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GPS导航电文中时间参数的变化特点_高玉平 2001年2月第23卷 第2期CSAOPublications陕西天文台台刊 GPS导航电文中时间参数的变化特点 高玉平 (中国科学院陕西天文台,陕西省临潼,710600) 摘 要 GPS导航电文包含有GPS卫星的位置参数和时间参数,是定位、定时用户都 必须使用的。随着GPS的改进,导航电文也有所变化。GPS导航电文中时间参数的变化特点及SA对卫星钟的影响是这里着重讨论的内容。 关键词 导航电文 卫星星历 时钟参数 分类号 TN96 1 前 言 GPS导航电文是由GPS主控站根据各监测站一个星期的观测结果,对GPS卫星进行定时、定轨,并外推形成的预报星历,经注入站将星历注射给卫星,通过卫星发送给用户。导航电文中包含有卫星的位置参数和时间参数等诸多信息,无论是定位用户和定时用户都必须使用的。自1978年第一颗GPS入轨运行至今,GPS卫星由最初的试验卫星BlockI到现在的工作卫星BlockII、BlockIIA、及BlockIIR,经历了多次升级、改进,其播发的导航电文也有所不同。本文主要讨论GPS导航电文中时间参数的变化特点。 2 GPS导航电文中的时间参数及其变化特点 GPS星历以导航电文(数据码D(ti)波特率为50bps)的形式,用两种伪随机噪声码进行传送,P(Precision)码传送的GPS精密广播星历,简称P码星历,只限于工作在P码的接收机使用。C/A(Coarse/Acquisition)码传送的星历简称C/A码星历,经过E技术处理后,其精度被人为地降低到100m左右,而且不是一个固定偏差,而是一个无规则变化的随机值。目前绝大多数的商品接收机,都是工作于C/A码的,只能使用C/A码星历。 导航电文中的时间参数有两类:一是与卫星钟和GPS时间有关的参数,位于导航电文第一子帧,包括GPS星期数Wn,卫星钟参数(钟差af0、钟速af1、钟速变化率af2),钟参数的参考时刻toc(referencetimeforclock),钟参数的期令号Iodc(Issueofdata-clock);另一类是与卫星轨道参数有关的时间参数,位于导航电文第二、三子帧,包括星历参考时刻toe(referencetimeforephemeris),星历参数的期令号Iode(Issueofdata-ephemeris)。附表给出了采用MotorolaVPGPS接收机在1999年9月29日采集的导航电文中的时间参数。,18 第23卷 第2期 高玉平: GPS导航电文中时间参数的变化特点137 2.1 导航电文的播发时间与更新时间 导航电文的播发是连续的,播发周期30秒,播发起始时刻为i分00秒和i分30秒;导航电文的更新周期已由试验卫星的1小时变为工作卫星的2小时,更新时刻大多为偶数点整点时刻,即2@i点00分00秒。导航电文更新时刻tf与toe通常相差2小时,即tf=toe-2h。导航电文的起始发播时刻比其中的toc提前2小时,见图1 。 图1 导航电文更新时刻、参考时刻与GPS时间关系 2.2 toc、toe的变化 星历参考时刻toe与钟参数参考时刻toc通常相同,toc=toe,两者均以秒表示,从星期日子夜零时起算。参考时刻随着星历的更新而更新,大多为偶数点整点时刻更新,即2@i点00分00秒。偶尔出现2@i-1点59分44(或28)秒的情况(如图1导航电文4)。toc、toe的作用如下: (1)在计算卫星时间改正时$t=af0+af1@(ti-toc)+af2@(ti-toc)2;在用卫星轨道参数计算卫星位置时,先要将GPS时间ti换算为星历时间tk(tk=ti-toe),然后再进行计算; (2)用于判断星历的适用时间,通常导航电文的有效期为4小时(toc-2h,toc+2h),用户可根据toc来选择星历; (3)判断星历的先后顺序。 2.3 数据期令号Iodc、Iode Iodc、Iode是卫星钟参数、星历的期令号[1]。在导航电文中,用10位(blockI卫星用8位)表示Iodc(其值域为0~1023),用8位表示Iode(其值域为0~255),并且Iode与Iodc的低8位相同,二者数值存在以下关系:Iodc=Iode+256@i(i为整数)。注入站每次可对卫星注入多天的星历(BlockII可存储14天的星历,BlockIIA可存储180天的星历),这些星历又被分为许多小段,小段间隔2小时,每段星历都有自己的期令号,期令号是连续的,播发时按顺序向用户播发。用户可根据