GPS星历

GPS 信号结构及卫星星历。

GPS 卫星发射的信号是由载波、测距码和导航电文三部分组成的。载波是指可运载调制信号的高频振荡波。GPS 卫星所用的载波有两个。由于它们均位于微波的L 波段，故分别称为L1 载波和L2 载波。其中L1 载波是由卫星上的原子钟所产生的基准频率f0=10.23MHz 倍频154 倍后形成的，即f1=154*f0=1575.42MHz，其波长λ1 为19.03cm。载波是基准频率f0 倍频120 L2 后形成的，即f2= 120*f0=1227.60MHz，其波长λ2 为24.42cm。采用两个频率的目的是为了较完善地消除电离层延迟。采用高频率载波的目的是为了更精确地测定多普勒频移，从而提高测速的精度；减少信号的电离层延迟，因为电离层延迟是与信号频率f 的平方成反比的。

测距码是用于测定从卫星到接收机之间距离的二进制码。

GPS 卫星中所用的测距码从性质上讲属于伪随机噪声码。根据其性质和用途的不同，测距码可分为粗码（C/A 码）和精码（P 码或Y 码）两类，每个卫星所用的测距码互不相同且相互正交。

粗码C/A 码，又称为粗捕获码，它被调制在L1 载波上，是1MHz 的伪随机噪声码（PRN 码），其码长为1023 位（周期为1ms ）。由于每颗卫星的C/A 码都不一样，因此，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监测站到卫星间的距离的一种主要信号。精码P（Y）码，又称为精码，它被调制在L1 和L2 载波上，是10MHz 的伪随机噪声码，

其周期为7 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，一些用户无法利用P 码来进行导航定位。

导航电文是GPS 卫星向用户播发的一组反映卫星在空间的位置、卫星的工作状态、卫星钟的修正参数，电离层延迟修正参数等重要数据的二进制代码，也称数据码（D 码）。

广播星历，这种星历是主控站利用跟踪站收集的观测资料计算并外推出未来两周的星历，然后注入到GPS 卫星，形成导航电文供用户使用。因此这种星历是预报性质的，可以实时使用。它的精度保守的估计是40 一100 米，有的正式文献提出比较乐观的估计是20 米，达到1ppm。

精密星历(事后处理星历)，为改善和提高地面定位精度，许多国家和研究机构都在研制GPS 使用的精密星历。无论是在全球范围或局部区域范围内布设跟踪站，收集观测资料都是可行的。这些跟踪站选择在地心坐标精确的已知点上，如VLBI 和SLR 测站，这些站称为基准站。它们大多数备有精密的原子钟(如氢钟)和水蒸汽辐射计。如果在全球范围布设跟踪站，并对若干周期的观测资料进行处理，那么这种长弧计算的结果，外推若干时间仍能具有足够的精度来描述卫星轨道。如果在局部区域以短弧方式将站坐标与卫星坐标同时解算，得到的星历将是该观测段内卫星轨道较好的描述，而不可能对观测段外进行外推，否则其精度将迅速降低。

卫星星历

卫星星历：又称为两行轨道数据（TLE，Two-Line Orbital Element），由美国celestrak 发明创立。

卫星星历是用于描述太空飞行体位置和速度的表达式———两行式轨道数据系统。

卫星、航天器或飞行体一旦进入太空，即被列入NORAD 卫星星历编号目录。列入NORAD 卫星星历编号目录的太空飞行体将被终生跟踪。卫星星历以开普勒定律的 6 个轨道参数之间的数学关系确定飞行体的时间、坐标、方位、速度等各项参数，具有极高的精度。

卫星星历能精确计算、预测、描绘、跟踪卫星、飞行体的时间、位置、速度等运行状态；能表达天体、卫星、航天器、导弹、太空垃圾等飞行体的精确参数；能将飞行体置于三维的空间；用时间立体描绘天体的过去、现在和将来。卫星星历的时间按世界标准时间（UTC）计算。卫星星历定时更新。

卫星星历格式

卫星星历格式，又称为两行式轨道数据格式（TLE，Two-Line Orbital Element Set Format）。[编辑本段编辑本段] 编辑本段3 卫星星历格式含义：卫星星历格式含义：卫星星历的结构为上下两行，每行69 个字符，包括0～9、A～Z(大写)、空格、点和正负号，其他字符是无意义的。第0 行，将第 1 行视为0 行，是卫星通用名称，最长为24 个字符。第1 行和第2 行是标准

的卫星星历格式（TLE 格式），每行69 个字符，包括0～9，A～Z（大写）、空格、点和正/负号，除此之外的其他字符都是无意义也无效的。卫星星历编号含义（1）第1 行，字符号1 是轨道数据。（2）第1 行的1～3 和第2 行2～3 是卫星编号；（3）1～4 是秘密分级，U、C 或S。U 表示此数据是不保密的，可供公众使用的；C 表示此数据是保密的，仅限NORAD 使用；S 表示此数据是保密的，仅限NORAD 使用。（4）1～6 是卫星的发射年份；（5）1～10 是轨道数据的建立时间，按世界标准时间；（6）1～21 是两个轨道比较参数；（7）每行的最后一位都是以10 为模的校验位,可以检查出90%的数据存储或传送错误。[编辑本段编辑本段] 编辑本段4 卫星星历TLE 格式名词解释（1）第0 行第0 行是一个最长为24 个字符的卫星通用名称，由卫星所在国籍的卫星公司命名，如SINOSAT 3。卫星通用名称与NORAD 编号、国际编号都是卫星识别编码。（2）行号行号是卫星星历的序列号，如第 1 行或第2 行。（3）NORAD 卫星编号NORAD 卫星编号，又称为NASA 编号，SCC 编号，是NORAD 特别建立的卫星编号，每一个太空飞行器都被赋予唯一的NORAD 卫星编号。NORAD 卫星编号由五位数的卫星识别码组成，每一位数都有特定的含义。如“鑫诺 3 号”卫星的NORAD 卫星编号为31577；遥感2 号（YAOGAN 2）卫星的NORAD 卫星编号为31490；“长征3 号甲”（CZ-3A）为31578。（4）秘密级别卫星星历的秘密级别，分为 3 个的

级别，分别用一个字符来表示：①U–非保密的②C–机密的③S–绝密的（5）国际编号国际编号是全世界国家使用的一种卫星标识方法，前两位是发射年份，后面是在这一年的发射序号。如“鑫诺 3 号”卫星的国际编号是07021A。“07”表示“鑫诺 3 号”卫星的发射年份2007 年；“021”表示2007 年国际编号的第21 次发射；“A”表示是第一个。按照国际编号规则，如果一次发射多颗卫星，使用26 个英文字母排序，按照A、B、C、D 的顺序排列为每个卫星编号；如果超过了26 个编号，则使用两位字母，如AA、AB、AC 编号。（6）TLE 历时世界标准时间（UTC，Universal Time/Temps Cordonné），又称为协调世界时。（7）平均运动的一阶时间导数平均运动的一阶时间导数作为一个平均运动的漂移参数，用来计算每一天平均运动的变化带来的轨道漂移，提供给轨道计算软件预测卫星的位置。两行式轨道数据使用这个数据校准卫星的位置。（8）平均运动的二阶时间导数平均运动的二阶时间导数作为一个平均运动的漂移参数，用来计算每一天平均运动的变化带来的轨道漂移，提供给轨道计算软件预测卫星的位置。（9）BSTAR 拖调制系数BSTAR 拖调制系数，采用十进制小数，适用GP4 一般摄动理论的情况下、BSTAR 大气阻力这一项，除此之外为辐射压系数。BSTAR 拖调制系数的单位是1/(地球半径)。（10）美国空军空间指挥中心内部使用美国空军空间指挥中心内部使用的为1；美国空军空间指挥中心以外公开使用标识为0。（11）星历编号星历编号