卫星导航星历参数定义.docx

周秒：周内秒计数（SOW）在北斗导航系统中，系统的时间基准为北斗时。BDT采用国 际单位制秒为基本单位连续累计，不闰秒，起始历元为2006年1月1日协调世 界时00时00分00秒，采用周和周内秒计数。即每周日北斗时。点。分。秒从 零开始计数。整周计数（WN）北斗时的整周计数，以北斗时2006年1月1日0 点0分0秒为起点，从零开始计数。卫星编号PRN在一个系统（GPS或BD）里，一颗卫星对应唯一的prn,也对应唯组伪随机 码。GPS : 2020-7 , PRN 为 1-32，在轨卫星包括 BLOCK HA（淘汰）、IIR（ 11 颗）、 IIR-M （ 7 颗,5/7/12/15/17/29/31）. IIF （12 颗）、H（1 颗,4）GPS SBAS :标识为 33-64 （ PRN 为 120-158，标识二PRN-87 ）GLONASS :可以使用 65-96，在轨 24 颗（编号 65-88）。Uragan-M （ 23 颗），Uragan-Kl （ 1 颗）日本QZSS卫星为193-199北斗：卫星号 201-261 （ PRN+ 200 ）伽利略:卫星号301-336 （ PRN+300 ）IRNSS :卫星号 901-918 （ PRN+900 ）iode/aode是表示星历相关状态的参数，iodc/aodc是表示星钟相关状态的参数。 aode/aodc是北斗系统ICD1中定义的参数，位于bds dl电文的第1子帧。其中 aodc表示时钟数据龄期，共5比特，是钟差参数的外推时间时隔，即本时段钟 差参数参考时刻与计算钟差参数所作测量的最后观测时刻之差。iode/iodc是在GPS系统的ICD2中定义的参数，iode指星历数据事件，iodc指 星钟数据事件。GPS卫星时钟误差GPS卫星时钟误差（简称卫星钟差）是指GPS卫星时钟与GPS标准时间之间的差tr = Fey/1A. sin Ek其中F = 学是f 常数， =3.986005 x 1014为引力常数，c = 299792458为真空中的光速；e为卫星轨道的偏iL'率；A为 卫星轨道半长轴长度；Ek为卫星偏近点角。e和4在卫星播发的卫星星历中都有，石k可以根据星历参数计算出来，具体可参考GPS卫 星位置解算文中的讲解。最后还需要说一下的是对于单频接收腿说，还要考虑群波延迟修正。因为前面说的二阶多项式模型是针对双顷接收机的，若应用在单频 的情况，则还需要加上两个癖之间的校正项，即在GPS导航电文的第一子帧中播发的群波延迟心心当然这个处理也可以放到电离层延 时校正的时候一Sb理，比如RTKLIB中就是这样做的。可以参考电离层延时和DCB差分码偏差。对卫星钟差求导，可以得到卫星钟漂为：A = afi+ 2叼2(-b) + FeVAEk cos Ek其中Ek的值可以颗星历参数计算出来，可参考GPS卫星速度解算文中的讲解。平近点角平近点角(Mean Anomaly)在轨道力学中是轨道上的物体在辅助圆上相对于中心 点的运行角度，在测量上不同于其他的近点角，平近点角与时间的关系是线性的。 因为与时间是线性的关系，因此要计算在轨道上两点之间移动所需的时间是非常 容易的。平均旋转角速度：过流体微团中的某一点做直角平分线的旋转角速度。轨道偏心率轨道偏心率，一般指天体运行轨道的偏心率，数学中一般称作离心率。对于二体 问题来说，天体的运行轨道一般是规则的圆锥曲线，因此有一个偏心率。对于闭 合轨道来说，通常偏心率、半长轴、轨道倾角、升交点黄经是几个比较重要的参 数，获得了这几个参数通常就能确定天体的轨道。对于椭圆轨道，偏心率越大, 轨道越平扁；偏心率越小，轨道越接近圆。在太阳系的大行星和卫星中，偏心率 最大的是海卫二，达到了 0.7512。轨道半长轴轨道半长轴是指人造卫星的轨道要素之一，表示着轨道的大小。当瞬时轨道为半 圆时，半长轴是指长轴的一半；当轨道为圆时，半长轴则为其半径。参考时刻升交点赤经(rad)升交点赤经为卫星轨道的升交点与春分点之间的角距。所谓升交点为卫星由 南向北运行时，与地球赤道面的交点。反之，轨道面与赤道面的另一个交点称为 降交点。春分点为黄道面与赤道面在天球上的交点。选择合适的工作轨道的升交点赤经和倾角可以节省卫星寿命期间对推进剂 的消耗，升交点赤经对地影时间也有重要影响。轨道倾角轨道倾角，是指参考平面和另一个平面或轴的方向之间的夹角。轴倾斜的表 示法是行星的自转轴和通过行星的中心垂直于公转轨道平面的线之间所夹的角 度。轨道倾角通常是指卫星轨道面与地球赤道面之间的夹角，它决定了轨道面与 赤道面或与地轴之间的关系。近地点幅角近地点幅角是指轨道近地点与升交点之间对地心的张角。沿卫星运动方向从 升交点量测到近地点，取值范围为0° -360°升交点赤经升交点赤经为卫星轨道的升交点与春分点之间的角距。所谓升交点为卫星由 南向北运行时，与地球赤道面的交点。反之，轨道面与赤道面的另一个交点称为 降交点。春分点为黄道面与赤道面在天球上的交点。选择合适的工作轨道的升交点赤经和倾角可以节省卫星寿命期间对推进剂 的消耗，升交点赤经对地影时间也有重要影响。轨道倾角轨道倾角，是指参考平面和另一个平面或轴的方向之间的夹角。轴倾斜的表 示法是行星的自转轴和通过行星的中心垂直于公转轨道平面的线之间所夹的角 度。轨道倾角通常是指卫星轨道面与地球赤道面之间的夹角，它决定了轨道面与 赤道面或与地轴之间的关系。升交点赤经升交点赤经为卫星轨道的升交点与春分点之间的角距。所谓升交点为卫星由 南向北运行时，与地球赤道面的交点。反之，轨道面与赤道面的另一个交点称为 降交点。春分点为黄道面与赤道面在天球上的交点。选择合适的工作轨道的升交点赤经和倾角可以节省卫星寿命期间对推进剂 的消耗，升交点赤经对地影时间也有重要影响。群延迟群延迟是信号处理中的一个重要概念，在水声工程、无损探伤、振动分析、 地震波检测声等诸多领域都有广泛应用O群延迟是信号通过被测器件的各正弦分 量的振幅包络的时延，并且是各频率分量的函数，或指描述相位变化随着频率变 化的快慢程度的量。伪距测量伪距测量(pseudo-range measurement)是在用全球定位系统进行导航和定 位时，用卫星发播的伪随机码与接收机复制码的相关技术，测定测站到卫星之间 的、含有时钟误差和大气层折射延迟的距离的技术和方法。ECEF地心地固坐标系02ECEF： 1)原点-地球几何中心(地球质心)；2)Z轴-地球平均自转极点(CIO)；3) X轴-子午线与赤道交点；4) Y轴-右手系决定！电离层延迟误差 电离层延迟误差(ionospheric delay error)亦称电离层折射误差(ionospheric refraction error),是由电离层效应引起的观测值误差。对流层延迟误差对流层延迟误差(tropospheric delay error ),亦称作对流层折射误差 (tropospheric refraction error),是电磁波信号在通过高度40kin以下未被 电离的中性大气层时所产生的一种信号延迟误差。几何精度因子案注：发布时间：2011-09-23几何精度W子(Geometric Dilution Precision ,缩写为GDOP)是宜量定忙精度的很重要断/W数，它代表GPS测距谡差造翊揍收VI与主 间卫星间的距妾矢皇放大因子.实际表征参与是佳解的从技攻机至二Z王星的单位矢呈所勾勃的形体体枳与GDOP或反比，故又琼为几何晴度W子.实际上，GDOP的效值越大所代表的里位矢星形体螺-1、，即条收机至空间卫星的角度十滔以导=,1IX时的GDOP位精度 变差，好的GDOg是指其数值八代袭大的单位矢赛体体机导致高的定位精度。好的几何言于实际上是指卫星在三司分布不集中于一个区域， 言无能S不同方位区域均匀分布.(a)定位匚何精度医学差的育兄(b)定位几何稀度因子行更清三I/成史室的不司瘴兄GDOP是在接收机用于导航?7,三接收机位置和卫呈的台计算出来为几何关系调主的.左蚱业现刽中，GDOP道岗是白22品历WE接收机估 箕位逑计算出天。W算的GDOP并不至怎S曲片二星视蜘坦三斫以性真光GDOPW氐回用=常谯是无法兑现乱但是三于港数里不断 塔加，尢具是多个GNSS同时二作言,会有更多的卫星.髡有更多的迭挂公，GDOP过大的多盾三以明里凌解,GDOP理值言言是由导密第处理 :二迂丁箕声聂B二里用W型遇玲三星信号的澳庞曼差荚入三的GDOP喳，侬电麻;石匣£5或汽间谩差。不同的GDOP值是三导航的仍方差群计算匕安郭.GDOP 分君：PDOP = 3续忙邑汜匚何精度商子，取的球2CDOP;HDOP =水平几何稽度W子 便度，运度；VDOP -垂直F可I泰子 僵.度)；TDOP =时间匚1福金三子(时百).应该指出,这肾60(项=花每一个均可单独丁宾，但它们是主协方差得贪的，故相互间并不独立.例如，一个表的时间匚何精宜因子 (TDOP)第近内接收旭用戛差,朝野政曰误塞需要左鸵是，好的GDOP不一有音的定伫楂邕如下图存虽日完片卫星分在应为几何芟形彼?？，信白于接收引商至有君取淳 片更具可工住受到泛理 匕和二皇信号。马二王的 皂至收不乳之族若至。信号 元三妾W位.Blit,好的GDOP5LL坏的可见性，则 定位格褰会受拐.好的GDOP与环的引口2港兄PDOP：位置精度因子(Position Dilution of Precision),直译为“精度强弱 度”，通常翻译为“相对误差”。具体含义是：由于观测成果的好坏与被测量的 人造卫星和接收仪间的几何形状有关且影响甚大，所以计算上述所引起的误差量 称为精度的强弱度。天空中卫星分布程度越好，定位精度越高(数值越小精度越 高)。PDOP表示三维位置定位精度与导航台几何配置关系的一个参数。在全球 定位(GPS)系统中，等于用户位置的径向误差(1° )与用户到卫星的距离测量误差 (1° )的比值。Pdop取值范围为：0. 599.9,为纬度、经度和高程等误差平方和的开 根号值，所以Pdop的平方=Hdop的平方+Vdop的平方。在几何上，PDOP按由接收机和所能观测到的四颗卫星的连线所组成的 锥状物的体积比例来平分1。对于好的定位而言，PDOP值小，例如3。比7大的 值被认为是较差。因此，小的PD0P值与相隔较远的卫星相关。在GPS导航和定位中，我们使用几何精度因子(DOP, dilution of precision,也翻译为精度衰减因子)来衡量观测卫星的空间几何分布对定位精 度的影响。DOP分为以下几种：PDOP( position dilution of precision )二维位置精度因子：为纬 度、经度和高程等误差平方和的开根号值TDOP (time dilution of precision )钟差精度因子：为接收仪内时 表偏移误差值。HDOP (horizontal dilution of precision )水平分量精度因子：为 纬度和经度等误差平方和的开根号值。VDOP (vertical dilution of precision )垂直分量精度因子DOP值的大小与GPS定位的误差成正比，DOP值越大，定位误差越大， 定位的精度就低。PDOP则直接反映GPS卫星的分布情况，当PDOP较大时，表明 空中的4颗GPS卫星几何分布不是太理想，他们构成的图形周长太短，定位精度 就低，反之亦然。精度衰减因子(D0P)是位置质量的指示器。它是考虑每颗卫星相对于星座(几 何位置)中其它卫星的位置来预计用该星座能得到的位置精度的计算结果。小的 D0P值表示强的卫星几何位置和精度的较高概率。高的DOP值表示弱的卫星几何 位置和精度的较低概率.一个GPS接收器可以在同一时间得到许多颗卫星定位信息，但在精密定 位上，只要四颗卫星讯号即已足够了，一个好的接收器便可判断如何在这些卫星 讯号当中去撷取较可靠的讯号来计算，如果接收器所选取的讯号当中，有二颗卫 星距离甚近，二颗卫星讯号在角度较小的地方会有一个重叠的区域产生，随着距 离愈近，此区域便愈大，影响精度的误差亦愈大。如果选取的卫星彼此相距有一 段距离，则讯号相交之处便较为明确，误差当然就缩减了不少。HD0P2+VD0P2=PD0P2pdop2+tdop2=gdop2几何精度因子（Geometric Dilution Precision ,缩写为GDOP）是衡量定位精 度的很重要的一个系数，它代表GPS测距误差造成的接收机与空间卫星间的距 离矢量放大因子。实际表征参与定位解的从接收机至空间卫星的单位矢量所勾勒 的形体体积与GDOP成反比，故又称为几何精度因子。方位角知下朝?示：卫星在太空中飞，地球上妁测站位亍下交字的空心幅处，尴烂径为*卫星名饨心的距妻为“卫星氢测拈司的距 妾为d.从测站上发作地球的一个切面石鼻形上看就是上面的裁条垂建）那么卫星的高度角就是上图中的E】.托上面的哥芸涝他就是切面）拿上本，如下堇所示（随手画的，树蟒，勿diss）.测站E乃向为、方向 正东方向为E方向， 测玷正上方向（至中絮/：为U方向.至中便康阴站里在测站坐标系NOE二面的投影，投影期与、方向的吴角（图中的AZ ）即为方位角.U卫星的仰角是卫星与观察者所在处的地平线之间的夹角。通常用它来描述卫星在 某时刻经过观察者上方的位置，仰角为90°表示卫星在观察者正上方。因为仰 角与地面观察者所处位置有关，所以对于地面上不同的观察者来说，观察同一个 卫星的仰角是不同的，另外仰角还随着卫星在其轨道上的运动而不断变化。信噪比信噪比，SNR (signal to noise ratio),就是卫星的信号强度，是对信号 噪声的信号信息内容的测量。随着比例的减少，信号淹没在噪声中。信号质量随 着信号水平的增强而改进(信号水平14优于信号水平8)。卫星在30暗牡湫偷 膘1信号水平是从12到20o大于20的L1值最好。如果星座中的卫星的L1信 号水平低于6,数据质量较差，低信号水平给出适合于导航而不适合于测量的位 置。已知L2的SNR通常低于L1的SNRo关注L1的信号强度估定数据噪声。 GPS卫星信号相对较弱。实际上，大多数情况下，不断出现的背景噪声高于GPS 信号。当卫星的信号强度特别弱时，从这些观测值计算的位置往往是不精确的。