精密星历轨道内插方法比较

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

一
一
９５ ．６ ９５ ．８
．
－
９． ６
—
９６ ２
位是 ＧＰ Ｓ日， 缀 的 “ｌ ” 者 “ ｌ一 ０Ｓ 表 示 后 ｃ 或 ｋ ｃ ３ ” ｋ
单 位／ｂ时 ＇
是 钟差 产 品文 件 。如选 取 Ｉ ＧＳ精密 钟 差 星历 文 件
“ｉ １ ７ ．ｃｋ ｇｓ ６１ ６ ｌ
一
图 １ １ ６号 卫星 一 天 内钟 差 变 化
０ ２ 一４和 一０ ３ ３５ ６７ ９０ ２ 一０ 中间 的标 识 １ Ｅ０ ． ２ ５ ６ １ Ｅ １ ， 符 “ ” 的是 钟 差 数 据类 型 ， ２ 表示 包 含 钟 差 和 ２指 “” 钟速 ，１ 表 示仅仅 包含 钟差 。 “”
钟 差 及其钟 速 ， 样 间隔有 ５ｍｉ ３ 两 种 。卫 采 ｎ及 ０Ｓ 星的钟 差在短 时 间 内虽 然会发 生抖 动 ， 是长期 看 但 来 却呈 现一定 的规 律性 ， 根据 已知节 点 的卫星钟 差 及 其钟 速可 以利 用相 应 的 方法 内插 出 任意 节 点 的
其 几何 意义 是 曲线 ｙ— Ｈ （ ）与 曲线 ＝ ｚ ＝ ＝
ｆ（ ）不但 在 ． ｘ ｚ 处 重合 ， 而且 在 处有公 切 线 。 为求 得 Ｈ ｚ 多 项式 ， 造两 组 ２ 计 （） 构 ＋ １次
的两 点三 次埃 尔米 特插值 多项 式 ］
Ｈｃ一。＋ 云 ）ｎ １＋ 。， （ ２ 山 （ ） 、 山 ｎ ， １ ，｛ ｛ ＼ 山
满足 插值 条件 的 ２ ＋ １次埃 尔 米 特插 值 多 项
式。
一
［ ｚ ｋ ＝ ０
（ 一 ０， ， ， ） １ …
２
精度口 。选取 “ ｓ６７．ｌ” ｉ １１６ｃ 文件 （ ｇ ｋ 采样率 ５ｒｎ 中 ｉ） ａ

§3.1 卫星无摄运动
开普勒第一定律（轨道定律)： 卫星沿一个椭圆轨道环绕地 球运行，而地球处于椭圆的 一个焦点上
b a
m
r f
M
近地点
r a (1 e2 ) 1 e cos f
§3.1 卫星无摄运动
1、卫星运动轨道参数
m
a
b M
f
近地点
z
ω
升交点
a ：椭圆长半轴 b ：椭圆短半轴，也可以用偏心率e表示
n
(
i0 ik
x xk
xi xi
)
yk
拉格朗日多项式内插
内插精度
➢ 采用17阶多项式，精度可优于5mm
注意事项
➢ 要对某一时段的轨道内插，精密轨道数据应该完全 覆盖该时段，最好前后有9个历元的延伸
➢ 下载数据时，需要观测当天及前后各一天的数据
2、根据精密星历计算卫星位置
任意时刻 t 卫星位置的计算
➢ 原理：插值法 ➢ 方法：拉格朗日插值法、且贝雪夫插值法等
拉格朗日插值法:
已知函数y f (x)的n个结点x0 , x1,...,xn及其对应的 函数值y0 , y1,...,yn对于插值区间内的任一点x，其函数 值为
f
(x)
n k 0
X轴旋转i角、绕Z轴旋转 M
y
角，求出卫星在天球坐
i
标系下的坐标。
x 春分点
升交点
3）将天球坐标转换到地球 坐标。
起始子 午面 Z
春分点 x
z
Y
f Mω
Ω0
升交点
X
近地点 y
计算过程
1) 计算卫星运行的平均角速度（引力常数和长半轴）
n0
GM a3

GPS精密星历目前，全球260多个lGS跟踪站中，我国占20多个，分布在武汉、拉萨、乌鲁木齐、昆明、上海等地,全球IGS网的GPS数据，由单台接收机交换(RINEX)格式生成的日观测和导航数据文件组成，其存储方式为ASCII码文本格式，内容包括观测值、导航星历信息、气象数据等。

这些数据经UNIX压缩后传送到相应的数据中心。

观测值文件包括从O0：O0：O0至23：59：59 GPS时段内所观测的数据。

采样率都采用标准的30s。

RINEX格式命名规则为：ssssdddf．yyt。

其中：SSSS表示测站名；ddd表示年积日(从1月1日起算)；f表示一天内的文件序号(时段号0，1等)；YY表示年号，如98表示1998，00表示2000等；t表示文件类型，0表示观测值，N表示星历，M 表示气象数据，G表示GLONASS星历，H 表示同步卫星GPS载荷的导航电文。

bjfs1230．040是一观测数据文件名，bjfs为站点代码(4字节)，123为年积日，0为时段号，04代表2004年，O为文件性质码，代表观测文件。

bjfs1230．04n为站点广播星历文件，性质码用n表示，其中auto1230．04n 为广播星历文件，是必须下载的文件。

bjfs1230．04m 为气象数据文件，性质码用ITI表示。

IGS提供的重要信息不仅包括IGS跟踪站的观测值数据，还包括站点坐标、相应的框架、历元和站移动速度等。

IGS站坐标采用ITRF坐标。

IGS精密星历采用sp3格式，其存储方式为ASCII文本文件，内容包括表头信息以及文件体，文件体中每隔15 min给出1个卫星的位置，有时还给出卫星的速度。

它的特点就是提供卫星精确的轨道位置。

采样率为15分钟，实际解算中可以进行精密钟差的估计或内插，以提高其可使用的历元数。

1．命名规则常用的sp3格式的命名规则为：tttwwwwd．sp3其中：ttt表示精密星历的类型，包括IGS(事后精密星历)、IGR(快速精密星历)、IGU(预报精密星历)三种}wwww表示GPS周；d表示星期，0表示星期日，1～6表示星期一至星期六。