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GPS 信号结构及卫星星历。
GPS 卫星发射的信号是由载波、测距码和导航电文三部分组成的。载波是指 可运载调制信号的高频振荡波。GPS 卫星所用的载波有两个。由于它们均位于微 波的 L 波段，故分别称为 L1 载波和 L2 载波。其中 L1 载波是由卫星上的原子钟 所产生的基准频率 f0=10.23MHz 倍频 154 倍后形成的，即 f1=154*f0=1575.42MHz，其波长 λ1 为 19.03cm。载波是基准频率 f0 倍频 120 L2 后形成的，即 f2= 120*f0=1227.60MHz，其波长 λ2 为 24.42cm。采用两个频率的目的是为了较完 善地消除电离层延迟。采用高频率载波的目的是为了更精确地测定多普勒频移，从而提高测速的精度；减少信号的电离层延迟，因为电离层延迟是与信号频率 f 的平方成反比的。
测距码是用于测定从卫星到接收机之间距离的二进制码。GPS 卫星中所用的 测距码从性质上讲属于伪随机噪声码。根据其性质和用途的不同，测距码可分为 粗码（C/A 码）和精码（P 码或 Y 码）两类，每个卫星所用的测距码互不相同且 相互正交。粗码 C/A 码，又称为粗捕获码，它被调制在 L1 载波上，是 1MHz 的 伪随机噪声码（PRN 码），其码长为 1023 位（周期为 1ms）。由于每颗卫星 的 C/A 码都不一样，因此，经常用它们的 PRN 号来区分它们。C/A 码是普通 用户用以测定监测站到卫星间的距离的一种主要信号。精码 P（Y）码，又称为 精码，它被调制在 L1 和 L2 载波上，是 10MHz 的伪随机噪声码，其周期为 7 天。在实施 AS 时，P 码与 W 码进行模二相加生成保密的 Y 码，此时，一些 用户无法利用 P 码来进行导航定位。
导航电文是 GPS 卫星向用户播发的一组反映卫星在空间的位置、卫星的工作 状态、卫星钟的修正参数，电离层延迟修正参数等重要数据的二进制代码，也称 数据码（D 码）。
广播星历，这种星历是主控站利用跟踪站收集的观测资料计算并外推出未来 两周的星历，然后注入到 GPS 卫星，形成导航电文供用户使用。因此这种星历是 预报性质的，可以实时使用。它的精度保守的估计是 40 一 100 米，有的正式文 献提出比较乐观的估计是 20 米，达到 1ppm。
精密星历(事后处理星历)，为改 善和提高地面定位精度，许多国家和研究机构都在研制 GPS 使用的精密星历。无论是在全球范围或局部区域范围内布设跟踪站，收集观测资料都是可行 的。这些跟踪站选择在地心坐标精确的已知点上，如 VLBI 和 SLR 测站，这些站 称为基准站。它们大多数备有精密的原子钟(如氢钟)和水蒸汽辐射计。如果在全 球范围布设跟踪站，并对若干周期的观测资料进行处理，那么这种长弧计算的结 果，外推若干时间仍能具有足够的精度来描述卫星轨道。如果在局部区域以短弧 方式将站坐标与卫星坐标同时解算，得到的星历将是该观测段内卫星轨道较好的 描述，而不可能对观测段外进行外推，否则其精度将迅速降低。卫星星历
卫星星历：又称为两行轨道数据（TLE，Two-Line Orbital Element），由美国 celestrak 发明创立。
卫星星历是用于描述太空飞行体位置和速度的表达式———两行式轨道数据系统。
卫星、航天器或飞行体一旦进入太空，即被列入 NORAD 卫星星历编号目录。列入 NORAD 卫星星历编号目录的太空飞行体将被终生跟踪。卫星星历以开普勒定律的 6 个轨道参数之间的数学关系确定飞行体的时间、坐标、方位、速度等各项参数，具有极高的精度。
卫星星历能精确计算、预测、描绘、跟踪卫星、飞行体的时间、位置、速度等运行状态； 能表达天体、卫星、航天器、导弹、太空垃圾等飞行体的精确参数；能将飞行体置于三维的 空间；用时间立体描绘天体的过去、现在和将来。卫星星历的时间按世界标准时间（UTC）计算。卫星星历定时更新。
卫星星历格式
卫星星历格式，又称为两行式轨道数据格式（TLE，Two-Line Orbital Element Set Format）。[编辑本段 编辑本段] 编辑本段 3 卫星星历格式含义： 卫星星历格式含义：卫星星历的结构为上下两行，每行 69 个字符，包括 0～
9、A～Z(大写)、空格、点和正 负号，其他字符是无意义的。第 0 行，将第 1 行视为 0 行，是卫星通用名称，最长为 24 个字符。第 1 行和第 2 行是标准的卫星星历格式（TLE 格式），每行 69 个字符，包括 0～9，A～ Z（大写）、空格、点和正/负号，除此之外的其他字符都是无意义也无效的。卫星星历编号含义（1）第 1 行，字符号 1 是轨道数据。（2）第 1 行的 1～3 和第 2 行 2～3 是卫星编号；（3）1～4 是秘密分级，U、C 或 S。U 表示此数据是不保密的，可供公众使用的；C 表示此数据是保密的，仅限 NORAD 使用；S 表示此数据是保密的，仅限 NORAD 使用。（4）1～6 是卫星的发射年份；（5）1～10 是轨道数据的建立时间，按世界标准时间；（6）1～21 是两个轨道比较参数；（7）每行的最后一位都是以 10 为模的校验位,可以检查出 90%的数据存储或传送错误。[编辑本段 编辑本段] 编辑本段 4 卫星星历 TLE 格式名词解释（1）第 0 行 第 0 行是一个最长为 24 个字符的卫星通用名称，由卫星所在国籍的卫星公司命名，如 SINOSAT 3。卫星通用名称与 NORAD 编号、国际编号都是卫星识别编码。（2）行号 行号是卫星星历的序列号，如第 1 行或第 2 行。（3）NORAD 卫星编号 NORAD 卫星编号，又称为 NASA 编号，SCC 编号，是 NORAD 特别建立的卫星编号，每一个太空飞行器都被赋予唯一的 NORAD 卫星编号。NORAD 卫星编号由五位数的卫星识别码组成，每一位数都有特定的含义。如“鑫诺 3 号”卫星的 NORAD 卫星编号为 31577； 遥感 2 号（YAOGAN 2）卫星的 NORAD 卫星编号为 31490；“长征 3 号甲”（CZ-3A）为 31578。（4）秘密级别 卫星星历的秘密级别，分为 3 个的级别，分别用一个字符来表示： ① U–非保密的 ② C–机密的 ③ S–绝密的（5）国际编号 国际编号是全世界国家使用的一种卫星标识方法，前两位是发射年份，后面是在这一年 的发射序号。如“鑫诺 3 号”卫星的国际编号是 07021A。“07”表示“鑫诺 3 号”卫星的发射年份 2007 年； “021”表示 2007 年国际编号的第 21 次发射； “A”表示是第一个。按照国际编号规则，如果一次发射多颗卫星，使用 26 个英文字母 排序，按照 A、B、C、D 的顺序排列为每个卫星编号；如果超过了 26 个编号，则使用两位 字母，如 AA、AB、AC 编号。（6）TLE 历时 世界标准时间（UTC，Universal Time/Temps Cordonné），又称为协调世界时。（7）平均运动的一阶时间导数 平均运动的一阶时间导数作为一个平均运动的漂移参数，用来计算每一天平均运动的变 化带来的轨道漂移，提供给轨道计算软件预测卫星的位置。两行式轨道数据使用这个数据校 准卫星的位置。（8）平均运动的二阶时间导数 平均运动的二阶时间导数作为一个平均运动的漂移参数，用来计算每一天平均运动的变 化带来的轨道漂移，提供给轨道计算软件预测卫星的位置。（9）BSTAR 拖调制系数 BSTAR 拖调制系数，采用十进制小数，适用 GP4 一般摄动理论的情况下、BSTAR 大 气阻力这一项，除此之外为辐射压系数。BSTAR 拖调制系数的单位是 1/(地球半径)。（10）美国空军空间指挥中心内部使用 美国空军空间指挥中心内部使用的为 1； 美国空军空间指挥中心以外公开使用标识为 0。（11）星历编号 星历编号是 TLE 数据按新发现卫星的先后顺序的编号。当一个卫星生成了一套新的 TLE 数据。在新的 TLE 数据中，新发现卫星的星历编号按顺序排列，每个数字代表一定意义。如“鑫诺 3 号”卫星的星历编号为 444。（12）校验和 校验和是指这一行的所有非数字字符，按照“字母、空格、句点、正号= 0；负号=1”的 规则换算成 0 和 1 后，将这一行中原来的全部数字加起来，以 10 为模计算后所得的和。校验和可以检查出 90%的数据存储或传送错误。按十进制加起来的个位数字的校验和，用于精确纠正误差。第 1 行或第 2 行的校验和，就是第 1 行或第 2 行的精确纠正误差的数字。（13）轨道的交角(度数：°)轨道的交角是指天体的轨道面和地球赤道面之间的夹度，0～90°来表示顺行轨道 用（从 地球北极上空看是逆时针运行）；用 90～180°表示逆行轨道（从地球北极上空看是顺时针运 行）。如图 1 轨道的交角所示。（16）升交点赤经(度数：°)升交点赤经是指卫星由南到北穿过地球赤道平面时，与地球赤道平面的交点。降交点是指卫星由北到南穿过地球赤道平面时，与地球赤道平面的交点，如图 2 升交点 赤经所示。升交点赤经是指从地球的球心点望过去，升交点的赤经坐标。（17）轨道离心率 轨道离心率是指卫星椭圆轨道的中心点到地球的球心点的距离（c）除以卫星轨道半长 轴(a)得到的一个 0（圆型）到 1（抛物线）之间的小数值。在 TLE 格式中没有体现出小数点，但是总是假定有一个小数点在第一个数字之前。它 说明了卫星的轨道椭圆有扁率，以及近地点和远地点的轨道高度，如图 4 离心率所示。（18）近地点角距 近地点角距是指在卫星的轨道平面内，从升交点到近地点按照卫星运行方向所走过的角 度。近地点角距的数值是一个范围在 0～360°之间的度数。如图 5 近地点角距所示。（19）平近点角 平近点角是指平近点角与真近点角和偏近点角之间的关系，即卫星在椭圆轨道上的瞬间 位置。平近点角通过开普勒方程求得。平近点角主要用来指示卫星在 TLE 数据中的特定的 TLE 历时瞬间时刻的位置。平近点角的数值是一个范围在 0～360°之间的度数。（20）平均运动 平均运动（n）是指在一个太阳日内（24h），卫星在它的轨道上绕了多少圈。平均运动的数值可以在每天 0 到 17 圈，没有每天超过 17 圈的稳定的地球卫星轨道。卫星轨道周期（T）可以通过求平均运动的倒数获得；卫星轨道半长轴可以用平均运动 的数值通过开普勒第三定律求得。开普勒第三定律，又称调和定律：行星绕日一圈时间的平 方和行星各自离日的平均距离的立方成正比。（21）在轨圈数 在轨圈数是指卫星从发射到 TLE 数据记录的 TLE 历时之间卫星在轨道上绕行的总圈 数。在轨圈数的最后一位数是小数。GPS 信息导航电文格式 文章出处:与非网 更新于 2008-04-22 13:39:32 什么是 GPS,全球定位系统属于美国第二代卫星导航系统，是在子午仪 卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪 系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组 成。该系统的空间部分使用 24 颗高度约 2.02 万千米的卫星组成卫星星座。21+3 颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为 11 小时 58 分，分布在六个轨道 面上（每轨道面四颗）轨道倾角为 55 度。，卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。这就提供了在时间上连续的全球 导航能力。GPS 卫星已发展至 Block II 型式的定位卫星，由 Rockwell International 制造，在轨道上重量约 1,900 磅，太阳能接收板长度约 17 尺，于 1994 年完成第 24 颗卫星的发射。因此目前太空中有 24 颗 GPS 卫星可供定位 运用，绕行地球一周需 12 恒星时[1]，每日可绕行地球 2 周，这也就是说，不 论任何时间，任何地点，至少有 4 颗以上的卫星出现在我们的上空。目前全球有五个地面卫星监控站，分布于夏威夷、亚森欣岛、迪亚哥加 西亚、瓜加林岛、科罗拉多泉，这些卫星地面控制站，同时监控 GPS 卫星的运作 状态及它们 在太空中的精确位置，主地面控制站更负责传送卫星瞬时常数(Ephemera's Constant)及时脉偏差（Clock Offsets）的修正量，再由卫星将 这些修正量提供给 GPS 接收器做为定位运用。GPS 系统的优势包括： 1）定位精度高 应用实践已经证明，相对定位精度在 50KM 以内可达 10-6，GPS 100-500KM 可 达 10-7，1000KM 可达 10-9。在 300-1500M 工程精密定位中，1 小时以上观测的 解其平面其平面位置误差小于 1mm，与 ME-5000 电磁波测距仪测定得边长比较，其边长较差最大为 0.5mm，校差中误差为 0.3mm。2）观测时间短 随着 GPS 系统的不断完善，软件的不断更新，目前，20KM 以内相对静态定 位，仅需 15-20 分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在 15KM 以内时，流动站观测时间只需 1-2 分钟，然后可随时定位，每站观测只需 几秒钟。3）测站间无须通视 GPS 测量不要求测站之间互相通视，只需测站上空开阔即可，因此可节省大 量的造标费用。由于无需点间通视，点位位置可根据需要，可稀可密，使选点工 作甚为灵活，也可省去经典大地网中的传算点、过渡点的测量工作。4）可提供三维坐标 经典大地测量将平面与高程采用不同方法分别施测。GPS 可同时精确测定测 站点的三维坐标。目前 GPS 水准可满足四等水准测量的精度。5）操作简便 随着 GPS 接收机不断改进，自动化程度越来越高，有的已达“傻瓜化”的程 度；接收机的体积越来越小，重量越来越轻，极大地减轻测量工作者的工作紧张 程度和劳动强度。使野外工作变得轻松愉快。6）全天候作业 目前 GPS 观测可在一天 24 小时内的任何时间进行，不受阴天黑夜、起 雾刮风、下雨下雪等气候的影响。7）功能多、应用广 GPS 系统不仅可用于测量、导航，还可用于测速、测时。测速的精度可 达 0.1M/S，测时的精度可达几十毫微秒。可以看到，GPS 应用领域正在不断扩大。当初设计 GPS 系统的主要目的 是用于导航，收集情报等军事目的。但是，后来的应用开发表明，GPS 系统不仅 能够达 到上述目的，而且用 GPS 卫星发来的导航定位信号能够进行厘米级甚至 毫米级精度的静态相对定位，米级至亚米级精度的动态定位，亚米级至厘米级精 度的速度测 量和毫微秒级精度的时间测量。综上所述，全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今 最好的导航定位系统。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应 用领域正在不 断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们 的日常生活。经近 10 年我国测绘等部门的使用表明，以全天候、GPS 高精度、自 动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测 量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形 监 测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技 术革命。其实 GPS 系统包括三大部分：空间部分——GPS 卫星星座；地面控制部 分——地面监控系统；用户设备部分——GPS 信号接收机。在 GPS 信号接收时,会受到很多的外界的干扰,比如有云层电离层,还有 的就天气的影响,等等都会对信号造成误差的,这些我们不用管,我们现在关心的 是 GPS 导航电文格式如何解析,格式如下: 首先要明确 GPS 电文的数据结构，下面是一段 GPS 导航电文的片断： $GPGGA,091047.00,3959.7618,N,11619.5350,E,1,07,2.3,60.0,M,-6.5,M，*4A $GPGLL,3959.7618,N,11619.5350,E,091047.00,A*0C $GPGSA,A,3,02,30,24,04,17,23,05，，，2.8,2.3,1.7*3E $GPRMC,091047.00,A,3959.7618,N,11619.5350,E,0.0,0.0,140105，*3A
$GPVTG,0.0,T，,0.0,N,0.0,K*2D $GPGSV,3,2,12,02,45,287,45,13,31,091，05,27,293,48,17,23,270,37*7E $GPZDA,091048.00,14,01,2005，*61 电文中每一行所代表的含义有所不同，具体的定义如下： ①GPGGA GPS 定位数据 所有的信息由$开始，以换行结束，紧跟着$后的五个字符解释了信息的基本类型，多重的信息之间用逗号隔开.：,回车控制符 ：,换行控制符 $ GPGGA, hhmm, XXXX.XXXX, N/S, XXXXX.XXXX, E/W, 1 2 3 4 5 X, XX, XXX, 0/-XXXX, M, 0/-XXX, M, XXX, XXXX *hh 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1：世界时（UTC）： hh：时 mm：分 ：秒 北京时间（东八时区）=UTC+8（小时）2：纬度： “度度分分.分分分分”方式表示。小数点后也以分为单位 3：N：北纬 S：南纬 4：经度： “度度度分分.分分分分”方式表示。小数点后也以分为单位 5：E：东经 W：西经 6：GPS 质量指示 0：未定位 1：GPS 定位 2：差分 GPS 定位 7：使用到的卫星数 0~12 8：HDOP 值 水平方向的定位精度劣化程度系数。3 维定位时也会输出 HDOP 值。但在未定位时输出“099”。如果输出语句的经纬度输出设置精度达不到 1/10000 时，小数点后省略。9：天线高度 0：正数，高于海平面-：负数，低于海平面 10：天线高度单位 m 11：地理高度 0：正数，高于海平面-：负数，低于海平面 12：地理高度单位 m 13：DGPS 修正经过的时间 差分数据时龄 单位=秒 14：差分基准站发播的 ID 编号 15：校验和 ②GPGLL 地理位置，纬度/经度 $ GPGLL, XXXX.XX, N/S, XXXXX.XX, E/W *hh 1 2 3 4 5 1：纬度 2：N：北纬 S：南纬 3：经度 4：E：东经 W：西经 5：校验和 算法同① ③GPGSA GPS DOP 和星历 $GPGSA, A, X, XX,…………, XX.X, XX.X, *hh 1 2 3 4 5 6 1：二维/三维定位方式指示 A：自动 M：手动 2：定位状态： 1：未定位 2：二维定位 3：三维定位 3： 使用到的卫星编号： 最大 12 颗卫星的编号(卫星编号 1~32)，最大可有 12 颗 卫星的编号，12 颗卫星以下的情况，省略卫星编号，只输出“，”。4：PDOP 值： 保留小数点后 1 位。二维定位情况下不输出。5：HDOP 值： 保留小数点后 1 位。未定位情况下不输出。
6、校验和： 同① ④GPRMC 推荐最小数据量的 GPS 具体内容/传输数据 $GPRMC, hhmm, A/V, XXXX.XXX, N/S, XXXXX.XXX, E/W, XXX.X, XXX.X, 1 2 3 4 5 6 7 8 XXXXXX，*hh 9 101、世界时（UTC）hh：时 mm：分 ：秒
2、定位状态： A：定位 V：未定位
3、纬度：
4、N：北纬 S：南纬
5、经度：
6、E：东经 N：西经
7、对地速度：单位为节，1 节（knot）=1852m/h8、方位角： 真北方向为 0°，顺时针方向计算，最大 359.9°，四位输出；也 称作航向角
9、日 期： 按日、月、年格式（年按两位）输出
10、校验和：同① 注意：定位中断后，输出最后一次的定位的经纬度和方位。⑤GPVTG 方位角和对地速度 $GPVTG, XXX.X, T，,XXX.X, N, XXX.X, K *hh 1 2 3 4 5 6 71、方位角：真北方向为 0°，顺时针方向计算，最大 359.9°，四位输出；也 称作航向角
2、真方位
3、对地速度
4、速度单位：单位为节，1 节（knot）=1852m/h5、对地速度
6、速度单位：单位为：公里/小时（Km/h）
7、校验和：同① ⑥GPGSV 可收到信号的 GPS 卫星 $GPGSV, X, X, XX, XX, XX, XXX, XX,………………,*hh 1 2 3 4 5 6 7 81、语句总数
2、当前语句号
3、当前视野范围内的可能收到的卫星（符合仰角门限值）总数
4、卫星编号（01~32）
5、卫星水平仰角（0~90゜）
6、卫星方位角 真北方向为 0゜，顺时针方向计算，最大 359゜，三位输出
7、信躁比(0~25dB)注：各卫星的编号，仰角、方位角、S/N 值为一组数剧，每条语句可输出 4 组 此类数据。在可收到的卫星数量小于 4 颗的情况下，其他数值省略，只输出 “，”。
8、校验和：同① ⑦GPZDA 时间和日期 $GPZDA, hhmm, XX, XX, XXXX， *hh 1 2 3 4 51、世界时（UTC）hh：时 mm：分 ：秒
2、日
3、月
4、年
5、校验和：同① 以上就是 GPS 的导航电文格式，在了解了 GPS 的电文格式以后，我们进 一步对差分 GPS 算法进行分析和设计。浅析差分 GPS 的算法及数据格式点击次数：889 发布时间：2009-11-20 14:38:54 何 怡 1，李扬继 2 ? 摘 要：简要介绍了 GPS 25XL 的星历数据及位置数据遵从的标准，详述了差分 GPS 技 术在消除电离层、对流层误差方面的算法，同时对 RTCM SC-104 电文格式进行了分析，并在 此基础上给出了构造 RTCM SC-104 格式差分数据的方法，为相应产品的开发提供了有益的经 验。? ??
一、引言? GPS 利用最简单的 C/A 码定位，精度可达到 14m；利用 P 码定位，精度可达到 3m。美国 政府曾经采取 SA(Selective Availability)政策，人为地将误差引入卫星时钟和卫星数据 中，极大地限制了精确定位技术的应用。现在美国根据形势对全部卫星取消了 SA 政策，这 使差分 GPS(DGPS)的精度有了更大提高，但修正速率因不受 SA 的影响而放慢。因此，即使 取消了 SA 政策，DGPS 仍然具有很高的利用价值，是重要的导航定位产品之一。商用的差分 GPS 设备已经投入使用，其用户设备采用双工传输的串行 I/O 通用通信接口，并采用通用的 RTCM SC-104 电文格式。分析差分数据电文格式有助于我们利用 RTCM 格式的 差分改正信号，修正定位误差。? 本文将详细介绍差分 GPS 算法和国际通用的 GPS 差分数据格式 RTCM SC-104。?
二、相关的数据格式遵从的标准? 在下面将要介绍的算法中，许多参数都来自 GPS 的星历数据和位置数据。在本文列出的 参考资料中，可以方便地查阅这两种数据格式，所以这里不再赘述，只简要介绍一下它们遵 从的标准。? 星历数据和位置数据结构中有很多参数是 float 型和 double 型的，它们都遵从 IEEE-754 标准。
三、DGPS 算法介绍? GPS 定位是利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时间等观测量和用户钟差来实现的。要获得地面的三维坐标，必须对至少 4 颗卫星进行测量。在这一定位过程中，存在 3 部分误 差： 第一部分误差是由卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等引起的； 第二部分是由传播延迟导致的误差； 第三部分为各用户接收机固有的误差，由内部噪声、通道延迟、多径效应等原因造成。? 利用差分技术，第一部分误差可以完全消除；第二部分误差大部分可以消除，消除程度 主要取决于基准接收机和用户接收机的距离；第三部分误差则无法消除。? 下面，我们主要介绍消除由于电离层延迟和对流层延迟引起的误差的算法。在算法中使 用的时间系统为 GPS 时，坐标系统为 WGS-84 坐标系。? 1 ?消除电离层误差的算法? 我们主要通过电离层网格延迟算法来获得实际的电离层延迟值，以消除电离层误差。具 体过程如下：解算星历，得出卫星位置→求电离层穿透点位置→求对应网格点→求网格 4 个顶点的电离层延迟改正数→内插获得穿透点垂直延迟改正数→求穿透点的实际延迟值。?(1)卫星位置的计算 ? 解算出星历数据后，加入星历修正和差分信息，便可计算出卫星位置。? 从 GPS OEM 板接收到的是二进制编码的星历数据流，必须按照本文前面部分列出的数据 结构解算星历数据，再依据 IEEE-754 标准将其转换为十进制编码的数据。在这里，需要解 算的参数有： 轨道长半轴的平方根(sqrta)、平近点角改正(dn)、星历表基准时间(toe)、toe 时的平近点角(m0)、偏心率(e)、近地点角距(w)、卫星轨道摄动修正参数(cus cuc cis ciccrs crc)、轨道倾角(i0)、升交点赤经(omg0)、升交点赤经变化率(odot)。? 另外，在卫星位置的计算中，需要一些常量参数，下面一并列出：WGS-84 椭球长半轴(a=6378137.0 m)，WGS-84 椭球扁率(f=1/298.257223563)、地球自转角速度(we=7.292115×10-5rad/s)，地球引力常数(GM＝3.986005×1 014 ? m3/s2)。? 下面列出卫星位置的具体解算过程：? 1)计算卫星运行的平均角速度： 先计算圆轨道的平均角速度，由于 GPS 卫星轨道实际为 微椭球形，所以应在计算的原轨道的平均角速率上加一个修正量； ? 2)计算归化时刻：tk=t-toe。tk 为相对于星历基准时间的归化时刻。应考虑一个星期(604 800 s)的开始或结束,当 tk>302 400 s,应减去 604 800 s；tk
四、DGPS 数据格式(RTCM SC-104 格式)分析? 1 ? RTCM SC-104 格式的电文编码? RTCM 电文是由二进制编码的数据流组成，每一组由 N+2 个 30 bit 的字码组成，每个字 码分解为 5 个 6 bit 的字节，这样可允许在标准计算机 UART 间串行传送。如果所用的 UART 提供 8 bit，则数据的最高位(MSB)和次高位仅仅作为填充位，固定填为为“0”和“1”，是无效数据。MSB 标为 d1，LSB 标为 d30。每个字码的第五个字节(d25~d30)为奇偶校验码，用于检验本字码的 RTCM 数据。前一组 RTCM 最后一个字码的低两位(d29 和 d30)，标记为 d29* 和 d30*，用于产生本组第一字码的奇偶校验码。奇偶校验码遵从(32，26)汉明码检错准则，汉明校验矩阵为 H，校验公式为：S6×1=H6×24⊕M24×1，式中 M24×1 为电文中每个字码 的前 24 位信息位。由于卫星电文的子帧长为 30 bit，为了满足字长和信息位(24 bit)的要 求，将(32，26)汉明码缩短，去掉两位信息位构成(32，24)缩短码。这种缩短码的纠错能力 和最小距离与原码相同。? RTCM 电文结构包含 2 个字头和 N 个数据字。下面详细介绍电文结构：? RTCM SC-104 电文结构：? 第 1 字码：? 第 2 字码：? ? 第 3 字码：? 其中：? 第 1 字码：? 引导字：固定填入 01100110 ? 基台识别：固定填入 1111111111 ? 第 2 字码：? 修正 Z 计数＝(星期的 GPS 时间%3600)/0.6 ? 序号：从 001 开始计数? 帧长：该帧电文数据的字节数? 从第 3 个字码起：? 填入卫星信息数据(比例因子——1 位，UDRE——2 位，卫星识别——5 位，伪距改正数 ——16 位，伪距变化率改正值——8 位，卫星发布日期——8 位)，每填入 24 位之后对这些 数据进行奇偶校验，奇偶校验码是 6 位，每 30 位(24 位数据＋6 位奇偶校验码)便组成 1 个 字码。? 比例因子：填 0 或 1；? 卫星识别：卫星号，若解读的是星历中第 32 颗卫星的数据，则将卫星识别置 0；否则，将星历数据中的卫星号 svid 加 1；? 伪距改正数：按照一定的数学模型解算出；? 数据发布日期：选取当前日期。? 最后一个字码：若此字码的数据信息不足 24 位，则用填充位“1010…”补足 24 位。? RTCM 电文中每个字码奇偶校验位的最低位(d30*)决定是否对下一字码的前四个字节取 补码(第五个字节不能取补码)。若 d30*为 1，则取补码，否则取原码。电文格式采用 6/8 进行数据传输。bit7 设置为 1，bit8 设置为 0。由于 UART 为约定的 非同步通讯，首先发送或接收 LSB。所以，每一个字节在发送前先要完成“滚动”，这在效 果上保持了 RTCM 电文的逻辑序列。因此，在发送媒介中 MSB 优先。所谓“滚动”，就是 d1 和 d6、d2 和 d5、d3 和 d4 进行互换(仅滚动数据位，bit7、bit8 不参与滚动)。根据上面的分析可知：63
7、bit8 不参与滚动)。?
五、结束语? 本文论述了差分 GPS 的原理和应用，并提出了构造 RTCM SC-104 格式差分数据的方法。为了扩展差分 GPS 的用途领域，对具体的算法和性能还需要进行深入研究。
