GPS卫星的导航电文和卫星信号

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50 bps，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。

一、填空（每空1分，共20分）1.自1974年以来，GPS计划已经历了方案论证、论证、生产实验三个阶段。

总投资超过200亿美元。

2.按照《规范》规定，我国GPS测量按其精度依次划分为AA、A、B、C、D、E六级，其中C级网的相邻点之间的平均距离为15～10km，最大距离为 km。

3.协调世界时是综合了世界时与原子时的另一种记时方法，即秒长采用原子时的秒长，时刻采用时的时刻。

4.卫星钟采用的是时，它是由主控站按照美国海军天文台（USNO）的协调世界时（UTC）进行调整的。

在年1月6日零时对准，不随闰秒增加。

5.当GPS信号通过电离层时，信号的路径会发生弯曲，速度会发生变化。

这种距离改正在天顶方向最大可达 m，在接近地平线方向可达150m。

6.在GPS定位测量中，观测值都是以接收机的相位中心位置为准的，所以天线的相位中心应该与其中心保持一致。

7.当使用的接收机，同时对同一组卫星所进行的观测称为同步观测。

8.按照GPS系统的设计方案，GPS定位系统应包括部分、部分和用户接收部分。

9.在接收机和卫星间求二次差，可消去两测站接收机的改正。

在实践中应用甚广。

10.GPS网的图形设计主要取决于用户的要求、、时间、人力以及所投入接收机的类型、和后勤保障条件等。

11.根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有式、式、网连式及边点混合连接四种基本方式。

选择什么方式组网，取决于工程所要求的精度、野外条件及GPS接收机台数等因素。

二、单项选择题（每小题1分，共10分）1.单频接收机只能接收经调制的L1信号。

但由于改正模型的不完善，误差较大，所以单频接收机主要用于（）的精密定位工作。

A、基线较短B、基线较长C、基线≥40kmD、基线≥30km2.GPS接收机天线的定向标志线应指向（）。

其中A与B级在顾及当地磁偏角修正后，定向误差不应大于±5°。

A、正东B、正西C、正南D、正北3.在GPS测量中，观测值都是以接收机的（）位置为准的，所以天线的相位中心应该与其几何中心保持一致。

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。

GPS导航定位原理以及定位解算算法GPS（全球定位系统）是一种基于卫星信号的导航系统，用于确定地球上任意点的位置和时间。

GPS导航定位的原理基于三个基本原则：距离测量、导航电文和定位解算。

首先，定位解算的基本原理是通过测量卫星与接收器之间的距离差异来确定接收器的位置。

GPS接收器接收卫星发射的信号，并测量信号从卫星到接收器的时间延迟。

通过已知卫星位置和测量时间延迟，可以计算出接收器与卫星之间的距离。

至少需要接收到4个卫星信号才能进行定位解算，因为每个卫星提供三个未知数（x、y、z三个坐标）和一个时间未知数。

其次，GPS导航系统通过导航电文提供的卫星轨道参数来计算卫星的精确位置。

每个卫星通过导航电文向接收器传递关于卫星识别码、卫星轨道和钟差等数据。

接收器使用这些参数来计算卫星的准确位置。

最后，通过定位解算算法，将接收器收到的卫星信号和导航电文中的轨道参数进行计算，可以确定接收器的位置。

定位解算算法主要有两种：三角测量法和最小二乘法。

三角测量法基于三角学原理，通过测量多个卫星与接收器之间的距离差异，然后根据这些距离差异以及卫星的位置信息来计算接收器的位置。

这种算法的优势是计算简单，但受到测量误差的影响较大。

最小二乘法是一种数学优化方法，通过最小化接收器位置与测量距离之间的误差平方和来求解接收器的位置。

该方法考虑到了测量误差的影响，并通过对多个卫星信号进行加权以提高解算的准确性。

除了上述的定位解算算法，GPS导航系统还使用了差分GPS和惯性导航等技术来提高定位精度和可靠性。

差分GPS通过接收器与参考站之间的信号比对，消除了大部分的误差，提高了定位精度。

惯性导航通过测量加速度和角速度来估计接收器的位移，可以在信号丢失或弱化的情况下提供连续的导航定位。

综上所述，GPS导航定位通过距离测量、导航电文和定位解算算法来确定接收器的位置。

通过接收到的卫星信号和导航电文中的轨道参数，定位解算算法能够计算出接收器的位置，并提供准确的导航信息。

GPS测量原理及应用各章知识点总结桂林理工大学测绘08-1 JL（纯手打）第一章绪论1、GPS系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。

能为各个用户提供三维坐标和时间。

2、GPS卫星位置采用WGS-84大地坐标系3、GPS经历了方案论证、系统论证、生产试验三个阶段。

整个系统包括卫星星座、地面监控部分、用户接收机部分。

4、GPS基本参数为：卫星颗数为21+3，卫星轨道面个数为6，卫星高度为20200km，轨道倾角为55度，卫星运行周期为11小时58分，在地球表面任何时刻，在高度较为15度以上，平均可同时观测到6颗有效卫星，最多可以达到9颗。

5、应用双定位系统的优越性：能同时接收到GPS和GLONASS卫星信号的接收机，简称为双系统卫星接收机。

（1）增加接收卫星数。

这样有利于在山区和城市有障碍物遮挡的地区作业（2）提高效率。

观测卫星数增加，所以求解整周模糊度的时间缩短，从而减少野外作业时间，提高了生产效率。

（3）提高定位的可靠性和精度。

因观测的卫星数增加，用于定位计算的卫星数增加，卫星几何分布也更好，所以提高了定位的可靠性和精度。

6、在GPS信号导航的定位时，为了解算测站的三维坐标，必须观测4颗（以上）卫星，称为定位星座。

7、PRN----------卫星所采用的伪随机噪声码8、在导航定位测量中，一般采用PRN编号。

9、用于捕获信号和粗略定位的为随机码叫做C/A码（又叫S码），用于精密定位的精密测距码叫P码10、GPS系统中各组成部分的作用：卫星星座1、向广大用户发送导航定位信息。

2、接收注入站发送到卫星的导航电文和其他相关信息，并通过GPS信号电路，适时的发送给广大用户。

3、接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时的改正运行偏差和启用备用时钟等。

地面监控系统地面监控系统包括1个主控站，3个注入站和5个监测站。

1、监测和控制卫星上的设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行。

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 卫星的导航电文名词解释1. 卫星位置信息：卫星的位置信息是GPS系统的基础。

每颗卫星都会不断发送自身的轨道参数和时间信息，这些信息被接收设备接收并计算出每颗卫星的具体位置。

2. 卫星时钟信息：卫星时钟信息用于确保GPS信号的时间准确性。

每颗卫星都配备有高精度的原子钟，它们会持续发送带有时间标签的信号，地面接收设备通过接收这些信号并解码时间标签，可以获得高精度的时钟信息。

3. 卫星健康状况信息：卫星健康状况信息包括每颗卫星的信号质量、工作状态等信息。

这些信息有助于地面接收设备判断哪些卫星是可靠的，以及它们的信号质量如何。

4. 地球中心导航数据：地球中心导航数据提供了地球的旋转信息以及其他与地球中心相关的导航数据。

这些数据可以帮助GPS接收设备确定其相对于地球中心的位置。

5. 星历参数：星历参数是描述每颗卫星轨道的参数集合。

这些参数描述了卫星在空间中的精确位置，以及其在轨道上的运动轨迹。

6. 卫星钟差参数：卫星钟差参数是用来修正卫星时钟与地面时间之间的差异。

由于卫星时钟的运行速度与地面时钟不完全一致，因此需要这些参数来确保时间的准确性。

7. 地球自转参数：地球自转参数描述了地球自转的速率和方向。

这些参数可以帮助GPS接收设备更准确地计算出其相对于地球表面的位置。

8. 大气校正参数：大气校正参数用于修正大气延迟对GPS信号的影响。

由于大气密度和大气中的电子含量会影响GPS信号的传播速度，因此需要这些参数来提高定位精度。

9. 广播信号参数：广播信号参数包括每颗卫星的信号频率、编码方式等信息。

这些参数是地面接收设备能够接收和解析卫星信号所必需的。

10. 加密与解密参数：加密与解密参数用于保护GPS信号的安全性。

为了防止未经授权的用户接收到GPS信号，GPS系统采用了加密技术。

只有拥有正确解密参数的用户才能接收到并解析出准确的GPS信号。