【摘 要】針對GPS衛星導航電文的特點和里邊各種參數含義及用法，闡述了利用導航電文提供的數據計算衛星位置的方法，為進行基線解算時提供準確的衛星坐標數據。

0前言

全球衛星定位系統(GPS)是一個實時的，全天候，全方位的定位系統。設計此系統的最初目的只是為美國軍事服務，如今卻已擴展到諸多民用領域，包括民用導航與監控，交通管理，測繪科學與技術，土木工程，空間科學等等。隨著全球定位系統的不斷改進，硬、軟件的不斷完善，應用領域正在不斷地開拓。

1 GPS衛星導航電文

GPS衛星的導航電文是用戶用來定位和導航的數據基礎。它主要包括：衛星星歷、時鐘改正、電離層時延改正、工作狀態信息及C/A碼轉換到捕獲P碼的信息。這些信息是以二進制碼的形式，按規定格式組成，按幀向外播送，衛星電文又叫數據嗎。它的基本單位是長1500bit的一個主幀，傳輸速率是50bit/s，30s傳送完畢一個主幀。一個主幀包括5個子幀，第1、2、3子幀各有10個字碼，每個字碼有30bit；第4、5子幀各有25個頁面，共有37500bit。第1、2、3子幀每30s重復一次，內容每小時更新一次。第4、5子幀是12.5min播完一次，然后再重復之，其內容僅在衛星注入新的導航數據后才得以更新。

導航電文文件數據記錄節的格式說明如表1，表2，表3所示。

2 GPS衛星位置的計算方法

第一步：計算衛星運動的平均角速度n。

首先根據導航文件給出的參數計算出參考時刻TOE的平均角速度

：

(2.1)

GM=3.9860047×。

然后根據廣播星歷中給定的攝動參數n計算觀測時刻衛星的平均角速度n

n=+n (2.2)

第二步：計算觀測瞬間衛星的平近點角M

(2.3)

式中，為參考時刻TOE時的平近點角，由廣播星歷給出。

第三步：計算偏近點角

用弧度表示的開普勒方程為：

(2.4)

第四步：計算真近點角

(2.5)

(2.6)

(2.7)

第五步：計算升交距角

(2.8)

式中為近地點角距，由導航文件給出。

第六步：計算攝動改正項，，

導航文件中給出了下列6個攝動參數， ，，，，，，據此可求出由于項引起的升交距角的攝動改正項、衛星矢徑的攝動改正項和衛星軌道傾角的攝動改正項。計算公式如下：

(2.9)

(2.10)

(2.11)

第七步：對、、進行攝動改正

(2.12)

式中：a為衛星軌道的長半徑，a=,由導航文件獲得。為TOE時刻軌道傾角，由導航文件中的開普勒六參數給出。假設觀測時刻為2005年9月12日12時12分15秒，則從1981年開始算起，一直到2005年9月12日的天數，用天數除以7，則余數即為本周開始時刻的天數，再將余數與時分全部轉換為秒，即為觀測瞬間時刻。

第八步：計算衛星在軌道平面坐標系中的位置

在軌道平面直角坐標系中，衛星的平面直角坐標為：

(2.13)

第九步：計算觀測瞬間升交點的經度

若參考時刻TOE時升交點的赤經為，升交點對時間的變化率為，那么觀測瞬間的升交點赤經應為：

(2.14)

可從導航文件攝動參數獲得。

設本周開始時刻(即星期日0時)格林尼治恒星時為，則觀測瞬間的格林尼治恒星時為：

(2.15)

式中：為地球自轉角速度，其值為=7.292115×rad/s；

這樣就可求得觀測瞬間升交點的經度值為：

(2.16)

令

則有：

(2.17)

注意：導航文件里給出的并不是參考時刻TOE的升交點赤經，而是該值與本周起始時刻的格林尼治恒星時之差。

第十步：計算衛星在瞬時地球坐標系中的位置

已知升交點的大地經度L以及軌道平面的傾角后，就可通過兩次旋轉方便地求得衛星在地固坐標系中的位置：

(2.18)

式中：

(2.19)

第十一步：計算衛星在協議地球坐標系中的位置

觀測瞬間衛星在協議地球坐標系中的位置

(2.20)

至此衛星位置已求完。

3 結束語

衛星的運動速度和加速度也可用類似方法計算。我們還可從精密星歷中獲得更高精度的衛星坐標。由于精密星歷文件是給出每15分鐘一個衛星坐標，因此我們可以通過切比雪夫多項式擬合或內插法求得觀測瞬間衛星位置及運動加速度。

注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的GPS卫星坐标用计算机计算,GPS卫星位置的计算的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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