GPS广播星历参数说明
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
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广播星历参数拟合分析
GPS广播星历参数拟合分析摘要：本文在GPS广播星历参数的基础上，通过减少其中不同的星历参数(调和项系数)，分别对预报星历进行拟合计算分析，以便对不同的GPS广播星历参数进行质量评估。
结果表明，去掉GPS广播星历中的、两个参数后用剩余的13参数仍能满足普通用户的导航定位较高精度要求。
关键词：GPS广播星历；星历参数；拟合精度GPS Broadcast Ephemeris Parameters Fitting AnalysisAbstract On the basis of the GPS broadcast ephemeris parameters, prediction ephemeris was used to make fitting calculation and analysis in order to evaluate different GPS broadcast ephemeris parameters by using reducing its different ephemeris parameters,. The results showed that the remaining 13-parameter can meet common customers requirements of high precision Navigation and Positioning after removing two parameters about 、in the GPS broadcast ephemeris.Key words: GPS broadcast ephemeris, ephemeris parameter, fitting precision1 引言GPS广播星历由GPS的地面运行控制中心站计算得到，通过卫星转发给用户，精度较低，主要用于实时导航定位，它以广播星历参数的形式提供给用户使用[1]。
GPS广播星历计算卫星位置和速度-Read
“GPS广播星历计算卫星位置和速度”及“GPS伪距定位”计算试验1．试验内容及上交成果1.1 试验内容应用C语言按预定格式（函数、输入输出变量之名称、类型）编写“GPS广播星历计算卫星位置和速度”函数SatPos_Vel( )、“GPS伪距定位”函数Positioning( )。
将此两个函数组成文件F2.cpp，并包含于文件GPS_Positioning.cpp中。
编译、连接并运行文件GPS_Positioning.cpp，逐一时刻读取广播星历（Ephemeris.dat）、观测时间及伪距、卫星号（Observation.dat）信息，计算WGS84坐标系中观测时刻相应的卫星位置、速度以及载体位置，结果保存于文件Position.dat中。
1.2 上交成果磁盘文件F2.cpp、Position.dat，并存于“学号作者中文姓名”目录中。
2．函数说明2.1 星历文件读取函数void EFileReading(Efile)功能：读取星历文件，给星历数据结构体Ephemeris赋值。
输入变量：EFile 字符串，文件名。
2.2 观测数据读取函数int ObsReading(fp_Obs,Time,Rho,Mark)功能：从文件Observation.dat中读取某一时刻的伪距、卫星号。
读取成功函数值返回“1”，失败返回“－1”（读错，或至文件尾）。
输入变量：fp_Obs 文件指针；输出变量：Time double，时间（秒）；Rho double[12]，伪距（米）；Mark int[12]，卫星号，“－1”表示此通道无卫星、无伪距。
2.3 最小二乘估计函数int LeastSquareEstimation(Y,A,P,m,n, X)功能：最小二乘方法求解观测方程Y=AX+ε，其中观测值方差阵的逆阵为P（也称为权阵），得未知参数X。
成功返回“1”，失败返回“－1”（亏秩）。
输入变量：Y double[m]，观测方程自由项（米）；A double[m×n]，系数阵（无量纲），按第1行第1、2……n元素，第2行……顺序存放；P double[m]，权矩阵对角线元素，0或1（无量纲）；m int，观测值个数；n int，未知参数个数；输出变量：X double[n]，未知参数（米）。
GPS两种广播星历参数拟合及外推精度分析
２ ０ １ ３年 ２月
大 地 测 量 与 地 球 动 力 学
Ｊ ＯＵＲＮ ＡＬ ＯＦ ＧＥ ＯＤＥ Ｓ Ｙ ＡＮＤ ＧＥ ＯＤＹＮ ＡＭＩ Ｃ Ｓ
Ｖ０ １ ． ３ ３ Ｎｏ ．１ Ｆｅ ｂ ．， ２ ０１ ３
文章编 号 ： １ ６ ７ １ — ５ ９ ４ ２ （ ２ ０ １ ３ ） Ｏ １ ． ０ ０ ５ ３ ． ０ ６
时轨 道拟合 ， 误差损失 约为 １ ４ ｅ ａ， ｒ 采用 １ ８参数 ３小时轨道拟合 ， 误差损失约为 １ Ｃ Ｔ ｒ ｌ 。
关 键词 Ｇ Ｐ Ｓ 广播星历 ； Ｇ Ｐ Ｓ 现代化 ； 参数拟合； 轨道外推； 精度分析
中图分 类 号 ： Ｐ ２ ０ ７
文献 标识 码 ： Ａ
ＡＣＣＵＲＡ ＣＹ ＡＮＡＬＹＳ Ｉ Ｓ ＯＦ ＴＷ Ｏ ＧＰＳ ＢＲｏ ＡＤ ＣＡＳＴ ＥＰＨ ＥＭ ＥＲＩ Ｓ ＦＩ ＴＴＩ ＮＧ ＡＮＤ ＥＸＴＲＡＰｏＬＡＴＩ ｏＮ ＡＬＧ ｏＲＩ ＴＨ Ｍ
ｂ ｒ ｏ ａ ｄ ｃ ａ ｓ ｔ ｅ ｐ ｈｅ ｍｅ ｒ ｉ ｓ ｗｈｉ ｃ ｈ ｗｅ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ａ ｎａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｂ ｉ ｔ ｉ ｆ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｃ ｃ ｕｒ ａ ｃ ｙ ａ ｎｄ ｏ ｒ ｂ ｉ ｔ ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｐ ｏ ｌ ａ ｔ ｉ ｎｇ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｅ － ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ．Ｉ ｔ ｗａ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗｎ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ １ ８ 一 ｐａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｉ ｓ ａ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｏ ｆ ｍａ ｇ ｎ ｉ ｔ ｕ ｄｅ ｈｉ ｇ ｈ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ ｔ ｈｅ １ ６一 ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ａ ｌ ｇ ｏ — ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｂｉ ｔ ｉｔ ｆ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍｅ ｉｔ ｆ ｔ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｖ ａ ｌ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ １ ８一 ｐａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｉ ｓ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ ｔ ｈ ｅ １ ６一 ｐａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｏｒ ｆ ｔ ｈ ｅ ２－ ｈ ｏ ｕ ｒ ｏ ｒ ｂ ｉ ｔ ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｐ ｏ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄｉ ｎｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ＧＰＳ ｂ ｒ ｏ ａ ｄ ｃ ａ ｓ ｔ ｅ ｐ ｈ ｅ ｍｅ ｒ ｉ ｓ ｕ ｐｄ ａ ｔ ｅ
GPS卫星的星历、GPS卫星信号及GPS的导航电文
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。
根据信息论的香农定理，在噪声干扰条件下， 通信系统容量为： C=Blog2（1+S/N） （1） 式中：B为通信系统的频带宽度（HZ）；S是信号 的平均功率；N为噪声功率。 式（1）表明，当系统容量C一定时，增大频 带宽度B，可以减小信噪比S/N。例如，在上述情 况下，C=10.23Mb/s。当信号功率S为噪声功率N的 1.5倍（常用S>N，甚至S≫N）时，通信系统的带 宽为
1 遥测码
每个子帧的第1字码都是遥测码（TLW），其 主要作用是指明卫星注入数据的状态。遥测码的 第1bit～8 bit是同步码（10001001），作为识别电 文内容的先兆，致使用户易于解释导航电文；第 9bit～22bit为遥测电文，它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，以此 指示用户是否选用该颗卫星。第23bit和第24bit是 无意义的连接比特；第25bit～第30bit为奇偶检验 码，它用于发现错误，纠正个别错误，确保正确 的传送导航电文。
n n0 n
A：轨道长半轴的平方根
星历参数详解
星历参数详解②
e：偏心率 E (t ) M (t ) e sin E (t ) 1 e 2 sin E (t ) 真近点角 (t ) arctg cos E (t ) e
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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序号
符号
名称
单位
1
卫星PRN号
卫星编号
---
2
年
年份后两位
a
3
月
月份
mon
4
日
日期
d
5
时
时
h6Leabharlann 分分min
7
秒
秒
s
8
卫星钟差常数项
s
9
卫星钟差漂移项
s/s
10
卫星钟差漂移速率项
s/s2
11
星历数据的年龄
12
在星历参考时刻 在轨道径向方向上周期改正正弦项的振幅
m
13
平近点角的长期变化（近地点参数）
rad/s
28
Code on channel
29
GPS星期数
30
P data flag
31
本广播星历精度指标
m
32
卫星是否健康指标
33
电离层群延迟改正参数
s
34
卫星钟数据年龄
35
信息传送时间（与接收机对接收到的卫星信号解码有关）
s
rad/s
14
参考时刻的平近点角
rad
15
在星历参考时刻 在轨道延迹方向上周期改正余弦项的振幅
rad
16
偏心率
17
在星历参考时刻 在轨道延迹方向上周期改正正弦项的振幅
rad
18
长半轴的平方根
m1/2
19
星历参考时刻（星期中的秒数）
s
20
在星历参考时刻 轨道倾角（近似于法向）周期改正余弦项的振幅
rad
21
参考时刻轨道倾角
rad
22
在星历参考时刻 轨道倾角（近似于法向）周期改正正弦项的振幅
rad
23
参考时刻轨道倾角
rad
24
在星历参考时刻 在轨道径向方向上周期改正余弦项的振幅
m
25
近地点角距
rad
26
升交点赤经在赤道平面中的长期变化（主要是由地球引力场的2阶带谐系数 ( 引起）)
rad/s
27
轨道倾角变化率