GPS定位经常会遇到星历与历书的概念,达盟GPS小编整理出对普通读者可以粗略理解的概念。

1、星历与历书有什么用?

星历与历书都是表示卫星运行的参数,由导航电文发送。
星历是当前接收机观测到的卫星的精确位置,用于定位。
历书包括全部卫星的大概位置,用于卫星预报。根据用户当前位置与历书数据可以预测出用户当前位置的卫星数据,减少卫星搜索的时间,避免“漫天搜星”。一个一个搜卫星时间会很长。

2、星历与历书的区别

星历(Ephemeris)

包含了非常详细的卫星轨道和位置信息(精度到厘米级),数据量大,传输时间长。
卫星轨道信息或某一时刻轨道参数及其变率或某一时刻卫星位置及其变化率。
分为预报星历(又叫广播星历)和后处理星历(精密星历)。

  • GPS广播星历:包括某一参考历元的轨道及其摄动改正项参数。共有16个参数。用C/A码传送的星历叫C/A码星历,精度为数十米。
  • 后处理星历:用P码传送的星历叫P码星历,叫做精密P码星历,精度为5米。用于军事目的。大部分用户得不到。一些国家某些部门根据各自跟踪卫星的精密观测资料来计算出的星历。事后提供给用户。

历书(Almanac)

是星历数据的简化集,数据较少,传播时间较短,精度较低(精度在1Km-600Km)。
卫星的历书(Almanac)包含在导航电文的第四和第五子桢中,可以看作是卫星星历参数的简化子集。其每12.5分钟广播一次,寿命为一周,可延长至6个月。GPS卫星历书用于计算任意时刻天空中任意卫星的概略位置。其主要用途:

使卫星的码搜索有的放矢,避免“满天搜星”

GPS信号是一个CDMA(码分多址)信号,一般来说,GPS接收机对卫星信号的搜索是一个“满天搜星”的过程,即要搜索天空中的所有卫星对应的伪随机码。如果预先知道任意时刻所有卫星的概略位置,接收机就可以只复现本时刻天空中存在卫星的伪随机码进行搜索。这样可以使GPS接收机在搜索卫星时做到有的放矢,缩短捕获卫星信号的时间。

找到任意卫星的概略Doppler频移,辅助频域搜索

对CDMA信号的搜索过程是一个二维搜索过程,对GPS卫星信号的搜索也不例外。即不仅要对卫星进行码搜索,还要通过频域搜索确定该卫星的Doppler频移。通过历书计算出卫星的概略位置,就可以估算出卫星的概略Doppler频移,快速捕获卫星信号。

GPS接收机的启动时间是衡量接收机性能好坏的重要参数之一,而卫星信号的快速捕获,缩短接收机的启动时间也是目前GNSS业界的热点问题。
历书(Almanac)数据中各变量含义:

名称描述
ID卫星的PRN号,范围为1—31
Health卫星健康状况,零为信号可用,非零为信号不可用
Eccentricity轨道偏心率
Time of Applicability(s)历书的基准时间
Orbital Inclination(rad)轨道倾角
Rate of Right Ascen(r/s)升交点赤经变化率
SQRT(A) (m 1/2)轨道长半轴的平方根
Right Ascen at Week(rad)升交点赤经
Argument of Perigee(rad)近地点俯角
Mean Anom(rad)平均近点角
Af0(s)卫星时钟校正参数(钟差)
Af1(s/s)卫星时钟校正参数(钟速)
weekGPS周数

3、与GPS/北斗三种启动模式的关系

冷启动模式(出厂模式):GPS接收器没有保存有效星历、历书、时间及位置信息。
暖启动模式:保存有历书数据(不超过180天),旧时间信息(不超过20秒)及旧位置信息(不超过100千米范围),但是星历数据失效(超过4小时),所以一般要更新星历数据,比冷启动定位快。
热启动模式:GPS接收器保存有有效星历数据、时间及位置等信息,不用更新星历数据,可以马上定位。

4、星历文件

这里,首先介绍一下星历文件的含义:

名称描述
Prn卫星编号
iode电文中给出的当前参考历元的有效期
Crs电文中给出的轨道半径角距的改正项—正弦振幅
delta_n电文中给出的平地点角改正值
M_zero电文中给出的参考时刻平近点角
Cuc电文中给出的升交点赤经的改正项—余弦振幅
e1电文中给出的轨道椭圆偏心率
Cus电文中给出的升交点赤经的改正项—正弦振幅
sqrt_a电文中给出的卫星轨道椭圆长半轴的平方根
toe电文中给出的参考时刻
Cic电文中给出的倾角角距的改正项—余弦振幅
OMEGA_zero电文中给出的参考时刻升交点赤经
Cis电文中给出的倾角角距的改正项—正弦振幅
i_zero电文中给出的参考时刻轨道倾角
Crc电文中给出的轨道半径角距的改正项—余弦振幅
omega电文中给出的轨道近地点角距
OMEGA_dot电文中给出的升交点赤经变化率
i_dot电文中给出的轨道倾角变化率

标签: 星历, 历书, GPS, 北斗, GNSS

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