GPS卫星的星历、GPS卫星信号及GPS的导航电.ppt

一、GPS卫星的星历
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卫星的星历是描述有关卫星运行轨道的信息。利用GPS进行定位，就是根据已知的卫星轨道信息和用户的观测资料，通过数据处理来确定接收机的位置及其载体的运动速度。所以，精确的轨道信息是精密定位的基础。GPS卫星星历的提供方式有2种：一种是预报星历，又称广播星历；另一种是后处理星历，又称精密星历。
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1 预报星历
所谓预报星历就是卫星GPS将含有轨道信息的导航电文发送给用户接收机，然后经过解码获得的卫星星历。所以，这种星历也称为广播星历。预报星历通常包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数以及必要的轨道摄动改正项参数。
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对应于某参考历元的卫星开普勒轨道参数，也叫参考星历，它是根据GPS监测站约一周的观测资料推算的。参考星历只代表卫星在参考历元的瞬时轨道参数（也称为密切轨道参数），但是在摄动力的影响下，卫星的实际轨道，随后将偏离其参考轨道，偏离的程度主要决定于观测历元与所选参考历元间的时间差。一般而言，用轨道参数的摄动项对已知的卫星参考星历加以改正，就可以外推出任意观测历元的卫星星历。
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不难理解，若观测历元与所选参考历元的时间差很大，为了保障外推的轨道参数具有必要的精度，就必须采用更严密的摄动力模型和考虑更多的摄动因素。实际上，为了保持卫星预报星历的必要精度，一般采用限制预报星历外推时间间隔的方法。
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为此，GPS跟踪站每天都利用其观测资料，更新用以确定卫星参考星历的数据，以计算每天卫星轨道参数的更新值，并按时将其注入相应的卫星加以储存和发送。事实上，GPS卫星发射的广播星历每小时更新一次，以供用户使用。
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若将上述计算参考星历的参考历元 选在2次更新星历的中央时刻，，从而可以在采用同样摄动力模型的情况下有效地保持外推轨道参数的精度。目前，预报星历的精度一般估计为20m～40m。由于预报星历每小时更新一次，因此，在数据更新前后，各表达式之间将会产生小的跳跃，其值可达数分米。对此，一般可利用适当的拟合技术（切比雪夫多项式）予以平滑。
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GPS用户通过卫星广播星历，可以获得16个卫星星历参数。其中，1个参考时刻，6个相应参考时刻的开普勒轨道参数和9个摄动力影响的参数。这些参数的定义如表所列。其中AODE表示从最后一次注入电文起外推星历时的外推时间间隔，它反映了外推星历的可靠程度。有关卫星实际轨道的描述如图所示。根据上述数据，便可外推出观测时刻t的轨道参数，从而可计算卫星在不同参考系中的相应坐标。
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