gps导航卫星星历及历书参数意义
卫星运动基础及GPS卫星星历
2 影响卫星运行轨道的因素
G GPS地球卫星在空间绕地球运行，除受地球引力作用外，
P 还受到日、月和其它天体的引力影响，以及太阳光压、大气 S 测 阻力和地球潮汐力等因素的影响。卫星的实际轨道变得非常
量 复杂，有不确定性，无法用简单而精确的数学模型描述。
原 理
各种作用力中， 地球引力的影响最大，其他作用力的影响相
作业
G P
•
1.什么是卫星无摄运动和受摄运动.
S • 2 画图表示卫星的轨道参数，指出各个参数
测 的意义，说明各个参数的作用。
量
原
理
及
应
用
卫星运动基础及GPS卫星星历
§3.3 卫星的受摄运动
• 概述
G P
•
对于卫星精密定位来说，在只考虑地球质心引
S 测
力情况下计算卫星的运动状态（即研究二体问
量 题）是不能满足精度要求的。必须考虑地球引
G
P
S
测
量 原
第三章 卫星运动基础及GPS
理
及
应
用
卫星运动基础及GPS卫星星历
3.1 概述
GPS卫星的星历是描述卫星运行及其轨道的参数，它的
G P
主要作用是利用GPS卫星系统进行导航定位时，计算卫星在
S 空间的瞬时位置。而研究GPS卫星在协议地球坐标系中的瞬
测 时位置，就是GPS卫星的轨道运动理论。
a
理 Nunerial eccentricity 及 of ellipse
轨道椭圆的偏心率
e
应 Argument of perigee 近地点角距（幅角） ω
用 Mean anomaly
平近点角，真近点角 M，V
卫星星历的相关内容.
预报星历
• 预报星历，是通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文传 递给用户的，用户接收机接收到这些信号，经过解码便可 获得所需要的卫星星历，所以这种星历也叫做广播星历。 • 广播星历参数：共有16个，其中包括1个参考时刻，6个对 应参考时刻的开普勒轨道根数和9个反映摄动力影响的参 数。这些参数通过GPS卫星导航电文传递给用户。每两个 小时更新一次；目前广播星历所给出卫星的点位中误差为 5-7m。
GPS卫星星历
• 概述
– 卫星的星历，是描述卫星运行轨道的一组数据。利用GPS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和速度。所以，精确的描述轨 道的星历，是实现精确定位与导航的基础。
• GPS卫星星历的分类
– 预报星历（广播星历） – 后处理星历（精密星历）
广播星历文件示例
广播星历参数详解
后处理星历
• 后处理星历，一些组织根据各自建立的卫星跟踪站所获得 的对GPS卫星的精密观测资料，应用与确定广播星历相似 的方法而计算得到的卫星星历。它不是GPS卫星直接播发 的，而是由第三者提供给用户的GPS星历。
– ftp:///pub
精度
时间间隔
卫星位置计算方法
预报星历
低
2h 15min
用轨道参数来计算
后处理星历
高
插值
– ftp:///pub/gps/gpsdata – ftp://igs.ensg.ign.fr/pub/igs/ – ftp:///pub/product/
精密星历文件示例
区别
星类型
获取方法 由导航电文实 时地得到 事后由第三方 提供
GPS术语要点
GPS术语 -- 词汇及概念解释( 按英文术语的第一个字母排序 )历书(Almanac)由 G P S 卫星传送的资料，包括所有卫星的轨道信息、时钟修正以及大气时延参数。
这些资料用于支持快速卫星捕获。
历书中的轨道信息不如星历表精确，但有效时间较长（一至两年）。
模糊值 (Ambiguity)当一个接收站对经过的一颗卫星进行连续观测，为重建载波相位中包含的一个未知整周数。
纬度幅角(Argument of Latitude)真近点角及近地点幅角的和。
近地点幅角 (Argument of Perigee)在椭圆轨道的焦点上观察到的从升交点到轨道天体至焦点的最近距离处的角度或弧段,此角度是在轨道平面上沿轨道天体运动方向度量的。
升交点(Ascending Node)一个物体的轨道从南至北穿过参考平面（亦即赤道平面）的点。
方位角(Azimuth)由一个固定方向（如北方）及物体方向在水平方向的角距离。
带宽(Bandwidth)信号携带信息能力的量度，用该信号的谱宽度（频域）表示，单位为赫兹。
基线(Baseline)当两个观测点同步接收 G P S 资料，并用差分方法进行数据处理时，这两个点之间的三维向量距离叫做基线。
差拍(Beat Frequency)两个频率的信号混频时产生的两个附加频率之中的任何一个。
这两个拍频等于原来两个频率的和或差。
偏置(Bias)见“整数偏置”。
二进制双相调制(Binary Biphase Modulation)在一个频率恒定的载波上的0度或180度的相位变化（分别代表二进制的0或1）。
GPS信号是双相调制的。
二进制脉冲编码调制(Binary Pulse Code Modulation)使用一串二进制数字（编码）的脉冲调制。
这种编码通常由“0”或“1”来表示，而“0”和“1”是具有明确含义（如波的相位变化或方向变化）的。
蓝皮书(Bluebook)由“N G S 蓝色参考书”衍生出的俗称。
导航电文和星历
2NAVIGATION DATA RINEX VERSION / TYPE CCRINEXN V1.6.0 UX CDDIS 15-SEP-13 00:33PGM / RUN BY / DATE IGS BROADCAST EPHEMERIS FILE COMMENT
0.1211D-070.1490D-07 -0.5960D-07 -0.1192D-06ION ALPHA
0.5490D-09 0.D+01 0.D+04 0.000000D+00轨道倾角变化率,L2上的码,GPS周数，L2P码数据标记
0.D+01 0.000000D+00 0.7154D-08 0.D+02卫星精度,卫星健康状态,TGD,IODC钟的数据龄期
0.D+06 0.000000D+00 0.000000D+00 0.000000D+00电文发送时刻,拟合区间（未知为零）,备用,备用
double
float
float
short
short
long 242半周/s
半周
半周
半周
s
s/s
s
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。
0.D+02 0.0D+01 0.7061D-08-0.5D+01数据/星历发布时间对轨道半径正弦的校正值,平均角速度的摄动修正量,参考时刻toe的平近点角
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，GPSS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。
仃真近点角：天体从近点起沿轨道运动时其向径扫过的角度。
GPS卫星的星历
GPS卫星星历对基线解算的影响鄞州区土地勘测规划所张苏红宁波冶金勘察设计研究股份有限公司徐军｛摘要｝随着GPS应用范围的扩展，GPS定位技术在高精度变形观测中得到充分发展。
由于工程建设的需要，运用GPS相对定位技术对施工控制网进行变形监测，本文主要分析了采用不同的卫星星历对GPS基线解算的影响，提出了采用GPS精密星历进行GPS控制网变形监测。
关键词：GPS精密星历一、前言卫星的星历就是描述卫星运行轨道和状态的各种参数值，它是计算卫星瞬时位置的依据。
卫星星历按其来源的不同，可以分为两种：预报星历（广播星历）和实测星历（精密星历）。
1、广播星历卫星将地面监测站注入的有关卫星轨道的信息，通过发射导航电文传递给用户，用户接收到这些信号进行解码即可获得所需要的卫星星历。
即广播星历。
由卫星向用户播发。
可用于实时定位。
分C/A码星历和P码星历。
内容：分三部分，开普勒六参数、轨道摄动九参数、时间二参数。
由地面监测站测定卫星轨道外推轨道，精度25m。
2、实测星历一些国家根据自己的卫星跟踪站观测资料，经过事后处理直接计算的卫星星历，称为实测星历。
其精度忧于5cm利用精密星历及其它手段进行精密单点定位，精度可达0.1m。
GPS测量是通过地面接收设备接收卫星传送来的信息，计算同一时刻地面接收设备到多颗卫星之间的伪距离，采用空间距离后方交会方法，来确定地面点的三维坐标。
因此，对于GPS卫星、卫星信号传播过程和地面接收设备都会对GPS 测量产生误差。
主要误差来源可分为：与GPS卫星有关的误差；与信号传播有关的误差;与接收设备有关的误差。
与卫星有关的误差主要有：卫星星历误差、卫星钟差、SA干扰误差、相对论效应的影响。
卫星星历误差是指卫星星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置间的偏差,由于卫星空间位置是由地面监控系统根据卫星测轨结果计算求得的, 所以又称为卫星轨道误差。
它是一种起始数据误差, 其大小取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度等。
GPS卫星的星历、GPS卫星信号及GPS的导航电文
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 ))
toe：星历参考时刻
第一级调制，用50HZ的D码调制一个伪噪声 码，如调制一个被叫做P码的伪噪声码，后者的码 率高达10.23MHZ。D码调制P码的结果是形成一个 组合码，致使D码信号的频带宽度从50HZ扩展到 了10.23MHZ，也就是说，GPS卫星原拟发送50b/s 的D码，转变为发送10.23Mb/s的组合码P(t)D(t)。
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。
AODC tOC t L
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。 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。
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。
GPS广播星历计算卫星位置和速度
GPS广播星历计算卫星位置和速度GPS（全球定位系统）是一种通过卫星定位的技术，它利用卫星发射的广播星历来计算卫星的位置和速度。
星历数据是需要事先计算和上传给卫星的。
在GPS系统中，有31颗运行在中轨道上的卫星，其中至少有24颗是激活状态的。
这些卫星分布在不同的轨道上，每个轨道上约有4颗卫星。
卫星轨道分为6个球形环，每个环的倾角不同，倾角越大表示距离地球赤道越远。
每颗GPS卫星都具有精确的时钟，它们通过广播信号发送自身的位置和速度信息。
这些广播信号被接收器接收后，通过计算接收时间差来确定卫星与接收器之间的距离。
利用三个以上的卫星的广播信号，可以计算出接收器所在的位置。
星历数据是卫星的位置和速度信息，它用于计算接收器附近的卫星位置和速度。
星历数据包括每颗卫星的轨道参数（半长轴、偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角、运动角频率）、卫星钟差和卫星偏差改正参数等。
星历数据的计算是一个复杂的过程，需要考虑多个因素。
首先，需要从测量数据中估算卫星位置和速度。
接着，根据卫星轨道的数学模型和测量数据，通过插值和拟合等算法计算出卫星的位置和速度数据。
最后，通过计算误差和改正项进行数据校正。
这些校正项包括大气延迟、钟差、轨道摄动等。
星历数据的计算过程是集中在地面控制站完成的，然后通过双向通信链路上传给卫星。
卫星接收到星历数据后，会将其存储在内部存储器中，并通过广播信号发送给地面的接收器。
在接收器接收到卫星广播信号后，会利用星历数据来计算卫星与接收器之间的距离。
首先，接收器会粗略估算卫星位置，然后通过星历数据进行细化校正，最终得到精确的卫星位置和速度信息。
利用卫星位置和速度信息，接收器可以计算出自身的位置。
通过接收多个卫星的广播信号，接收器可以确定自身在地球的经度、纬度和海拔高度。
在接收器上，还可以通过计算卫星位置的变化来确定速度。
通过不同时刻测量卫星位置的变化，可以计算出接收器的速度矢量。
总结起来，GPS广播星历是用于计算卫星位置和速度的关键数据。
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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
doubl
e
8
升交点赤经
doubl
e
8 半周
近地点角距
doubl
e
8 半周
参考时间的平近点角
doubl
e
8 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 2
GPS星期数short 2
GPS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。