GPS导航电文介绍

1. 定义

      GPS用户接收机通过对接收到的卫星信号进行载波解调和伪码解扩，得到50bps的数据码，然后按照导航电文的格式可最终将数据码编译成导航电文。

      卫星导航电文，又称为数据码(或D码)，是由导航卫星播放给用户的描述导航卫星运动状态参数的电文，包括系统时间、星历、历书、卫星时钟的修正参数、导航卫星健康状况和电离层延时模型参数等内容。导航电文的参数给用户提供了时间信息，利用导航电文参数可以计算用户的位置坐标和速度。是用户用来定位和导航的数据基础。

2. 导航电文格式

      卫星将导航电文以帧与子帧的结构形式编排成数据流D(t)。如下图所示，每颗卫星一帧接着一帧地发送导航电文，而在发送每帧电文时，卫星又以一子帧接着一子帧的形式进行。

每帧电文含有1500比特，播送速度50bit/s，每帧播送时间30s，依次由5个子帧组成。每个子帧共300比特，每个子帧分别含有10个字，每个字30比特，其最高位比特先被发送，而每一子帧中的每一字又均以6比特的奇偶检验码结束。

GPS系统中，对导航电文5帧划分成三个数据块：第1子帧为第一数据块，第2、3子帧为第二数据块，第4、5子帧为第三数据块。

2.1 第一数据块

      第一数据块包括第1子帧中的第3字至第10字，它又常称为时钟数据块。由一颗卫星播放的时钟数据块提供该卫星的时钟校正参数和健康状态等。包含如下内容：

• 星期数(WN)：表示从1980年1月6日协调时零点起算的GPS周期数；
• 卫星测距精度 (URA)：表示用户所处位置所得到的定位精度值估算值，该数据是由GPS地面监控部分和空间星座部分引起的测距误差大小的一个统计数；
• 卫星健康状况：表示导航电文内容正常是否。当共计6比特的卫星健康状态的最高位是0，则表示导航电文全部正常；
• 时钟校正参数：用于计算任意时刻t的钟校正数；
• 群波延时校正值()：电离层延迟改正参数，该值只适合于单频(L1或L2)接收机，而双频接收机则无需此项校正；
• 时钟数据期号(IODC)：用10比特表示的IODC是时钟数据块的“期刊号”，一个IODC值对应一套时钟校正参数。

2.2 第二数据块

      卫星信号的第2子帧和第3子帧数据块一起组成第二数据块，它提供该卫星自身的星历参数。该数据块是导航电文的核心部分，GPS接收机根据这些参数可以进行实时的导航定位计算。

      星历的原意是一张用来精确描述卫星在各个时刻的空间位置和运行速度的大表格。包含的内容如下：

2.3 第三数据块

      第三数据块由第4子帧和第5子帧的数据块组成。每颗卫星播放的第三数据块主要提供所有（自身和其他）卫星的历书参数、电离层延时校正参数、GPS时间和UTC之间的关系以及卫星健康状况等数据信息。与之前两个数据块不同，第三数据块的内容并不是接收机在实现定位前所急需获得的。

      和星历一样，历书的原意也是一张给出在不同时刻卫星位置的很大的表格，然而因为历书的精度比星历低，所以它又称为概略星历。内容如下：