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GPS信号组成-导航电文
文章出处:与非网
更新于2008-10-16 08:36:29

GPS

       导航电文是用户用来定位和导航的数据基础。它包含该卫星的星历、工作状况、时钟改正、电离层时延改正、大气折射改正以及由C/A码捕获P码等导航信息,也是由卫星信号中解调出来的数据码D(t)。这些信息以50bit/s的数据流调制在载频上,数据采用不归零制(NRZ)的二进制码。

       1、 导航电文(D码)的内容

       (1)卫星星历

       (2)时钟改正

       (3)电离层时延改正

       (4)卫星状态

       (5)转换码

        2、导航电文的结构

       (1)基本构成

       (2)遥测码与转换码(交接字)

       (3)第一数据块

       (4)第二数据块

       (5)第三数据块

        导航电文的格式是:主帧、子帧、字码和页码。每主帧电文长度为1500bit,播送速率为50bit/s,所以发播一帧电文需要30s时间。


       每帧导航电文包括5个子帧,每子帧长6s,共含300bit。第1、2、3子帧各有10个字码,每个字码为30bit,这3个子帧的内容每30s重复一次,每小时更新一次。第4、5子帧各有25页,共有15000bit。一帧完整的电文共有37500bit,要750s才能够传送完,用时长达12.5min。其内容仅在卫星注入新的导航数据后才更新。

       3、基本构成

       导航电文的内容包括遥测码(TLW)、转换码(HOW)、第一数据块、第二数据块和第三数据块等5部分。

       4、遥测码与转换码(交接字)

       (1)遥测码(字)

         同步码:第1~8bit

         遥测电文:第9~22bit

         无意义连接比特:第23~24bit

         检校:第25~30bit

        每个子帧的第一个字码都是遥测码,作为捕获导航电文的前导。其中所含的同步信号为各子帧提供了一个同步起点,使用户便于解释电文数据。具体码位如下:第1~8bit为同步码(10001001),第9~22bit为遥测电文,包括地面监控系统注入数据时的状态信息、诊断信息和其它信息,以此指示用户是否选用该卫星。第23、24bit无意义,第25~30bit为奇偶检验码。

         (2)转换码

         Z计数:第1~17bit

         特殊标识1:第18bit

         特殊标识2:第19bit,同步标识,AS标识

         子帧标识:第20~22bit,第几子帧

         无意义连接比特:第23~24bit

         检校:第25~30bit

         每个子帧的第二个字码是转换码,它的主要作用是帮助用户从捕获的C/A码转换到P码的捕获。第1~17bit表示Z计数,它表示从每星期六/星期日午夜零时起算的对P码中PN1(t)(周期1.5s)的累计数,量程为0~403200。知道Z计数,就知道观测时刻P码在周期中的准确位置,以此较快地捕获P码。第18bit表明卫星注入电文后是否发生滚动动量矩缺载现象。第19bit用于指示数据帧的时间是否与PN1(t)钟信号同步。第20~22bit是子帧识别标志。第23、24bit无意义。第25~30bit为奇偶检验码。

         5、第一数据块

         第一子帧的第3~10个字码为第一数据块。它的主要内容是:

        (1)标识码,指明载波L2的调制波类型( “10”表示C/A码,“01”表示P(Y)码)、星期序号(WN – GPS周)、卫星的健康状况等;

        (2)数据龄期(AODC);

        (3卫星时钟改正系数。

        时延差改正Tgd:

        第7字码的第17—24比特表示载波L1、L2的电离层时延差改正Tgd。当使用单频接收机时,用Tgd改正所观测的结果,以减小电离层效应影响提高定位精度;当采用双频接收机时,就不必要采用这个时延差改正。

        数据龄期AODC:

        第3字码的第23、和第24比特,以及第8字码的第1—8比特,均表示卫星时钟的数据龄期AODC。GPS试验卫星的AODC只占8个比特,而GPS工作卫星却扩展到了10个比特。A0DC是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,且知

       AODC=toc-t1                                       (4-1)

      式中:toc为第一数据块的参考时刻,tl是计算时钟参数所作测量的最后观测时间。

      星期序号WN

      表示从1980年1月6日协调时零点起算的GPS时星期数。

       卫星钟改正参数

a0、a1、a2,分别表示该卫星的钟差、钟速及钟速的变化率。当巳知这些参数后,便可按下式计算任意时刻t的钟改正数△t

         △t=a0+a1(t-toc)+a2(t—toc)2                (4-2)

          6、第二数据块

          第二和第三子帧共同构成第二数据块,它表示GPS卫星的星历。这是GPS定位中最有用的电文。

         (1)第2、3子帧的第3~10个字

        (2)星历参数

        开普勒轨道根数(6个)

        轨道摄动参数(9个)

        (3)星历参考时刻toe

        (4)星历龄期IODE

        (5)内容:该发送信号卫星的星历 - 广播星历

        星历参数

        星历参数详解

        7、第三数据块

       第三数据块包括第4和第5两个子帧,其内容包括了所有GPS卫星的历书数据。

       (1)第4子帧、

       (2)第5子帧

        第三数据块的作用:当接收机捕获到某颗GPS卫星后,根据第三数据块提供的其他卫星的概略星历、时钟改正、卫星工作状态等数据,用户可以选择工作正常和位置适当的卫星,并且较快地捕获到所选择的卫星。



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