

遥测码的第1-8bit 是同步码,使用户便于解释导航电文;第9-23bit为遥测电文,其中包括地面监控系统注入数据时的状态信息、诊断信息和其他信息。

第23和第24bit是连接码;第25-30bit为奇偶检验码,它用于发现和纠正错误。

4.1.2 转换码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获的C/A码转换到捕获P码的Z计数。

Z计数实际上是一个时间计数,它以从每星期起始时刻开始播发的D码子帧数为单位,给出了一个子帧开始瞬间的GPS时间。

由于每一子帧持续时间为6s,所以下一个子帧开始的时间为6xZ s,用户可以据此将接收机时钟精确对准GPS时,并快速捕获P码。

4.1.3 第一数据块第1子帧第3-10字码,主要内容:①标识码,时延差改正②星期序号③卫星的健康情况④数据龄期⑤卫星时钟改正系数等。

4.1.4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。

4第四章GPS卫星信号与导航电文

4第四章GPS卫星信号与导航电文
• 码元宽度大,假设两序列的码元对齐误差为码元宽 度的1/10~1/100,则相应的测距误差为29.3~2.9m 。由于精度低,又称粗捕获码。
GNSS
P码-精码
• P码的产生原理与C/A码相似,但更复杂。发生电路采用的 是两组各由12级反馈移位寄存器构成。码长Nu≈2.35×1014比 特,码元宽为tu=1/f0=0.097752μs,相应的距离为29.3m。 周期为Tu= Nutu≈ 267d,数码率为10.23Mbit/s。
• P码的周期长,267天重复一次,实际应用时P码的周期被分 成38部分(每一部分为7天,码长约6.19 ×1012比特),其中 1部分闲置,5部分给地面监控站使用,32部分分配给不同卫 星,每颗卫星使用P码的不同部分,都具有相同的码长和周 期,但结构不同。
• P码的捕获一般是先捕获C/A码,再根据导航电文信息,捕 获P码。由于P码的码元宽度为C/A码的1/10,若取码元对齐 精度仍为码元宽度的1/10~1/100,则相应的距离误差为 2.93~ 0.29m,故P码称为精码(precision code)。
GNSS
GPS信号(示意)
测距码t
t + △t 数据码D(t)
载波L
GNSS
频率
GPS卫星时钟频率选用10.23MHz,利用频率综合器产生所需要
的频率。GPS信号的产生如下图:
基本频率ƒ0
10.23MHz
÷10
×154
L1
C/A码 P码
1575.42MHz 1.023MHz 10.23MHz
×120
模二加反馈 (e+f)
0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1
末级输出的二进制数
1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0

gps导航卫星星历及历书参数意义

gps导航卫星星历及历书参数意义

为了缩短卫星锁定时间,GPS接收机需利用历书、当地位置的时间来预报卫星运行状态。

历书与星历都是表示卫星运行的参数。

历书包括全部卫星的大概位置,用于卫星预报;星历只是当前接收机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,每12.5分钟的导航电文才能得到一组完整的历书。

下表是ICD-GPS-200规定的历书格式:说明类型字节单位卫星号short 2健康状况short 2偏心率float 4轨道参考时间long 4 s轨道倾角float 4 半周升交点赤经变化率float 4半周/s长半轴的平方根double8升交点赤经double8 半周近地点角距double8 半周参考时间的平近点角double8 半周卫星钟差改正float 4 s 卫星钟漂改正float 4 s/s 历书星期数short 2GPS星期数short 2GPS星期秒数long 4 s校验和 2利用历书和当地的位置,我们可以计算出卫星的方位和高度角,由此可以计算出当地能观测到的卫星和持续时间,即卫星高度角大于5°的出现时间。

GPS卫星星历参数包含在导航电文的第二和第三子帧中。

从有效的星历中,我们可解得卫星的较准确位置和速度,从而用于接收机定位和测速。

GPS卫星历书每30秒重复一次,有效期为以星历参考时间为中心的4小时内。

GPS卫星星历数据中各参数具体描述:1、ID: 卫星序列号2、Health: 卫星健康状况3、Week: GPS星期周数4、Toe Time of Applic(s): 星历参考时间5、IODE: 星历数据期号6、Eccentricity: 卫星轨道偏心率7、Orbital Inclination(rad): Toe时的轨道倾角8、Inclination rate (r/s) 卫星轨道倾角变化率9、Rate of Right Ascen(R/s): 升交点赤经变化率10、SQRT(A) (m^1/2): 轨道长半轴的平方根11、Dn 平均角速度校正值12、Right Ascen at Toe(rad): Toe时的升交点赤经13、Argument of Perigee(rad): 轨道近地点角距14、Mean Anom(rad): Toe时的平近点角15、Cuc(rad): 升交点角距余弦调和校正振幅16、Cus(rad): 升交点角距正弦调和校正振幅17、Crc(m): 轨道半经余弦调和校正振幅18、Crs(m): 轨道半经正弦调和校正振幅19、Cic(rad): 轨道倾角余弦调和校正振幅20、Cis(rad): 轨道倾角正弦调和校正振幅。

GPS导航电文概述

GPS导航电文概述

GPS导航电文概述(2008-07-09 19:44:43)导航电文是用户用来定位和导航的基础数据。

它包括该卫星的星历、工作状态、时钟修正、电离层时延修正、大气折射改正以及由C/A码捕获P码的导航信息,这些信息调制在载频上,数据采用不归零的二进制码。

导航数据是一个二进制序列,其格式是:主帧(页)、子帧、字。

每主帧(页)电文长度为1500bit,播送速率为50bit/s,所以发送一主帧(页)电文需要30s时间。

每主帧导航电文包括5个子帧,每个子帧长6s,共含300bit。

每子帧由10个字组成,每个字为30bit,目前前三子帧的内容每30s重复一次,每两小时更新一次。

第4、5子帧各有25页,1、2、3子帧和4、5子帧的每一页构成一个主帧。

4、5子帧的内容仅当给卫星注入新的导航电文后才得以更新。

一套完整的导航电文由25个主帧(页)组成,共37500bit,要750s才能传完,即12.5min。

实际上,导航电文的具体格式非常复杂,如下图所示,GPS接收机的一个重要功能就是正确解调电文。

导航电文格式导航电文也是二进制码,依规定格式组成,按帧向外播送。

每帧电文含有1500 bit,播送速度为50bit/s。

所以传播一帧电文需要30秒。

每帧导航电文含有5个子帧,每个子帧分别含有10个字,每个字30bit,故每一子帧共300bit,播送时间6秒。

为了记载多达25颗卫星的星历,所以子帧4和5各有25页。

子帧1,2,3与子帧4,5的每一页均构成一个主帧。

在每一主帧的帧与帧之间,1,2,3子帧的内容每小时更新一次,而子帧4,5的内容,仅在给卫星注入新的导航数据后才得以更新。

导航电文的内容1、遥测字(TLM):位于各子帧开头,作为捕获导航电文的前导。

其中所含的同步信号,为各子帧提供一个同步的起点,使用户便于解译电文数据。

2、交接字(HOW):紧接开头的遥测字,主要是向用户提供捕获P码的Z计数。

所谓Z计数,是从每星期六/星期日子夜零时起算的时间计数,它表示下一子帧开始瞬间的GPS 时。

GPS考试名词解释简答

GPS考试名词解释简答

1卫星星历:是描述卫星运动轨道的信息,是一组对应某一时刻的轨道根数及其变率。

根据卫星星历可以计算出任时刻的卫星位置及其速度,GPS卫星星历分为预报星历和后处理星历。

2广播星历:是定位卫星发播的无线电信号上载有预报一定时间内卫星根数的电文信息。

3导航电文:导航信息的二进制数据码。

包括卫星星历、时钟改正数、卫星工作状态、轨道摄动改正、大气折射改正等信息。

4无摄运动:仅考虑地球质心引力作用的卫星运动称为无摄运动。

5受摄运动:在摄动力的作用下的卫星运动称为受摄运动。

6载波重建:重建载波相位是输入的(经多普勒位移的)GPS载波相位与接收仪产生的(名为固定的)参考频率相位,两者之的差。

7周跳:在GPS载波相位观测中,因卫星信号失锁引起的相位整周跳变。

8章动:指真北天极绕平北天极所做的顺时针椭圆运动。

9重复基线闭合差:当某条基线被两个或多个时段观测时,就构成了所谓的重复基线闭合差条件。

(不同观测时段,对于同一条基线的观测结果就是重复基线)10世界时:以平子夜为0时起算的格林威治平太阳时UT。

11岁差:地球在绕太阳运行时,地球自转轴的方向在天球上缓慢移动,春分点在黄道上随之缓慢移动的现象。

12黄道:地球绕太阳公转的轨道平面称为黄道面,它与天球相交的大圆称为黄道。

它就是当地球绕太阳公转时,观测者所看到的太阳在天球上运动的轨道。

13 伪距:GPS定位采用的是被动式单程测距。

它的信号发射时刻是卫星钟确定的,收到时刻则是由接收机钟确定的,这就在测定的卫星至接收机的距离中,不可避免地包含着两台钟不同步的误差影响,所以称其为伪距。

14整周未知数:指卫星信号从发射时刻到接收机接受时刻这个阶段载波的整个周数。

15升交点:指当卫星轨道平面与地球赤道平面的夹角即轨道倾角不等于零时,轨道与赤道面有两个交点,卫星由南向北飞行时的交点称为升交点。

16升交点赤经:含地轴和春分点的子午面与含地轴和升交点的子午面之间的交角等。

17真近点角:天体从近点起沿轨道运动时其向径扫过的角度。

GPS信号组成-导航电文

GPS信号组成-导航电文

导航电文是用户用来定位和导航的数据基础。

它包含该卫星的星历、工作状况、时钟改正、电离层时延改正、大气折射改正以及由C/A码捕获P码等导航信息,也是由卫星信号中解调出来的数据码D(t)。

这些信息以50bit/s的数据流调制在载频上,数据采用不归零制(NRZ)的二进制码。

1、导航电文(D码)的内容(1)卫星星历(2)时钟改正(3)电离层时延改正(4)卫星状态(5)转换码2、导航电文的结构(1)基本构成(2)遥测码与转换码(交接字)(3)第一数据块(4)第二数据块(5)第三数据块导航电文的格式是:主帧、子帧、字码和页码。

每主帧电文长度为1500bit,播送速率为50bit/s,所以发播一帧电文需要30s时间。

每帧导航电文包括5个子帧,每子帧长6s,共含300bit。

第1、2、3子帧各有10个字码,每个字码为30bit,这3个子帧的内容每30s重复一次,每小时更新一次。

第4、5子帧各有25页,共有15000bit。

一帧完整的电文共有37500bit,要750s才能够传送完,用时长达12.5min。

其内容仅在卫星注入新的导航数据后才更新。

3、基本构成导航电文的内容包括遥测码(TLW)、转换码(HOW)、第一数据块、第二数据块和第三数据块等5部分。

4、遥测码与转换码(交接字)(1)遥测码(字)同步码:第1~8bit遥测电文:第9~22bit无意义连接比特:第23~24bit检校:第25~30bit每个子帧的第一个字码都是遥测码,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为同步码(10001001),第9~22bit为遥测电文,包括地面监控系统注入数据时的状态信息、诊断信息和其它信息,以此指示用户是否选用该卫星。

第23、24bit无意义,第25~30bit为奇偶检验码。

(2)转换码Z计数:第1~17bit特殊标识1:第18bit特殊标识2:第19bit,同步标识,AS标识子帧标识:第20~22bit,第几子帧无意义连接比特:第23~24bit检校:第25~30bit每个子帧的第二个字码是转换码,它的主要作用是帮助用户从捕获的C/A码转换到P码的捕获。

第5章 GPS信号及其导航电文

第5章 GPS信号及其导航电文
33
至少需要18s, 才能定位
34

传统的GPS信号 载波 伪码 数据码 导航电文



L1和L2载波均被P码调制信息,C/A码只调制在载波L1上, 其载波相位与P码正交(即移相90°)。 调制方式:BPSK-R 设P码、C/A码和导航电文的二进制状态序列分别用P(t)、 C/A(t)和D(t)表示,则L1和L2上调制信号可表示为
L1 (t ) E1 P(t ) D(t ) cos(1t ) E1 C A (t ) D(t ) sin(1t ) L2 (t ) E2 P(t ) D(t ) cos(2t )

逐个相位搜索?NO 码长约为6.19*1012,码率10.23Mcps,7天 借助C/A码辅助:先搜索、捕获C/A码,然后从C/A码 中提取当前时间信息,并准确估算出当前P码的相位, 从而快速捕获P码。 P码直接捕获:需要知道当前GPS时间的大致信息,从 而估计P码的大致相位,在较小的相位区间内搜索,缩 短捕获时间。
◦ 由于每颗卫星的数据需占用一个子帧,所以24颗星需24个子帧才 能把数据送完, ◦ 全部24颗卫星的历书以25帧为一周期,第二十五帧标注工作卫星 的健康状况,共计需12.5min。

由于第4、5子帧的各页可以通过每颗卫星广播,所以用户 只需收到一颗卫星的信号,就可以粗略地知道其他卫星的 情况。

卫星健康状态字告诉用户该星是否正常,而卫星识别则是 指明用户跟踪的卫星的伪随机码编号。Fra bibliotek
X2序列产生:
◦ 与X1产生方式相同,由另两组生成多项式产生,截短输出15345037码片的X2序列; ◦ X2i序列是X2序列的等价平移序列,由X2向右平移i个码片后产生。

卫星导航电文讲解

卫星导航电文讲解

卫星导航电文讲解本文内容大纲如下:∙GPS信号讲解∙GPS的导航电文讲解∙GLONASS信号∙GLONASS信号构成∙GLONASS导航电文∙Galileo信号∙Galileo 信号构成∙Galileo导航电文∙北斗∙北斗信号构成∙北斗导航电文●GPS信号讲解GPS卫星传输的信号主要由三个部分组成:∙载波∙测距码(伪随机码)∙导航电文每颗卫星使用两种不同的测距码来对导航电文进行扩频:∙粗略码(C/A),也称为民码,免费提供给全球用户使用,∙精细码(P),也称为军码,主要用于政府和军事机构中的高精度应用。

∙C/A码是长度为1,023 比特的伪随机码,传输速率为1.023 Mbps,即每毫秒重复一次。

GPS 系统采用码分多址技术,每颗卫星使用不同C/A 码,在同一频率上传输信号,接收机通过对C/A码的识别来确定信号来自哪颗卫星。

∙P码是码长为6.1871 x 1012 比特的伪随机码,传输速率为10.23 Mbps,P码的周期很长,每周重复一次。

自1994年起,为了反电子欺骗,P码被W码加密得到Y码,通常称为P (Y)码,仅限于军事应用。

导航电文,经测距码扩频后,调制到射频载波上。

L1 载波1575.42 MHz 频带上同时调制了C/A和P(Y)码信号。

L2载波1227.6 MHz 频带上只调制了P(Y)码信号。

●GPS的导航电文讲解导航电文由一个含有37,500比特的主帧组成,传输速率为50bps,电文的传送时间为12.5 min。

主帧分成25个页面或帧,每帧由5个子帧构成,包括时间和钟差改正数、卫星健康状况、当前卫星的星历或精密的轨道信息、以及一部分历书(包含所有卫星粗略轨道信息)。

接收机接收每颗卫星的星历数据,来确定卫星的位置。

它还需要传输时间和钟差改正数来计算伪距,进而确定接收机的位置。

这些信息在前三个子帧中传输,接收机至少需要16秒(在最坏情况下是30秒)来获取这些必要信息。

GPS的导航电文以帧的形式编排为比特流,每一帧为1500比特,这1500比特又分为5个子帧,每个子帧为300比特。

gps导航电文结构

gps导航电文结构

GPS导航电文:GPS 卫星发送的导航信息是每秒50位的连续的数据流,在此我们称之为导航电文,每颗卫星都同时向地面发送以下信息:系统时间和时钟校正值、自身精确的轨道数据(星历,ephemeris)其他卫星的近似轨道信息(历书,almanac)、系统运行状况。

导航电文用于计算卫星当前的位置和信号传输的时间,从而使GPS接收机能确定自身的位置。

每个卫星独自将数据流调制成高频信号,数据传输时按逻辑分成不同的页(或称为帧),每一页有1500位,传输时间需30秒。

每一页双分为五个子页(或称子帧),每子页有300位,传输时间为6秒。

为了传输一个完整的历书,需不同的25页(帧),也就是需要12.5分钟。

一个GPS接收机要实现其功能至少要接收一个完整的历书。

导航电文结构:导航电文一页包含1500位,需30秒时间传输完成。

这1500位又分为5个子页,每子页300位。

每子页按顺序分为10个字,每个字有30位。

每子页开头是遥测字(Telemetry Word,TLM)和转换字(HandoverWord,HOD)。

一个完整的导航电文包括25页,详细如插图所示。

子页功能细分:完整的导航电文包括25页,每一页又分为5个子页。

在所有的25页中,第一到第三子页的内容都是一样的,并且都是发射卫星的星历数据,也就是说GPS接收机每30秒就能接收到发射卫星完整的星历数据和时钟值。

子页1包含传输卫星的时间值,包括用于校正信号延迟的参数和卫星时间,以及卫星状态信息和估计的卫星位置精度。

子页1也传送星期数,GPS时间起点是1980年1月6日星期日的00:00:00。

子页数2和子页3包含信号传送卫星的星历,这些数据提供卫星轨道十分精确的信息。

在导航电文的第2,3,4,5,7,8,9和第10页的第4子页,发射的是第25到第32颗卫星的历书(Almanac)数据,每一子页传送一颗卫星的历书数据。

第18页传送电离层影响的修正值,以及UTC和GPS时间的误差值。

GPS--卫星的导航电文解析

GPS--卫星的导航电文解析
– 为伪随机噪声码(PRN - Pseudo Random Noise) – 不同的码(包括未对齐的同一组码)间的相关 系数为0或1/n(n为码元数) – 对齐的同一组码间的相关系数为1
全球定位系统的组成及信号结构 > GPS卫星信号结构 > 测距码
测距码②
• 类型
– 目前
• C/A码(Coarse/Acquisition Code) – 粗码/捕获码; 码率:1.023MHz;周期:1ms;1周期含码元数: 1023;码元宽度:293.05m;仅被调制在L1上 • P(Y)码(Precise Code) – 精码;码率: 10.23MHz;周期:7天;1周期含码元数: 6187104000000;码元宽度:29.30m;被调制在L1和 L2上
GPS测量原理及应用 (四 )
主讲人:马福义
第四章 GPS卫星的导航电文和卫星信号 4.1 GPS卫星的导航电文
4.2 GPS卫星信号
4.3 GPS卫星位置的计算 4.4 GPS接收机基本工作原理
4.1 GPS卫星的导航电文 导航电文(卫星电文)
导航电文
GPS卫星的导航电文, 是用户用来定位和导 航的数据基础。
第三数据块
第三数据块包括第4和第5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 选择地卫星。
4.2 GPS卫星信号
• GPS卫星信号组成
– 卫星(导航)电文(Message)
信号分量的产生都是在同一个基本频率 f0=10.23MHz的控制下产生
基本频率 10.23MHz

GPS4第四章 GPS卫星的导航电文

GPS4第四章  GPS卫星的导航电文

四、精码P(y)码
码长:6.19﹡1012 bit。 周期:七天。 测距误差:0.3~3m 特点:码元宽度较小,精度较高,专为军用。 目前,只有极少数高档次测地型接收机才能接 收P(y)码,且价格昂贵。 由于C/A码单点定位较低,测量上采用非单点定 位,即采用相对定位(差分定位)。
返回
§4.3 GPS卫星位置的计算
第四章 GPS卫星的导航电文 和卫星信号 §4.1 §4.2 §4.3 §4.4 GPS卫星的导航电文 GPS卫星信号 GPS卫星位置的计算 GPS接收机基本工作原理
载波L1、L2
(相当于运载工具)
GPS卫星信号
测距码(C/A码、P码) 导航电文 (数据码、D码)
§4.1 GPS卫星的导航电文 一、导航电文的内容
时钟改正(卫星上的):应以主控站的时钟(GPS 时间)为基准进行时钟改正。
∆t s = a 0 + a1 (t − t oc ) + a 2 (t − t oc )
2
a a 0 :卫星的钟差; 1:卫星钟的频率偏差系数; a 2 :卫星钟的频率飘移系数; t :观测时刻;
t oc :发送导航电文的参考时刻。
内容:卫星星历、时钟改正(指卫星钟的改正)、 电离层时延改正、工作状态信息以及C/A码 转换到捕获P码的信息。导航电文是以二进 制码的形式,按规定格式组成,按帧向用户 传送的。又称数据码(D码)。 例:控制测量一、二、三、四等。 一 二 三 四 11 10 01 00 二进制数按一定的规则编制。
二、导航电文格式
(我们接收机收到的信号中时钟改正 ∆t s 为已知。)
电离层时延改正: 卫星信号可以告诉用户,单频接收 机需加此项改正,双频的不需要。 (电离层:距地面50—1000km,含有很多气体分子, 在阳光作用下产生电离。)

GPS卫星的导航电文

GPS卫星的导航电文

GPS卫星的导航电文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肯定规章格式的二进制码,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。

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,为各子帧供应一个同步的起点,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,主要是向用户供应用于捕获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,以便快速捕获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Ⅰ数据块Ⅰ包含子帧2、3的内容,此数据块称为卫星星历,主要向用户供应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)。

第五讲 GPS卫星的测距码信号和GPS卫星的导航电文

第五讲 GPS卫星的测距码信号和GPS卫星的导航电文

第五讲GPS卫星的测距码信号和GPS卫星的导航电文学习指南在这一章节中,主要讲述了GPS全球卫星定位系统的组成,简单地介绍了GPS 卫星信号、GPS卫星星历和卫星运动理论基础。

重点介绍了GPS卫星信号特点及其应用。

对本章的学习要重点突出GPS系统的组成、GPS卫星信号的应用,理解和掌握GPS卫星位置计算的各项参数物理意义和几何特点。

本单元教学重点和难点1、GPS编码的方法;2、导航电文的格式和内容。

教学目标1、了解GPS卫星信号的作用;2、熟悉GPS编码的方法;3、熟悉导航电文的格式;4、熟悉导航电文的内容。

一、GPS卫星信号1 GPS卫星信号构成及产生GPS卫星发射的信号由载波、测距码和导航电文三部分组成。

如图2—5所示:1.1 载波L1、、L1由卫星上的原于钟所产生的基准频率f0=1.023MHz倍频154倍和120倍产生。

1.2 测距码1.2.1C/A码C/A码又称为粗捕获码,它被调制在L1载波上,是1.023MHz的伪随机噪声码(PRN码),由卫星上的原子钟所产生的基准频率f0降频10倍产生,即:f C/A=f0/10=1.023MHz。

由于每颗卫星的C/A码都不一样,因此,我们经常用它们的PRN号来区分它们。

C/A码是普通用户用以测定测站到卫星间的距离的一种主要的信号。

1.2.1 P码P码又被称为精码,它被调制在L1和L2载波上,是10.23MHz的伪随机噪声码,直接使用由卫星上的原于钟所产生的基准频率,即:f p=f0=1.023MHz,其周期为七天。

在实施AS时,P 码与W码进行模二相加生成保密的Y码,此时,一般用户无法利用P码来进行导航定位。

1.2.1 L2C码L2C码称为城市码,它被调制在L2载波上,L2C信号包括2个PRN码:即CM码和CL码。

2005年9月23日第一颗具有广播L2C信号功能的GPS卫星SLC-17A从CapeCanaveral, Florida(佛罗里达)发射升空。

第四章GPS卫星信号分解

第四章GPS卫星信号分解

第四章 GPS卫星信号
28
2、GPS信号的组成
• 载波(L1,L2两个民用频率) • 测距码(C/A码和P码(Y码)) • 导航电文(数据码,D码)
第四章 GPS卫星信号
29
3、信号调制的原因
• GPS卫星的测距码信号和导航电文信号都属于低频信号
– 其中C/A码和P码的数码率分别为1.023 Mbit/s与10.23Mbit/s, – D码(导航电文,又称为数据码)的数码率仅为50 bit/s。 – GPS卫星离地面远达20000km,其电能又非常紧张, 因此很难将
第四章 GPS卫星信号
4 4
每个主帧又分为5个子帧,每个子帧都包含300个二 进制码,6秒钟传完。
第1、2、3子帧每30秒重复一次,内容每小时更新一 次。
第4、5子帧各有25个页面,其内容仅在卫星注入新 的导航数据后才得到更新。
第四章 GPS卫星信号
5 5
第四章 GPS卫星信号
6 6
2、遥测码
• 第三数据块的内容每12.5分钟重复一次。
第四章 GPS卫星信号
13
GPS卫星广播星历预报参数及其定义
第四章 GPS卫星信号
14
§4.2 GPS卫星位置的计算
• 根据卫星电文所提供的轨道参数按一定公式计算:
计算思路:
(1)首先计算卫星在轨道平面坐标系下的坐标
(2)然后将上述坐标分别绕X轴旋转-i角、绕Z轴旋
第四章 GPS卫星信号
10
4、第一数据块(内容)
(2)星期序号WN -GPS周
(3)星钟数据龄期AODC
AOD tO CC tL
toc为第一数据块的参考时刻, tL是计算时钟参数所作测量的最后观测时间
相关主题
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

星历参数详解
星历参数详解②
e:偏心率
E(t)M(t)esinE(t)
真近点角 (t)arctg
1e2 sinE(t) cosE(t)e
0:参考时刻升交点赤(经oe)与GPS周开始时格林尼治赤(G经ASTW )之差
设e为地球自转角速度,k (t)为升交点经度,(t)为升交点赤经,则
0 oe GASTW (t) oe (t toe)
若将上述计算参考星历的参考历元 选在2
次更新星历的中央时刻,则外推的时间间隔最大 将不会超பைடு நூலகம்0.5h,从而可以在采用同样摄动力模 型的情况下有效地保持外推轨道参数的精度。目 前,预报星历的精度一般估计为20m~40m。由于 预报星历每小时更新一次,因此,在数据更新前 后,各表达式之间将会产生小的跳跃,其值可达 数分米。对此,一般可利用适当的拟合技术(切 比雪夫多项式)予以平滑。
不难理解,若观测历元与所选参考历元的时间
差很大,为了保障外推的轨道参数具有必要的精 度,就必须采用更严密的摄动力模型和考虑更多 的摄动因素。实际上,为了保持卫星预报星历的 必要精度,一般采用限制预报星历外推时间间隔 的方法。
为此,GPS跟踪站每天都利用其观测资料,
更新用以确定卫星参考星历的数据,以计算每天 卫星轨道参数的更新值,并按时将其注入相应的 卫星加以储存和发送。事实上,GPS卫星发射的 广播星历每小时更新一次,以供用户使用。
后处理星历,是一些国家的某些部门根据各自 建立的跟踪站所获得的精密观测资料,应用与确定 预报星历相似的方法计算的卫星星历。它可以向用 户提供在用户观测时间的卫星星历,避免了预报星 历外推的误差。
由于这种星历通常是在事后向用户提供的在其 观测时间的卫星精密轨道信息,因此,称为后处理 星历或精密星历。该星历的精度,目前可达分米级。
1 预报星历
所谓预报星历就是卫星GPS将含有轨道 信息的导航电文发送给用户接收机,然后经 过解码获得的卫星星历。所以,这种星历也 称为广播星历。预报星历通常包括相对某一 参考历元的开普勒轨道参数以及必要的轨道 摄动改正项参数。
对应于某参考历元的卫星开普勒轨道参数,也 叫参考星历,它是根据GPS监测站约一周的观测资 料推算的。参考星历只代表卫星在参考历元的瞬时 轨道参数(也称为密切轨道参数),但是在摄动力 的影响下,卫星的实际轨道,随后将偏离其参考轨 道,偏离的程度主要决定于观测历元与所选参考历 元间的时间差。一般而言,用轨道参数的摄动项对 已知的卫星参考星历加以改正,就可以外推出任意 观测历元的卫星星历。
toe:星历参考时刻
星历参数详解④
AODC:时钟改正数的外推时间间隔,它向用户 指明对卫星时钟改正数的置信度。
AOD tOC C tL
式中:tOC为第一数据块的参考时间;tL为计 算时钟改正参数所用数据的最后观测时间(预报 星历测量的最后观测时间)。
2 后处理星历
卫星的预报星历具有实时获取的特点,这对于 导航或实时定位是非常重要的。但是,对于某些精 密定位工作的用户来说,其精度尚难以满足要求, 尤其当预报星历受到人为干预而降低精度时,就更 难以保障精密定位工作的要求。
GAST(t) GASTW e t
k (t) (t) GAST(t)
[oe (t toe)][GASTW e t] [oe GASTW ][(t toe) e (t toe) e toe] 0 (e)(t toe) e toe
星历参数详解
星历参数详解③
i0:参考时刻的轨道倾角
i(t) i0 i (t toe ) i
GPS用户通过卫星广播星历,可以获得16个卫 星星历参数。其中,1个参考时刻,6个相应参考时 刻的开普勒轨道参数和9个摄动力影响的参数。这 些参数的定义如表所列。其中AODE表示从最后一 次注入电文起外推星历时的外推时间间隔,它反映
了外推星历的可靠程度。有关卫星实际轨道的描述 如图所示。根据上述数据,便可外推出观测时刻t的 轨道参数,从而可计算卫星在不同参考系中的相应 坐标。
一、GPS卫星的星历
卫星的星历是描述有关卫星运行轨道的 信息。利用GPS进行定位,就是根据已知的 卫星轨道信息和用户的观测资料,通过数据 处理来确定接收机的位置及其载体的运动速 度。所以,精确的轨道信息是精密定位的基 础。GPS卫星星历的提供方式有2种:一种 是预报星历,又称广播星历;另一种是后处 理星历,又称精密星历。
:近地点角距 未经改正的升 (t交 )距 (t)交
Cuc,Cus:升交距角的余弦和正弦调和改正的振幅 Crc,Crs:轨道半径的余弦和正弦调和改正的振幅 Cic,Cis:轨道倾角的余弦和正弦调和改正的振幅 升交距角、轨道向径和轨道倾角的改正项
u(t) Cuc cos(2(t)) Cus sin(2(t)) r(t) Crc cos(2(t)) Crs sin(2(t)) i(t) Cic cos(2(t)) Cis sin(2(t))
后处理星历一般不是通过卫星的无线电信号向 用户传递的,而是利用磁盘或通过电传通信等方式, 有偿地为所需要的用户服务。但是,建立和维持一 个独立的跟踪系统,其技术比较复杂,投资也比较 大。所以,利用GPS的预报星历进行精密定位工作, 仍是目前一个重要的研究和开发领域。
二、GPS卫星信号
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频段,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 大用户发送的导航电文,是一种二进制码组成的 编码脉冲串,称之为数据码D(t),其速率为 50b/s,换言之,D码的码率fd=50HZ。对于距离地 面2万余公里且电能紧张的GPS卫星,如何有效地 将低码率导航电文发送给用户,是关系到GPS系统 成败与否的大问题。一种有效地发送方法是:用 低码率的数据作二级调制。
星历参数详解
星历参数详解①
M
:参考时刻的平近点角
0
M (t) M 0 n (t toe )
其中n为平均角速度
n:平均角速度的改正值
平均角速度 n0的G a计 3M (算 a)3值
称为地球引W 力G 8常 系 4S 数 中, 定 3.9在 义 86为 0101 054m3 s2
nn0n
A:轨道长半轴的平方根
相关文档
最新文档