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GPS基础知识(五)、GPS导航电文

导航电文
  • GPS的导航电文以的形式编排为比特流,每一帧为1500比特,这1500比特又分为5个子帧,每个子帧为300比特。每一子帧又分为10个字,每个字30为比特。发送时MSB在前。每一比特发送需要20ms,所以发送一帧需要30s。

        每周开始的时候(周六半夜12点/周日凌晨0点),不管之前数据发到哪个子帧,从第一子帧重新开始发;第四、五子帧从第一页开始发。

对每一个子帧来说,其第一个字是遥测字(TLW: Telemetry Word)第二个字是交接字(HOW: HandOver Word),后8个字为数据。

一、遥测字

其结构如下图所示。其首8个比特为前导码(preamble),前导码固定为10001011。这个固定的前导码可以用来搜索、确定子帧的起始沿。第9位到第22位提供特许用户使用的数据,我们不用管。第23位为完好性状态指示标志(ISF:Integrity Status Flag),为1表示有发射的信号有增强的完好性保证,即更加靠谱。当然这个靠谱是有标准的,在GPS的接口说明文档里有详细数值指标,需要详细了解的可以去查阅。第24位保留。最后6位为奇偶校验码。
 TLW

二、交接字

其结构如下图所示。第1到17比特为被截断的周内时(TOW: Time of Week),表示的是下一子帧起始沿的GPS时间,单位为6s,即变动1表示时间6s。第18位为警告标志,为1时非特许用户自行承担使用该卫星信息的风险。第19位为反电子欺骗措施(AS)标志,为1表示实施了该措施。第20位到22位为子帧ID,每一帧有5个子帧,ID为1~5。第23、24比特是通过求解得到的,目的是保证奇偶校验码的最后29、30比特为0。
HOW

三、数据字

对于数据字,各个子帧就不一样了,下面分子帧来讲。

第一子帧

第一子帧包含的数据有:

第二、三子帧

第二子帧和第三子帧的数据合在一起可以提供一套卫星星历(Ephemeris)参数

除了星历参数以外,还有


 

第四、五子帧
第四子帧和第五子帧的数据量比较大,无法包含在一帧内,所以进行了分页,完整电文有25页,即需要25帧才能把完整的数据发送完。发送一帧是30s,所以完整电文发送完一遍需要750s,即12.5分钟。不过第四、五子帧的内容并不是定位所急需的,所以定位并不需要等这么久。

第四子帧和第五子帧包含的数据主要有:

  • Data ID 和 SV ID:主要用于指示该页表示的内容,若为星历数据,则SV ID是卫星PRN号。

  • 所有卫星的历书(Almanac)参数

历书参数的内容包括:M

从GPS时间计算UTC时间的方法为:

四、星历和历书的比较

  • 两者都是用开普勒轨道参数来表示,都用于描述卫星在各个时刻的空间位置和运动速度。
  • 星历有效期短,只有4小时;历书有效期长达半年。
  • 星历参数多,历书参数少。
  • 星历参数中有摄动校正量,而历书没有,因为历书有效期长,不适用。
  • 星历参数精度高,历书参数精度低。
  • 星历参数与历书参数是由地面站独立推算的,因此它们的参数值有可能不同。
  • 一颗卫星只播发自己的星历,但是会播发所有卫星的历书。
  • 根据星历计算得到的卫星位置和速度值相当准确,可以直接用于定位与定速;根据历书计算的结果准确度不高,一般只能用于卫星信号的搜索和捕获。
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