??（一）GPS基礎(chǔ)原理

GPS，全稱Global Positioning System，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我們的日常生活中了，現(xiàn)在的智能手機(jī)里都會(huì)自帶GPS定位功能。這是一個(gè)美國(guó)的全球定位系統(tǒng)，雖然我們現(xiàn)在也有北斗了，但畢竟GPS搞的早，所以先從它開(kāi)始研究起。

整個(gè)GPS系統(tǒng)分三大部分：地面站、衛(wèi)星和接收機(jī)。

地面站負(fù)責(zé)監(jiān)控。它們通過(guò)接收、測(cè)量各個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，計(jì)算衛(wèi)星的運(yùn)行軌道，并將衛(wèi)星的運(yùn)行軌道信息發(fā)射給衛(wèi)星，讓衛(wèi)星去轉(zhuǎn)播。

衛(wèi)星負(fù)責(zé)向地面發(fā)射信號(hào)，為廣播形式。

接收機(jī)接收衛(wèi)星信號(hào)，從衛(wèi)星信號(hào)中獲取衛(wèi)星的運(yùn)行軌道等信息，通過(guò)計(jì)算來(lái)確定自身的位置。

地面站和衛(wèi)星都是由美國(guó)控制的，我們能控制的只有接收機(jī)。

定位的基本原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，中學(xué)幾何知識(shí)就夠了。把接收機(jī)抽象成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)X，三個(gè)衛(wèi)星抽象成質(zhì)點(diǎn)X，Y，Z，如果A到X，Y，Z的距離分別為rx，ry，rz，分別以X，Y，Z為圓心，以rx，ry，rz 為半徑作3個(gè)球面，3個(gè)球面相交于兩點(diǎn)，其中一點(diǎn)就是接收機(jī)所在位置（因?yàn)榻邮諜C(jī)肯定在地面附近，根據(jù)計(jì)算結(jié)果很容易排除另一點(diǎn)）。

那rx，ry，rz?這幾個(gè)距離怎么知道呢？很簡(jiǎn)單，利用公式：距 離 = 速 度 × 時(shí) 間。?

衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)到接收機(jī)，速度為光速是已知的，所以我們只要知道信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)跑的時(shí)間有多長(zhǎng)就可以了。這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度就是接收到信號(hào)的時(shí)間減去發(fā)射信號(hào)時(shí)的時(shí)間。接收到信號(hào)的時(shí)間接收機(jī)自然是知道的，發(fā)送信號(hào)的時(shí)間可以根據(jù)信號(hào)內(nèi)容算出來(lái)，那么時(shí)間長(zhǎng)度就可以算出來(lái)了，于是距離可知。

這里還有一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)楦鞣N原因，接收機(jī)的時(shí)間和GPS衛(wèi)星的時(shí)間通常不同步，于是在計(jì)算時(shí)間時(shí)會(huì)多一個(gè)未知數(shù)鐘差，所以我們需要再多一顆衛(wèi)星，4顆衛(wèi)星4個(gè)方程，解出4個(gè)未知數(shù)。

至此，若用方程來(lái)表示，設(shè)接收機(jī)的位置坐標(biāo)為(x, y, z)，衛(wèi)星位置坐標(biāo)分別為(xn, yn, zn), n = 1, 2, 3, 4，衛(wèi)星到接收機(jī)的距離分別為r1, r2, r3, r4，c為光速，δt為鐘差，則有以下方程組：

這就是GPS定位的基本原理。

（二）GPS時(shí)間

前面GPS基礎(chǔ)原理中提到了一個(gè)鐘差的概念，并沒(méi)有細(xì)說(shuō)。

時(shí)間是一個(gè)相對(duì)的概念，最簡(jiǎn)單的例子：你的手表的時(shí)間和我的手表的時(shí)間可能是不一樣的，那不一樣就會(huì)有問(wèn)題，我說(shuō)的8點(diǎn)上班和你認(rèn)為的8點(diǎn)上班就不是同一個(gè)時(shí)刻了，于是你上班就可能會(huì)遲到。同理，GPS衛(wèi)星的時(shí)間和接收機(jī)的時(shí)間也不一樣，于是在利用時(shí)間來(lái)算距離的時(shí)候就會(huì)有很大的誤差，所以我們要統(tǒng)一時(shí)間。

為了統(tǒng)一時(shí)間，人類做了很多的努力，建立了多個(gè)不同的時(shí)間系統(tǒng)。有以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的世界時(shí)（UT），有以原子鐘為基礎(chǔ)的國(guó)際原子時(shí)（TAI），還有兩者折中的協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）。目前，幾乎所有國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間都采用協(xié)調(diào)世界時(shí)。

然而GPS系統(tǒng)并沒(méi)有采用協(xié)調(diào)世界時(shí)，而是建立了其專用的GPS時(shí)間系統(tǒng)（GPST）。

GPS時(shí)間是連續(xù)的。

GPS時(shí)間用星期數(shù)（周數(shù)）和周內(nèi)秒來(lái)表示時(shí)間。

GPS時(shí)間的秒長(zhǎng)由地面站的原子鐘和衛(wèi)星的原子鐘的觀測(cè)量綜合得出。

GPS時(shí)間的零時(shí)刻與協(xié)調(diào)世界時(shí)的1980年1月6日（是個(gè)星期天）零時(shí)刻同步。

GPS時(shí)間落后國(guó)際原子時(shí)19秒加一個(gè)秒內(nèi)偏差。美國(guó)會(huì)控制GPS時(shí)間使這個(gè)秒內(nèi)偏差小于1微秒，一般在幾百納秒之內(nèi)。

需要注意的是每顆GPS衛(wèi)星都有自己的衛(wèi)星時(shí)間，每顆衛(wèi)星都是按照自己本身的時(shí)鐘在運(yùn)行，而由GPS地面站來(lái)保證衛(wèi)星時(shí)間與GPS時(shí)間之間的差異小于1微秒。在衛(wèi)星播發(fā)的導(dǎo)航電文中，在遙測(cè)字（TLW: Telemetry Word）和交接字（HOW: HandOver Word）中與時(shí)間相關(guān)的數(shù)據(jù)都是基于衛(wèi)星時(shí)間，而其他的數(shù)據(jù)都是基于GPS時(shí)間。

GPS時(shí)間與協(xié)調(diào)時(shí)的差異參數(shù)由導(dǎo)航電文給出，在導(dǎo)航電文第4子幀第18頁(yè)。這些參數(shù)由地面站負(fù)責(zé)更新，至少每6天更新一次，否則準(zhǔn)確性會(huì)隨時(shí)間流逝而下降。

衛(wèi)星時(shí)間與GPS時(shí)間的差異參數(shù)也由導(dǎo)航電文給出，在導(dǎo)航電文第1子幀。

這樣GPS時(shí)間和衛(wèi)星時(shí)間還有協(xié)調(diào)時(shí)三者就聯(lián)系起來(lái)了，可以互相推導(dǎo)出來(lái)。還有一個(gè)接收機(jī)時(shí)間是獨(dú)立于這三者的，所以存在一個(gè)接收機(jī)時(shí)間與GPS時(shí)間的鐘差未知數(shù)。
時(shí)間關(guān)系確定，誤差保持在一定范圍，就可以用于計(jì)算距離，進(jìn)而定位，這就是GPS的基本原理。

（三）GPS坐標(biāo)系

定位就需要坐標(biāo)，坐標(biāo)當(dāng)然是相對(duì)坐標(biāo)系而言的，我們描述一個(gè)物體的位置，首先就需要建立坐標(biāo)系。
按大類來(lái)分，坐標(biāo)系可以分為慣性坐標(biāo)系和非慣性坐標(biāo)系。慣性坐標(biāo)系是在空間靜止或者做勻速直線運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系，其他都是非慣性坐標(biāo)系。
GPS涉及到的坐標(biāo)系大體有五個(gè)，在說(shuō)這五大坐標(biāo)系之前，我們需要先了解一些基本概念。

基本概念

地極（Polar）：地球自轉(zhuǎn)軸與地球表面的兩個(gè)交點(diǎn)，北邊的叫北極，南邊的叫南極。

赤道面（Equator Plane）：通過(guò)地心并于地球自轉(zhuǎn)軸垂直的平面。

赤道（Equator）：赤道面與地球表面相交的大圓。

天球（Celestial Sphere）：天文學(xué)概念，指一個(gè)以地心為中心，半徑為任意長(zhǎng)的假想球體。其目的是將天體沿觀測(cè)者視線投影到球面上，以便于研究天體及其相互關(guān)系。

黃道（Ecliptic）：太陽(yáng)中心在天球上視運(yùn)動(dòng)的軌跡。即地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道平面與地球表面相交的大圓。

黃赤交角（Ecliptic Obliquity）：黃道面與赤道面的夾角，約23.5°。

春分點(diǎn)（Vernal Equinox）：黃道與赤道有兩個(gè)交點(diǎn)，其中太陽(yáng)投影沿黃道從南向北通過(guò)赤道的點(diǎn)，稱為春分點(diǎn)，另一點(diǎn)為秋分點(diǎn)。

歲差（Axial Precession ）：地球自轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)期進(jìn)動(dòng)，引起春分點(diǎn)沿黃道西移，致使回歸年短于恒星年的現(xiàn)象。周期約為25800年。主要有日月歲差和行星歲差。

章動(dòng)（Nutation ）：月球在白道上運(yùn)行，白道與黃道相交成5°9′的角，月球圍繞地球公轉(zhuǎn)導(dǎo)致地球在公轉(zhuǎn)軌道上左右搖擺，以18.6年為周期，這種現(xiàn)象稱為章動(dòng)。

極移（Polar Wandering ）：地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于地球并不固定，這種運(yùn)動(dòng)稱地極移動(dòng)，簡(jiǎn)稱極移。

子午面：（Meridian Plane）：包含地球自轉(zhuǎn)軸的平面。

本初子午面（Prime Meridian Plane）：通過(guò)英國(guó)倫敦格林尼治天文臺(tái)與地球自轉(zhuǎn)軸構(gòu)成的平面，是地球上計(jì)算經(jīng)度的起始經(jīng)線。

有了這些基本概念后，就可以進(jìn)一步了解五大坐標(biāo)系了。

地心慣性坐標(biāo)系（ECI: Earth Centered Inertial）

地心慣性坐標(biāo)系是太陽(yáng)系內(nèi)的一個(gè)慣性坐標(biāo)系，不隨地球而轉(zhuǎn)動(dòng)，也不受地球、太陽(yáng)運(yùn)行的章動(dòng)和歲差的影響。

坐標(biāo)原點(diǎn)位于地心；X軸位于赤道平面內(nèi)，指向某一特定年(歷元時(shí)刻)的太陽(yáng)春分點(diǎn)位置；Z軸指向那一年地球北極的平均位置處；Y軸位于赤道平面內(nèi)，與X軸垂直，且與X、Z軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系。

由于采用的歷元時(shí)間不同，可以有各種不同的地心慣性坐標(biāo)系，目前國(guó)際上通用的地心慣性坐標(biāo)系是J2000歷元坐標(biāo)系，它是以公元2000年的春分點(diǎn)為基準(zhǔn)的歷元坐標(biāo)系。

地心地固直角坐標(biāo)系（ECEF: Earth Centered Earth Fixed）

地固坐標(biāo)系固定在地球上而隨地球一起在空間做公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此地球上任一固定點(diǎn)在地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)就不會(huì)由于地球旋轉(zhuǎn)而變化。

坐標(biāo)原點(diǎn)位于地心；X軸指向參考子午面與地球赤道的交點(diǎn)；Z軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合并指向地球北極；Y軸位于赤道平面內(nèi)，與X軸垂直，且與X、Z軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系。

因?yàn)橛袠O移，所以采用了協(xié)議地極，以1900年到1905年間的地極實(shí)際位置的平均值作為基準(zhǔn)點(diǎn)。

大地坐標(biāo)系：也叫經(jīng)緯高坐標(biāo)系（LLA: Longitude Latitude Altitude）

也是地固坐標(biāo)系。坐標(biāo)原點(diǎn)位于地心。

基于基準(zhǔn)橢球體（基準(zhǔn)橢球體是定義的與地球幾何最吻合的橢球體）。

大地緯度?? phi??是過(guò)該點(diǎn)的基準(zhǔn)橢球面法線與赤道面的夾角。緯度值在-90°到+90°之間。北半球?yàn)檎?，南半球?yàn)樨?fù)。

大地經(jīng)度?λ lambdaλ?是過(guò)該點(diǎn)的子午面與本初子午面之間的夾角。經(jīng)度值在-180°到+180°之間。

大地高度 h hh 是過(guò)該點(diǎn)到基準(zhǔn)橢球面的法線距離，基準(zhǔn)橢球面以內(nèi)為負(fù)，以外為正。

站心坐標(biāo)系：也叫東北天坐標(biāo)系（ENU: East North Up）

是以觀測(cè)站為原點(diǎn)的坐標(biāo)系，主要用于了解以觀察者為中心的其他物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

三個(gè)坐標(biāo)軸分別指向相互垂直的東向、北向和天向，因而又稱東北天坐標(biāo)系。

可用于計(jì)算衛(wèi)星在用戶處的觀測(cè)向量、仰角和方位角。

WGS-84: World Geodetic System-1984 Coordinate System

是一個(gè)地心地固直角坐標(biāo)系。

坐標(biāo)原點(diǎn)為地心，Z軸指向國(guó)際時(shí)間服務(wù)機(jī)構(gòu)（BIH）1984年定義的協(xié)議地球極（CTP: Conventional Terrestrial Pole）方向，X軸指向本初子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，Y軸與Z軸、X軸垂直構(gòu)成右手坐標(biāo)系。

GPS廣播星歷是以WGS-84坐標(biāo)系為基準(zhǔn)的。

最后列舉一下坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

LLA => ECEF

其中e是橢球偏心率，N是基準(zhǔn)橢球體的卯酉圈曲率半徑。若基準(zhǔn)橢球體長(zhǎng)半徑為a，短半徑為b，則：

ECEF => LLA

CEF => ENU 和 ENU => ECEF

用戶到衛(wèi)星的觀測(cè)向量?[Δx ? Δy ? Δz] T是衛(wèi)星位置與用戶位置的差，其變換到ENU坐標(biāo)系可通過(guò)兩次旋轉(zhuǎn)得到。
第一次旋轉(zhuǎn)將ECEF繞Z軸旋轉(zhuǎn)λ+90°，第二次選擇繞新的X軸旋轉(zhuǎn)90°??。于是得到坐標(biāo)變換矩陣：

而用戶到衛(wèi)星的觀測(cè)向量在ENU坐標(biāo)系中表示為：

由上式可得：

有了用戶到衛(wèi)星的觀測(cè)向量，我們就可以計(jì)算該衛(wèi)星相對(duì)用戶的方位角和仰角了。仰角θ是高出水平面的角度：

方位角α是觀測(cè)向量在水平面內(nèi)的投影指的方位，以北向?yàn)?度順時(shí)針為正，即：

（四）GPS信號(hào)結(jié)構(gòu)

GPS信號(hào)結(jié)構(gòu)可以分為三層：載波；偽碼；數(shù)據(jù)碼。

載波

載波是三層里的基礎(chǔ)，偽碼和數(shù)據(jù)碼都是調(diào)制在載波上才能發(fā)送。GPS有兩個(gè)載波頻率，L1和L2，L1為1575.42MHz，L2為1227.60MHz。我們常用的主要是L1載波。根據(jù)頻率，我們可以算出L1載波的波長(zhǎng)：

偽碼

偽碼主要有兩個(gè)作用：一是用來(lái)實(shí)現(xiàn)碼分多址，二是用來(lái)測(cè)距。GPS系統(tǒng)其實(shí)就是一個(gè)基于碼分多址(CDMA)的擴(kuò)頻系統(tǒng)。GPS使用的偽碼有兩種，一種是公開(kāi)的C/A碼，一種是特許用戶才能用的P（Y）碼（Y碼就是加密的P碼，所以算成一種）。在此我們不管P（Y）碼，因?yàn)槲覀冇貌涣?，以后我們只談C/A碼。

C/A碼是長(zhǎng)度為1023個(gè)碼片（chip）的金碼（Gold Code）。金碼是一種組合碼，由一對(duì)級(jí)數(shù)相同的m序列線性組合而成，很適用于多址擴(kuò)頻的通信系統(tǒng)。它有著良好的自相關(guān)和互相關(guān)特性，即自相關(guān)函數(shù)幅值大大高于互相關(guān)函數(shù)幅值。這個(gè)特性被用來(lái)識(shí)別不同的金碼。C/A碼自然也具有這個(gè)良好的特性。因此不同的衛(wèi)星可以用不同的C/A碼來(lái)區(qū)分。

一個(gè)C/A碼長(zhǎng)度是1023個(gè)碼片，每1毫秒重復(fù)一次，因此其碼率為1.023Mcps，一個(gè)碼片的時(shí)間約為1 / ( 1.023M ) ≈ 977.5ns，將其乘以光速，得到1碼片的長(zhǎng)度約為293m。通過(guò)相關(guān)性的計(jì)算，可以得到當(dāng)前C/A碼的相位，于是可以進(jìn)行粗略的測(cè)距計(jì)算，當(dāng)然精度只有300m左右。

若需要更高精度的測(cè)距，則需要用到載波相位。由C/A碼的碼率可以計(jì)算出1碼片時(shí)間L1載波重復(fù)1575.42 M / 1.023 M = 1540次。相當(dāng)于可以在精度300m的基礎(chǔ)上再提高1540倍，達(dá)到0.2m左右。當(dāng)然這是理論值，還有很多其他因素的考慮，如鐘差、大氣延時(shí)等，以及載波相位的周整模糊度問(wèn)題，這些我們以后再講。

數(shù)據(jù)碼

對(duì)每顆衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，其C/A碼是固定的，無(wú)法用于傳遞導(dǎo)航電文。為了能傳遞導(dǎo)航電文，GPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)碼。

數(shù)據(jù)碼的速率為50bps，即一個(gè)比特持續(xù)20ms，相當(dāng)于每一比特C/A碼重復(fù)20周。每個(gè)數(shù)據(jù)比特的發(fā)生沿都與C/A碼的第一個(gè)碼片的發(fā)生沿對(duì)齊。

數(shù)據(jù)碼的內(nèi)容就是導(dǎo)航電文，導(dǎo)航電文的內(nèi)容下一篇再講。

在發(fā)射信號(hào)的時(shí)候，數(shù)據(jù)碼首先與偽碼異或相加，其結(jié)果再通過(guò)雙相移位鍵控（BPSK）對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，然后發(fā)送出去。接收的時(shí)候正好相反。

至此，GPS信號(hào)結(jié)構(gòu)就很清晰了，如下圖所示：

（五）GPS導(dǎo)航電文

GPS的導(dǎo)航電文以幀的形式編排為比特流，每一幀為1500比特，這1500比特又分為5個(gè)子幀，每個(gè)子幀為300比特。每一子幀又分為10個(gè)字，每個(gè)字30為比特。發(fā)送時(shí)MSB在前。每一比特發(fā)送需要20ms，所以發(fā)送一幀需要30s。

每周開(kāi)始的時(shí)候（周六半夜12點(diǎn)/周日凌晨0點(diǎn)），不管之前數(shù)據(jù)發(fā)到哪個(gè)子幀，從第一子幀重新開(kāi)始發(fā)；第四、五子幀從第一頁(yè)開(kāi)始發(fā)。

對(duì)每一個(gè)子幀來(lái)說(shuō)，其第一個(gè)字是遙測(cè)字（TLW: Telemetry Word），第二個(gè)字是交接字（HOW: HandOver Word），后8個(gè)字為數(shù)據(jù)。

遙測(cè)字

其結(jié)構(gòu)如下圖所示。其首8個(gè)比特為前導(dǎo)碼（preamble），前導(dǎo)碼固定為10001011。這個(gè)固定的前導(dǎo)碼可以用來(lái)搜索、確定子幀的起始沿。第9位到第22位提供特許用戶使用的數(shù)據(jù)，我們不用管。第23位為完好性狀態(tài)指示標(biāo)志（ISF：Integrity Status Flag），為1表示有發(fā)射的信號(hào)有增強(qiáng)的完好性保證，即更加靠譜。當(dāng)然這個(gè)靠譜是有標(biāo)準(zhǔn)的，在GPS的接口說(shuō)明文檔里有詳細(xì)數(shù)值指標(biāo)，需要詳細(xì)了解的可以去查閱。第24位保留。最后6位為奇偶校驗(yàn)碼。

交接字

其結(jié)構(gòu)如下圖所示。第1到17比特為被截?cái)嗟闹軆?nèi)時(shí)（TOW: Time of Week），表示的是下一子幀起始沿的GPS時(shí)間，單位為6s，即變動(dòng)1表示時(shí)間6s。第18位為警告標(biāo)志，為1時(shí)非特許用戶自行承擔(dān)使用該衛(wèi)星信息的風(fēng)險(xiǎn)。第19位為反電子欺騙措施（AS）標(biāo)志，為1表示實(shí)施了該措施。第20位到22位為子幀ID，每一幀有5個(gè)子幀，ID為1~5。第23、24比特是通過(guò)求解得到的，目的是保證奇偶校驗(yàn)碼的最后29、30比特為0。

數(shù)據(jù)字

對(duì)于數(shù)據(jù)字，各個(gè)子幀就不一樣了，下面分子幀來(lái)講。

第一子幀

第一子幀包含的數(shù)據(jù)有

周數(shù)（WN: Week Number）：10位，最大值為1023，表示從GPS時(shí)間0時(shí)開(kāi)始的第幾周。因位數(shù)限制，最大表示范圍只有約19.6年，于是每19.6年會(huì)翻轉(zhuǎn)一次。最近一次翻轉(zhuǎn)發(fā)生在今年4月6日。

L2載波上是否有P碼和C/A碼：2位，這個(gè)我們不管。

用戶測(cè)距精度（URA: User Range Accuracy）：4位，16個(gè)級(jí)別，數(shù)值越小，精度越高。

衛(wèi)星健康狀況：6位，其中1位為匯總是否有問(wèn)題，5位具體表示是什么問(wèn)題。

時(shí)鐘數(shù)據(jù)的期號(hào)（IODC: Issue of Data, Clock）：10位，同一期（同樣）的時(shí)鐘校正參數(shù)有著相同的期號(hào)，因此可用于確定時(shí)鐘校正參數(shù)是否發(fā)生變化。

L2載波的P碼上是否有導(dǎo)航電文：1位，這個(gè)我們不管。

預(yù)估群波延時(shí)（Estimated Group Delay Differential）：8位，單頻接收機(jī)用這個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)校正電離層延時(shí)。

時(shí)鐘校正參數(shù)：包含toc, af0, af1, af2。用于校正衛(wèi)星時(shí)鐘。衛(wèi)星時(shí)鐘在GPS時(shí)間為t時(shí)的衛(wèi)星鐘差Δts可以表示為：

第二、三子幀

第二子幀和第三子幀的數(shù)據(jù)合在一起可以提供一套衛(wèi)星星歷（Ephemeris）參數(shù)。

?

?

除了星歷參數(shù)以外，還有：

星歷數(shù)據(jù)的期號(hào)（IODE: Issue of Data, Ephemeris）：8位，可用于確定星歷數(shù)據(jù)是否發(fā)生變化。它在第二和第三子幀中都有，方便盡快發(fā)現(xiàn)星歷參數(shù)的變化。一般情況下，IODE的值與第一子幀中的IODC值的低8位應(yīng)該相同，若不同，則發(fā)送的參數(shù)有變化，需要更新數(shù)據(jù)。

星歷數(shù)據(jù)的有效期（Curve Fit Interval）指示標(biāo)志：1位，為0表示4小時(shí)，為1表示4小時(shí)以上。

AODO（Age of Data Offset）：5位無(wú)符號(hào)整數(shù)，其值需要乘于900，單位為秒。用于判斷在第四子幀中的NMCT的有效時(shí)間，計(jì)算tNMCT，可以在眾多衛(wèi)星發(fā)送的NMCT中選取最新的值來(lái)使用。

第四、五子幀

第四子幀和第五子幀的數(shù)據(jù)量比較大，無(wú)法包含在一幀內(nèi)，所以進(jìn)行了分頁(yè)，完整電文有25頁(yè)，即需要25幀才能把完整的數(shù)據(jù)發(fā)送完。發(fā)送一幀是30s，所以完整電文發(fā)送完一遍需要750s，即12.5分鐘。不過(guò)第四、五子幀的內(nèi)容并不是定位所急需的，所以定位并不需要等這么久。

第四子幀和第五子幀包含的數(shù)據(jù)主要有：

Data ID 和 SV ID：主要用于指示該頁(yè)表示的內(nèi)容，若為星歷數(shù)據(jù)，則SV ID是衛(wèi)星PRN號(hào)。

所有衛(wèi)星的歷書（Almanac）參數(shù)

歷書參數(shù)的內(nèi)容包括：M

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衛(wèi)星健康狀況指示：對(duì)32顆衛(wèi)星中的每顆衛(wèi)星健康狀態(tài)都有兩處地方指示：一是在每一個(gè)含歷書的頁(yè)中；8位，其中3位為問(wèn)題分類，5位具體表示是什么問(wèn)題。

一是在第四、五子幀的第25頁(yè)；6位，其中1位為匯總是否有問(wèn)題，5位具體表示是什么問(wèn)題。

反電子欺騙措施（AS: Anti-Spoof）標(biāo)志：在第4子幀的第25頁(yè)，對(duì)32顆衛(wèi)星中的每顆衛(wèi)星都有一個(gè)4位的標(biāo)志，其中1位表示是否實(shí)施了該措施，3位表示具體配置。

歷書參考周數(shù)WNa（Almanac Reference Week）：8位，歷書參考時(shí)間toa就是相對(duì)于WNa的，這樣就可以確定歷書參考時(shí)間。

UTC數(shù)據(jù)：GPS時(shí)間與協(xié)調(diào)時(shí)(UTC)的差異參數(shù)，位于第4子幀第18頁(yè)。這些參數(shù)由地面站負(fù)責(zé)更新，至少每6天更新一次，否則準(zhǔn)確性會(huì)隨時(shí)間流逝而下降。

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從GPS時(shí)間計(jì)算UTC時(shí)間的方法為：

其中tE為GPS時(shí)間，而ΔtUTC?為

電離層延時(shí)校正參數(shù)：位于第4子幀第18頁(yè)，有8個(gè)參數(shù)α0,α1,α2,α3,β0,β1,β2,β3，每個(gè)8位，用于電離層延時(shí)的校正。

特殊信息：第4子幀的第17頁(yè)?？梢园?2個(gè)的8位ASCII碼，用于傳遞一些特殊信息。

偽距校正值（NMCT: Navigation Message Correction Table）：位于第4子幀第13頁(yè)，包含一個(gè)2位的可用性指示（AI: Availability Indicator）和30個(gè)6位的ERD（Estimated Range Deviation）值。
AI指示校正值是否加密，普通用戶和特許用戶是否可用。
30個(gè)ERD存放衛(wèi)星ID 1~31中除了自己的其余30個(gè)衛(wèi)星的ERD值，按ID號(hào)升序排列。每個(gè)ERD為6位，一位符號(hào)位，5位數(shù)據(jù)，LSB相當(dāng)于0.3m。
使用方法為：

其中PRc為ERD校正后的偽距，RPR是ERD校正前的。

星歷和歷書的比較

兩者都是用開(kāi)普勒軌道參數(shù)來(lái)表示，都用于描述衛(wèi)星在各個(gè)時(shí)刻的空間位置和運(yùn)動(dòng)速度。

星歷有效期短，只有4小時(shí)；歷書有效期長(zhǎng)達(dá)半年。

星歷參數(shù)多，歷書參數(shù)少。

星歷參數(shù)中有攝動(dòng)校正量，而歷書沒(méi)有，因?yàn)闅v書有效期長(zhǎng)，不適用。

星歷參數(shù)精度高，歷書參數(shù)精度低。

星歷參數(shù)與歷書參數(shù)是由地面站獨(dú)立推算的，因此它們的參數(shù)值有可能不同。

一顆衛(wèi)星只播發(fā)自己的星歷，但是會(huì)播發(fā)所有衛(wèi)星的歷書。

根據(jù)星歷計(jì)算得到的衛(wèi)星位置和速度值相當(dāng)準(zhǔn)確，可以直接用于定位與定速；根據(jù)歷書計(jì)算的結(jié)果準(zhǔn)確度不高，一般只能用于衛(wèi)星信號(hào)的搜索和捕獲。

編輯：黃飛

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