GPS信號(hào)格式和導(dǎo)航電文

衛(wèi)星導(dǎo)航原理及應(yīng)用技術(shù)北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院204教研室秦紅磊電話：010－82316491Email:qhlmmm@

GPS信號(hào)結(jié)構(gòu)與導(dǎo)航電文

5.1GPS信號(hào)結(jié)構(gòu)

5.2GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文GPS衛(wèi)星信號(hào)示意圖

5.2GPS信號(hào)結(jié)構(gòu)GPS信號(hào)GPS的所有信號(hào)分量都是基于同一個(gè)頻率產(chǎn)生的：兩種載波，即：

GPS衛(wèi)星信號(hào)的兩種信號(hào)分量：測(cè)距碼和數(shù)據(jù)碼是采用調(diào)相技術(shù)調(diào)制到載波上的，且調(diào)制碼的幅值只取0或1。自相關(guān)特性復(fù)制信號(hào)接收機(jī)產(chǎn)生與衛(wèi)星相同的信號(hào)。偽距測(cè)量基本原理利用一偽碼延時(shí)鎖相環(huán)路，使本地復(fù)制的跟蹤偽碼和接收到的偽碼在碼元上對(duì)齊，也即是在時(shí)間上對(duì)準(zhǔn)，再將跟蹤偽碼與本地的基準(zhǔn)偽碼進(jìn)行比對(duì)，得到時(shí)間差。假如驅(qū)動(dòng)本地偽碼的用戶GPS接收機(jī)時(shí)鐘（簡(jiǎn)稱站鐘）和衛(wèi)星中產(chǎn)生偽碼的時(shí)鐘（簡(jiǎn)稱星鐘）完全同步，則測(cè)得的時(shí)差即為電波自衛(wèi)星到用戶的傳播延時(shí)，相應(yīng)于獲得衛(wèi)星與用戶之間的真實(shí)距離。若星鐘與站鐘不同步，則測(cè)得的距離中含有時(shí)間誤差導(dǎo)致的不精確成分，此時(shí)的距離稱為偽距。

GPS信號(hào)

粗測(cè)距碼（C/A碼）偽噪聲碼的長(zhǎng)度周期:1023bit碼元寬度：約為293.1m偽噪聲碼的重復(fù)周期：1ms時(shí)鐘脈沖速率：1.023Mbit/s精碼（P碼）偽噪聲碼的長(zhǎng)度周期:6.187bit×bit碼元寬度：約為29.3m偽噪聲碼的重復(fù)周期：7d時(shí)鐘脈沖速率：10.23Mbit/s可以加密

反欺騙技術(shù)（A/S）

GPS信號(hào)導(dǎo)航電文

1500bit播發(fā)速率50bit/s數(shù)據(jù)廣播星歷（S/A）衛(wèi)星時(shí)鐘校正（S/A）歷書數(shù)據(jù)電離層校正數(shù)據(jù)衛(wèi)星健康狀況GPS信號(hào)選擇可用性技術(shù)（S/A）人為地引入干涉信號(hào)，顯著地降低非特許用戶用GPS信號(hào)作實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位測(cè)量時(shí)的精度。SA技術(shù)包括對(duì)GPS衛(wèi)星基準(zhǔn)頻率所采用的δ技術(shù)，對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航電文所采用的ε技術(shù)，對(duì)P碼所采用的譯密技術(shù)。

δ技術(shù)是將衛(wèi)星的基準(zhǔn)頻率（10.23MHz）施加高頻抖動(dòng)噪聲信號(hào)。該信號(hào)使由基準(zhǔn)頻率派生出來的所有信號(hào)都會(huì)出現(xiàn)高頻抖動(dòng)，從而造成測(cè)距誤差和測(cè)速誤差。

ε技術(shù)是將衛(wèi)星發(fā)送的GPS衛(wèi)星軌道參數(shù)人為地施加一個(gè)慢變偏移，使廣播星歷精度由原來的15m左右降到75m以上；達(dá)到降低用戶定位精度的目的。GPS信號(hào)反欺騙技術(shù)（A/S）它是將更加保密的W碼與P碼模二相加形成Y碼。使得非特許用戶無法接收載波上的P碼。更不能利用P碼實(shí)行定位，也不能用P碼和C/A碼的相位觀測(cè)量進(jìn)行聯(lián)合測(cè)算。偽距測(cè)量如何將傳送的信號(hào)進(jìn)行編碼

PRN碼產(chǎn)生器異或二進(jìn)制函數(shù)線性反饋寄存器

C/A碼

P碼如何形成偽距測(cè)距離散自相關(guān)技術(shù)

在載波上,調(diào)制有C/A碼、P碼（或Y碼）的數(shù)據(jù)碼，完整的信號(hào)結(jié)構(gòu)為：

在載波上，只用P碼進(jìn)行雙相調(diào)制，其信號(hào)結(jié)構(gòu)為：

最遠(yuǎn)的距離＝25785×103，發(fā)射功率為(14.3dBW＋14.7dBW)，則接收機(jī)接收到的功率為-157.8dBW，如果考慮大氣損耗，接收機(jī)接收到的信號(hào)最小為160dBW

一般條件下，GPS信號(hào)到達(dá)地面的強(qiáng)度大約為-130dBm/2MHz，室溫下的熱噪聲大約為-111dBm/2MHz，因此，信噪比S/N為-19dB。另外一個(gè)表示信噪比的方法是載噪比C/N0(CarriertoNoise)，其參考帶寬為1Hz。室溫下的熱噪聲為-174dBm/Hz，C/N0＝44dB(-130+174)。在這個(gè)強(qiáng)度下，信號(hào)很容易被處理。GPS衛(wèi)星天線增益GPS接收機(jī)接收功率表L1和L2導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)的功率預(yù)算

下表列出了對(duì)于BLOCKⅡGPS衛(wèi)星來說導(dǎo)航信號(hào)功率預(yù)算標(biāo)，此表來自[Townsend,B-277-283]。參數(shù)L1(P)L1(C/AL2(P)用戶最低接收功率-163dBW-160dBW-166dBW用戶天線增益3.0dB3.0dB3.0dB自由空間傳播損耗184.4dB184.4dB182.3dB總的大氣損耗2.0dB2.0dB2.0dB極化失匹配損耗3.4dB3.4dB4.4dB所要衛(wèi)星的EIRP+23.8dBW+26.8dBW+19.7dBW衛(wèi)星天線增益@14.3o最差情況BLOCKⅡ13.5dB13.5dB11.5dB離軸角+10.3dBW+13.4dBW+8.2dBW衛(wèi)星天線所要求的最低輸入功率10.72W21.88W6.61WGPS測(cè)距法載波

f=1.5GHz→λ=20cm→2mm碼元時(shí)間

t≈1μs→λ=300m→3mPRN碼

t=1ms→λ=300km→3km數(shù)據(jù)位

t=20ms→λ=6E3km→60km遙測(cè)字（TLM）

t=6s→λ=2E6km→20000kmGPS碼發(fā)生器示意圖

C/A碼是用于跟蹤、鎖定和測(cè)量的偽隨機(jī)碼。它的碼率是1.023MHz，周期為1ms，因而在一個(gè)周期中有1023個(gè)碼位。它是由m序列優(yōu)選對(duì)組合碼形成的Gold碼（G碼）。在上圖中,和分別為兩個(gè)10級(jí)線性移位反饋寄存器。兩個(gè)移位寄存器于每星期日子夜零時(shí)，在置“1”脈沖作用下全處于1狀態(tài)，同時(shí)在碼率1.023MHz驅(qū)動(dòng)下，兩個(gè)移位寄存器分別產(chǎn)生碼長(zhǎng)為周期為1ms的兩個(gè)m序列和。C/A碼

時(shí)間基準(zhǔn)源產(chǎn)生的10.23MHz脈沖與1.5s周期的脈沖相互同步，以保證幀、子幀、C/A碼、P碼相互同步。其中序列經(jīng)過相位選擇器，輸入一個(gè)與平移等價(jià)的m序列，然后與模2和相加，便得到C/A碼。C/A碼發(fā)生器P碼

P碼的碼率為10.23Mb/s，周期約為267天。它是用4個(gè)12位的移位寄存器的偽隨機(jī)序列產(chǎn)生，這四個(gè)寄存器分別為、、（圖中簡(jiǎn)畫為）。兩級(jí)12位移位寄存器構(gòu)成一個(gè)偽隨機(jī)碼，兩個(gè)移位寄存器形成周期為1.5s的m序列。一周期的碼位數(shù)為:

另兩級(jí)12位移位寄存器構(gòu)成偽隨機(jī)碼，兩個(gè)移位寄存器形成兩個(gè)m序列。碼率與相同，但碼位比多37個(gè)碼元，即碼長(zhǎng)為：因此P碼為：其相應(yīng)的碼元數(shù)為：相應(yīng)的周期為：

在中，可取0，1，2，…，36。這樣可得到37種P碼。在實(shí)際應(yīng)用中，P碼采用7天的周期，即規(guī)定在每星期六午夜零點(diǎn)置全“1”狀態(tài)作為起始點(diǎn)，然后從中截取一段周期為7天的碼，作為P碼。一共取得37個(gè)P碼。32個(gè)供GPS衛(wèi)星使用，5個(gè)供地面監(jiān)測(cè)站使用。這樣保證GPS正常工作的唯一性。因?yàn)镻碼的碼長(zhǎng)過長(zhǎng)，所以，如果仍采用搜索C/A碼的辦法，來捕獲P碼，即逐個(gè)個(gè)碼元依次進(jìn)行搜索，當(dāng)搜索的速度仍為每秒50碼元時(shí)，那將是無法實(shí)現(xiàn)的（約需天）。因此，一般先捕獲C/A碼，然后根據(jù)導(dǎo)航電文中給出的有關(guān)信息，捕獲P碼。所以在不知道P碼結(jié)構(gòu)的情況下，是無法捕獲P碼。P碼發(fā)生器5.3GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文

導(dǎo)航電文簡(jiǎn)介

導(dǎo)航電文包括計(jì)算衛(wèi)星位置的有關(guān)數(shù)據(jù)（衛(wèi)星星歷）、系統(tǒng)時(shí)間、衛(wèi)星鐘參數(shù)、C/A碼到P碼的轉(zhuǎn)換字及衛(wèi)星工作狀態(tài)。衛(wèi)星向用戶提供，用戶將其應(yīng)用于導(dǎo)航解算。這些數(shù)據(jù)是以二進(jìn)制碼的形式發(fā)送給用戶的，故衛(wèi)星電文又稱為數(shù)據(jù)碼，或稱之為D碼。

電文的基本單位是長(zhǎng)達(dá)1500bit的一個(gè)主幀，廣播速率為50bit/s。每一主幀又分為五個(gè)子幀，每個(gè)子幀長(zhǎng)度為6s，第1，2，3子幀各有10個(gè)字碼，每個(gè)字碼為30bit，第4，5子幀各有25個(gè)頁面，共有37500bit，長(zhǎng)達(dá)12.5min（如圖1所示）。它們不像第1，2，3子幀那樣，每30s重復(fù)一次，而需要長(zhǎng)達(dá)750s才能夠傳送完畢第4，5子幀的全部信息量，亦即，第4，5子幀是12.5min才重復(fù)一次。這表明，一臺(tái)GPS信號(hào)接收機(jī)獲取一幀完整的衛(wèi)星導(dǎo)航電文，需要750s。GPS衛(wèi)星電文的基本內(nèi)容子幀1子幀2子幀3標(biāo)識(shí)碼（如GPS星期序號(hào)等）、星鐘數(shù)據(jù)齡期（AODC）、衛(wèi)星時(shí)鐘改正數(shù)等子幀4子幀5GPS衛(wèi)星星歷（軌道參數(shù)等）第25~32顆GPS衛(wèi)星的歷書、UTC和電離層改正參數(shù)、第25~32顆GPS衛(wèi)星的健康狀況第1~24顆GPS衛(wèi)星的歷書和健康狀況GPS導(dǎo)航電文的信息類別和形式信息類別導(dǎo)航電文的提供形式

信號(hào)發(fā)射時(shí)刻衛(wèi)星的精確位置

利用地心慣性坐標(biāo)系中修正的開普勒模型表示的衛(wèi)星星歷，并且將它變換到地心地固坐標(biāo)系

衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射時(shí)刻的精確位置

衛(wèi)星時(shí)鐘誤差模型和相對(duì)論校正

以C/A碼捕獲P（Y）碼

發(fā)送轉(zhuǎn)換字HOW，使在一周內(nèi)保持對(duì)P（Y）碼1.5秒周期所謂跟蹤。這些數(shù)據(jù)用來輔助對(duì)P（Y）碼的捕獲。

在仰角受限條件下選取最好的一組衛(wèi)星，以得到相應(yīng)最小的GDOP（要求獲知衛(wèi)星的概位）

中等精度歷書可以給出整個(gè)GPS星座的大致位置、時(shí)間以及衛(wèi)星的健康狀況。

時(shí)間傳遞信息GPS時(shí)向協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）的時(shí)間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)

單頻用戶的電離層標(biāo)準(zhǔn)

電離層與時(shí)間和用戶位置之間關(guān)系的近似模型

衛(wèi)星信號(hào)/數(shù)據(jù)的質(zhì)量

用戶測(cè)距精度（URA）——發(fā)送URA指數(shù)N可為民間（非特許）用戶提供關(guān)于可用衛(wèi)星精度的定量測(cè)度。遙測(cè)字（TLM）

每一個(gè)子幀的第一個(gè)字碼都是遙測(cè)字，作為捕獲導(dǎo)航電文的前導(dǎo)。其中所含的同步信號(hào)為各子幀提供了一個(gè)同步起點(diǎn)，使用戶便于解釋電文數(shù)據(jù)。具體碼位如下：第1～8bit為前導(dǎo)碼（10001011）；第9～22bit為遙測(cè)電文，包括地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)注入數(shù)據(jù)時(shí)的狀態(tài)信息、診斷信息和其他信息，以此指示用戶是否選用該衛(wèi)星；第23、24bit無意義；第25～30bit為奇偶校驗(yàn)碼（如下圖所示）。轉(zhuǎn)換字（HOW）

每一個(gè)子幀的第二個(gè)字碼是轉(zhuǎn)換字，它的主要作用是在測(cè)距時(shí)向用戶提供P碼的子碼自一星期開始的周期計(jì)數(shù)Z，以便于任一6s子幀結(jié)束時(shí)自C/A碼轉(zhuǎn)至P碼捕獲。第1～17bit表示Z計(jì)數(shù)，它實(shí)質(zhì)上是子幀計(jì)數(shù)，記錄子幀數(shù)目；第18bit是警示標(biāo)記；第19bit是反欺騙標(biāo)志（AS）；第18，19位為00；第20～22bit是子幀識(shí)別標(biāo)記；第23、24bit無意義（00）；第25～30bit為奇偶校驗(yàn)碼。第一數(shù)據(jù)塊

第一子幀的第3-10個(gè)字碼為第一數(shù)據(jù)塊。它的主要內(nèi)容是：載波的調(diào)制波類型、星期序號(hào)、衛(wèi)星的健康狀況、數(shù)據(jù)齡期、衛(wèi)星時(shí)鐘改正參數(shù)等。字碼3:周數(shù)WN（1-10bit）：為Z計(jì)數(shù)的前十位，記錄周數(shù)，從周期開始的1980年1月6日零點(diǎn)開始計(jì)數(shù)。用戶測(cè)距精度URA（13-16bit）：該顆衛(wèi)星提供給未被授權(quán)用戶的測(cè)距精度（m）。這是為非特許用戶設(shè)置的。衛(wèi)星的健康標(biāo)記(17-22bit)：如果17位“=0”，表示所有的衛(wèi)星數(shù)據(jù)都是好的。如果17位“=1”，表示一些或者全部衛(wèi)星數(shù)據(jù)都不健康；其它5位（18-22bit）是信號(hào)組成部分的健康標(biāo)志位。其意義如下表所示：18-22bit說明00000所有的信號(hào)都健康00001所有的信號(hào)都弱00010所有的信號(hào)都不可用（dead）00011所有的信號(hào)都沒有數(shù)據(jù)調(diào)制00100L1上的P信號(hào)弱00101L1上的P信號(hào)不能用（dead）00110L1上的P信號(hào)沒有數(shù)據(jù)調(diào)制00111L2上的P信號(hào)弱01000L2上的P信號(hào)不能用（dead）01001L2上的P信號(hào)沒有數(shù)據(jù)調(diào)制01010L1上的C信號(hào)弱01011L1上的C信號(hào)不能用（dead）01100L1上的C信號(hào)沒有數(shù)據(jù)調(diào)制01101L2上的C信號(hào)弱01110L2上的C信號(hào)不能用（dead）01111L2上的C信號(hào)沒有數(shù)據(jù)調(diào)制18-22bit說明10000L2和L1上的P信號(hào)弱10001L2和L1上的P信號(hào)不能用（dead）10010L2和L1上的P信號(hào)沒有數(shù)據(jù)調(diào)制10011L2和L1上的C信號(hào)弱10100L2和L1上的C信號(hào)不能用（dead）10101L2和L1上的C信號(hào)沒有數(shù)據(jù)調(diào)制10110L1上的信號(hào)弱10111L1上的信號(hào)不能用（dead）11000L1上的信號(hào)沒有數(shù)據(jù)調(diào)制11001L2上的信號(hào)弱11010L2上的信號(hào)不能用（dead）11011L2上的信號(hào)沒有數(shù)據(jù)調(diào)制11100臨時(shí)輸出的信號(hào)，不要使用當(dāng)前的衛(wèi)星（**）11101衛(wèi)星將要輸出臨時(shí)信號(hào)，謹(jǐn)慎使用（**）11110備用（spare）11111需要多種聯(lián)合去描述這種不規(guī)則的變動(dòng)（除了被**標(biāo)記的）IODC的2MSBs（23-24）：與字碼8的前八位一起來表示時(shí)鐘數(shù)據(jù)齡期。GPS試驗(yàn)衛(wèi)星的IODC只占8bit，而GPS工作衛(wèi)星卻擴(kuò)展到了10bit。IODC是時(shí)鐘改正數(shù)的外推時(shí)間間隔，它向用戶指明了對(duì)衛(wèi)星時(shí)鐘改正數(shù)的置信度。且知：

式中，計(jì)算時(shí)鐘參數(shù)所作測(cè)量的最后觀測(cè)時(shí)間；第一數(shù)據(jù)塊的參考時(shí)刻。

字碼4:P碼數(shù)據(jù)標(biāo)志位（1bit）。字碼7：電離層延遲改正參數(shù)（17~24bit）；字碼8：時(shí)鐘校正的基準(zhǔn)時(shí)刻（9~24bit），單位為秒；字碼9：頻率誤差變化率的多項(xiàng)式校準(zhǔn)系數(shù)（1~8bit）；頻率誤差的多項(xiàng)式校準(zhǔn)系數(shù)（9~24bit）；字碼10：相位誤差的多項(xiàng)式校準(zhǔn)系數(shù)（1~22bit）。

衛(wèi)星時(shí)鐘校正是將每顆衛(wèi)星上的時(shí)鐘修正為統(tǒng)一的GPS時(shí)。GPS是以時(shí)間差測(cè)量為基礎(chǔ)的，其測(cè)量精度與衛(wèi)星時(shí)鐘的精度密切相關(guān)。衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘間的相對(duì)誤差乘上光速就等于測(cè)距誤差，因此在GPS測(cè)量中必須十分小心地消除各種時(shí)鐘誤差。衛(wèi)星時(shí)鐘按照美國(guó)海軍天文臺(tái)（USNO）所維持的UTC由主控站進(jìn)行遙控調(diào)整的（衛(wèi)星鐘的物理調(diào)整），可保證衛(wèi)星鐘與GPS時(shí)之間的誤差（物理同步誤差）在1ms之內(nèi)。顯然衛(wèi)星鐘的物理同步精度不能滿足導(dǎo)航和定位的精度要求，所以，對(duì)衛(wèi)星鐘還需用衛(wèi)星鐘參數(shù)進(jìn)行改正（衛(wèi)星鐘的數(shù)學(xué)調(diào)整）。

衛(wèi)星時(shí)鐘校正：

由電文子幀1中得到了在發(fā)射數(shù)據(jù)間隔中表征鐘差系數(shù)，以此求出衛(wèi)星偽隨機(jī)碼相位參考于衛(wèi)星天線相位中心的偏差與發(fā)射時(shí)刻的GPS系統(tǒng)時(shí)的關(guān)系，解算用戶位置所需要的GPS時(shí)間（SV時(shí)鐘時(shí)間）式中，為電文發(fā)射時(shí)刻的衛(wèi)星偽隨機(jī)碼相位時(shí)間,可以很容易地由GPS接收機(jī)確定；為衛(wèi)星偽隨機(jī)碼相位時(shí)間偏移。衛(wèi)星偽隨機(jī)碼相位時(shí)間偏移確定：是數(shù)據(jù)塊1的參考時(shí)間，從全球定位系統(tǒng)時(shí)間,每星期歷元開始度量，單位秒。GPS系統(tǒng)每星期歷元是指格林尼治平太陽時(shí)星期六到星期日早上之間的子夜（0點(diǎn)0分0秒）?？梢姡瑪?shù)學(xué)調(diào)整必須配合物理調(diào)整才能保證衛(wèi)星時(shí)鐘與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之間保持較高的同步精度。衛(wèi)星相對(duì)論效應(yīng)改正

其中，（離心率）、（衛(wèi)星軌道長(zhǎng)半軸）、（偏近點(diǎn)角）都是衛(wèi)星軌道參數(shù)。

第二數(shù)據(jù)塊包括第二和第三子幀，它載有衛(wèi)星的星歷，提供375位修正的開普勒模型信息，用這些數(shù)據(jù)能估計(jì)出發(fā)射衛(wèi)星的位置。以下是子幀2和3的介紹。第二數(shù)據(jù)塊子幀2的介紹：字碼3：星歷的數(shù)據(jù)齡期IODE（1~8bit）：為廣播星歷的外推時(shí)間間隔。數(shù)據(jù)齡期IODE是子幀2和子幀3都要給出的一個(gè)信息，它們與子幀1中IODC項(xiàng)的8個(gè)最低有效位LSB進(jìn)行比較。應(yīng)當(dāng)指出，子幀2和子幀3中的兩個(gè)IODE必須相互符合，并且應(yīng)與子幀1給出的IODC（低八位）相一致。

字碼3、字碼4、字碼5分別給出了軌道半徑正弦調(diào)和改正項(xiàng)振幅；平近地點(diǎn)角速度的修正項(xiàng)；平近點(diǎn)角。

字碼6：升交點(diǎn)距的余弦攝動(dòng)改正項(xiàng)之振幅(1～16bit)；字碼7：衛(wèi)星軌道離心率字碼6（17~24bit）和字碼7（1~24bit）字碼8：升交點(diǎn)距的正弦攝動(dòng)改正項(xiàng)之振幅（1～16bit)）；字碼9：軌道長(zhǎng)半軸的平方根字碼8（17-24bit）和字碼9（1-24bit）；字碼10：GPS衛(wèi)星星歷基準(zhǔn)時(shí)間（1-16bit）；擬合區(qū)間標(biāo)志位17bit：它表明GPS主控是否采用了4小時(shí)或6小時(shí)的最小二乘擬合。子幀3的介紹：字碼3：軌道傾角的余弦攝動(dòng)改正項(xiàng)之振幅（1~16bit）字碼4：升交點(diǎn)赤經(jīng)字碼5：軌道傾角的正弦攝動(dòng)改正項(xiàng)之振幅（1~16bit）軌道的傾角的8位MSBs（17~24bit）。字碼6：軌道的傾角的24位LSBs（1~24bit）字碼7：軌道半軸的余弦攝動(dòng)改正項(xiàng)之振幅（1~16bit）字碼8：近地點(diǎn)角距字碼7（17~24bit）和字碼8（1~16bit）字碼9：升交點(diǎn)赤經(jīng)變化率（1~24bit）字碼10：星歷的數(shù)據(jù)齡期IODE（1~8bit）；軌道的傾角的變化率IDOT（RateofInclinationAngle）（9~22bit）第三數(shù)據(jù)塊

第四和第五子幀共同構(gòu)成第三數(shù)據(jù)塊，為用戶提供其他衛(wèi)星的概略星歷、時(shí)鐘改正和衛(wèi)星工作狀態(tài)等信息。子幀4還含有電離層模型和GPS時(shí)鐘校正信息。歷書數(shù)據(jù)使用戶能選取一組配置最好的衛(wèi)星，或者直接判定哪些衛(wèi)星在視野內(nèi)。用戶利用碼分址較快地捕獲其他衛(wèi)星信號(hào)及選擇最合適的衛(wèi)星。

歷書數(shù)據(jù)所提供的是一組截短的、精度較低的星歷參數(shù)組。它不僅提供多達(dá)32顆衛(wèi)星的近似星歷信息，而且還給出每顆衛(wèi)星的健康狀態(tài)數(shù)據(jù)。對(duì)于無效衛(wèi)星或衛(wèi)星數(shù)據(jù)無效的情況，該子幀會(huì)交替地發(fā)送無意義的“0”和“1”，以幫助完成同步。與子幀2和子幀3中的詳細(xì)星歷數(shù)據(jù)相比，歷書數(shù)據(jù)的精度要低得多。然而，歷書數(shù)據(jù)的有效期較長(zhǎng)，不必頻繁更新。自發(fā)射時(shí)刻起，1的大致歷書精度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系變化如下表：

歷書和星歷的區(qū)別：他們雖都是表示衛(wèi)星運(yùn)行軌道的參數(shù)。但是前者包括全部衛(wèi)星的概略位置，用于衛(wèi)星預(yù)報(bào)；后者只包括當(dāng)前觀測(cè)到的衛(wèi)星的精確位置，用于定位。歷書是從導(dǎo)航電文中提取的。收集完12.5分鐘的導(dǎo)航電文才獲得一組完整的歷書。自發(fā)射起數(shù)據(jù)時(shí)間的齡期歷書精度1天1星期2星期900m1200m3600m子幀四、五內(nèi)容的簡(jiǎn)介：頁面子幀4頁面子幀52，3，4，5，7，8，9，10衛(wèi)星25～32的歷書數(shù)據(jù)1～24衛(wèi)星1～24的歷書數(shù)據(jù)18電離層改正和UTC數(shù)據(jù)2532顆衛(wèi)星的反電子欺騙特征符，25～32顆衛(wèi)星的健康狀況25衛(wèi)星1～24的衛(wèi)星健康狀況、歷書基準(zhǔn)時(shí)間和基準(zhǔn)星期數(shù)其它各頁分別為保留頁、專用電文頁和備用頁子幀4的介紹：第1，6，11，16和21頁：保留；第2，3，4，5，7，8，9和10頁：分別是SV25到32的歷書數(shù)據(jù)。這些頁還可能有其他用處；每一頁的格式和內(nèi)容由此頁的SVID決定。在這種情況下，第25頁的6位健康字全設(shè)置成1那么此頁的從25到32的SVID將不會(huì)有值。第12，19，20，22，23和24頁：保留；第13頁：NMCT（導(dǎo)航電文校正表）；第14和15頁：保留為系統(tǒng)使用；第17頁：特殊電文；第18頁：電離層和UTC數(shù)據(jù)；第25頁：SV32顆星配置的A-S特征符，還有SV25到32的健康字。第四子幀的第1，6，11，16及21頁字碼3：數(shù)據(jù)識(shí)別（1-2bit）：定義衛(wèi)星的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它提供兩種意義：（1）對(duì)于那些指定包含一個(gè)特定衛(wèi)星歷書的頁，數(shù)據(jù)識(shí)別碼定義了此顆衛(wèi)星（此衛(wèi)星的歷書包含在該頁中）利用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，（2）對(duì)于其他的頁，數(shù)據(jù)識(shí)別碼定義了發(fā)射衛(wèi)星的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)ID“1”（二進(jìn)制00）在GPS計(jì)劃的第一階段使用，現(xiàn)在已經(jīng)不再使用。

衛(wèi)星標(biāo)識(shí)字SVID（3-8bit）：雖然子幀4，5的每一頁都保留有特定的ID號(hào)，但是第4子幀2，3，4，5，7，8，9和10頁中的每一頁的SVID都可能發(fā)生變化當(dāng)那頁的內(nèi)容發(fā)生變化。SVID有兩種用途：（1）對(duì)于包含指定衛(wèi)星歷書的那些頁的SVID，是與用戶跟蹤的那顆衛(wèi)星的偽隨機(jī)碼（PRN碼）編號(hào)保持一致。規(guī)定了各個(gè)衛(wèi)星的PRN碼，它用于識(shí)別衛(wèi)星。（2）對(duì)于其它頁的SVID用作“頁碼ID”：①數(shù)字（1-32）用來表示那些包含具體衛(wèi)星的電文頁（子幀4的2，3，4，5，7，8，9，10以及子幀5的1-24），33-50保留，51-63表示其它頁，0用來表示虛假的衛(wèi)星。②包含相同數(shù)據(jù)的頁用相同的SV頁碼ID表示,例如：子幀4的1，6，11，16，21頁用57表示，第12，24頁用62表示。當(dāng)SVID全為“0”時(shí)表示一個(gè)無用的衛(wèi)星。第四子幀的第12，19，20，22及23頁第四子幀的第13頁字碼3：有效性指示器（9~10），說明見下表：有效性指示器NMCT可靠性00對(duì)于授權(quán)或未被授權(quán)的用戶，修正表都是可靠的01對(duì)于授權(quán)用戶，修正表都是可靠的10對(duì)于授權(quán)或未被授權(quán)的用戶，修正表都是不可靠的11保留第四子幀的第14，15，及17**頁

子幀4的第14，15頁被保留；第17頁為特殊信息所保留，它容納22個(gè)8bit的ASCⅡ字符。這176bit占用字碼3的9~24位，以及字碼4~9的1~24位，字碼10的1~16位。它由地面控制部分產(chǎn)生，用于向用戶發(fā)播字母、數(shù)字信息。如下表所示：文字符號(hào)ASCⅡ字符八進(jìn)制代碼A~ZA~Z101~1320~90~9060~071++053--055.(小數(shù)點(diǎn)).056`(分鐘標(biāo)記)`047（度標(biāo)記）370//057‘Blank’space040::072““042第四子幀的第18頁

該頁發(fā)送電離層改正參數(shù)，字碼3、字碼4、字碼5給出電離層改正參數(shù)，主要用來計(jì)算單頻接收機(jī)的電離層的延遲。當(dāng)CS可以上載數(shù)據(jù)到SV上時(shí)，CS至少每六天更新一次電離層改正參數(shù)，若CS不能上載數(shù)據(jù)時(shí)，SV發(fā)送的電離層改正參數(shù)將不再精確。字碼6、字碼7、字碼8、字碼9、字碼10給出了UTC參數(shù)，當(dāng)CS可以上載數(shù)據(jù)到SV上時(shí)，CS至少每六天更新一次UTC參數(shù)，若CS不能上載數(shù)據(jù)時(shí)，SV發(fā)送的UTC參數(shù)的精度隨著時(shí)間遞減。第四子幀的第25頁字碼3的（9~24bit）、字碼4、字碼5、字碼6、字碼7的（1~24bit）、字碼8的（1~16bit）：AS特征符：標(biāo)識(shí)第一~第三十二顆衛(wèi)星AS特征。字碼8的（19~24bit）、字碼9的（1~24bit）、字碼10的（1~18bit）分別標(biāo)示第25~32顆衛(wèi)星的健康狀況。子幀5的介紹：1~24頁包括1~24顆衛(wèi)星的歷書數(shù)據(jù)；第25頁包含衛(wèi)星1~24顆的健康字，歷書參考時(shí)間，還有歷書參考星期數(shù)。子幀5（1-24頁）和子幀4（2，3，4，5，7，8，9，10頁）字碼3：衛(wèi)星軌道偏心率（9~24bit）字碼4：子幀5歷書數(shù)據(jù)校準(zhǔn)參數(shù)（1~8bit）軌道傾角修正量（9~24bit）字碼5：升交點(diǎn)赤徑變化率（1~16bit）字碼6：軌道長(zhǎng)半軸的平方根（1~24bit）字碼7：升交點(diǎn)赤徑（1~24bit）字碼8：近地點(diǎn)角距（1~24bit）字碼9：基準(zhǔn)時(shí)間的平近點(diǎn)角（1~24bit）字碼10：相位誤差（1~8bit和20~22bit）頻率誤差（9~19bit）第五子幀第25頁字碼3：歷書參考時(shí)間（9~16bit）歷書參考星期（17~24bit）字碼(4~9):用6bit的數(shù)據(jù)表示1~24顆衛(wèi)星的健康狀況。在子幀4和子幀5中，給出了兩類衛(wèi)星健康狀況數(shù)據(jù)：（1）在含有歷書有關(guān)衛(wèi)星鐘和星歷數(shù)據(jù)參數(shù)的32個(gè)頁面（子幀5（1~24頁）和子幀4（2，3，4，5，7，8，9，10頁））中，每一頁都有8位表明有關(guān)該顆標(biāo)定衛(wèi)星的“健康”狀況；（2）子幀4的第25頁和子幀5的第25頁為32顆衛(wèi)星的每一顆設(shè)置了6位“健康”狀況字組成的衛(wèi)星狀況簡(jiǎn)報(bào)。8位狀態(tài)字的前三個(gè)最高有效位MSB該顆衛(wèi)星導(dǎo)航電文的健康狀況如表下1，e.g.顯示HOW中的Z-計(jì)數(shù)是否正常。8位狀態(tài)字的后5位LSB加上第二類的6位“健康”狀況字一起給出了衛(wèi)星信號(hào)成分的健康狀況如下表2。表1.衛(wèi)星數(shù)據(jù)健康在子幀5第25頁中的位置表示的意義137138139000所有的數(shù)據(jù)都是好的001全部或一些數(shù)據(jù)的奇偶性變壞010TLM/HOW的格式有問題011Z計(jì)數(shù)器有問題100子幀1，2，3（1個(gè)或更多子幀）中字碼（3~10）的元素有問題101子幀4，5（1個(gè)或更多子幀）中字碼（3~10）的元素有問題110任何子幀（1個(gè)或更多子幀）中的字碼（3~10）的元素有問題111所有數(shù)據(jù)都是壞的——TLM/HOW和其數(shù)據(jù)有問題表2.衛(wèi)星信號(hào)的組成健康狀況表低五位表示的意義00000所有的信號(hào)都健康00001所有的信號(hào)都弱00010所有的信號(hào)都不可用（dead）00011所有的信號(hào)都沒有數(shù)據(jù)調(diào)制00100L1上的P信號(hào)弱00101L1上的P信號(hào)不能用（dead）00110L1上的P信號(hào)沒有數(shù)據(jù)調(diào)制00111L2上的P信號(hào)弱01000L2上的P信號(hào)不能用（dead）01001L2上的P信號(hào)沒有數(shù)據(jù)調(diào)制01010L1上的C信號(hào)弱01011L1上的C信號(hào)不能用（dead）01100L1上的C信號(hào)沒有數(shù)據(jù)調(diào)制01101L2上的C信號(hào)弱01110L2上的C信號(hào)不能用（dead）01111L2上的C信號(hào)沒有數(shù)據(jù)調(diào)制10000L2和L1上的P信號(hào)弱10001L2和L1上的P信號(hào)不能用（dead）10010L2和L1上的P信號(hào)沒有數(shù)據(jù)調(diào)制10011L2和L1上的C信號(hào)弱10100L2和L1上的C信號(hào)不能用（dead10101L2和L1上的C信號(hào)沒有數(shù)據(jù)調(diào)制10110L1上的信號(hào)弱10111L1上的信號(hào)不能用（dead）11000L1上的信號(hào)沒有數(shù)據(jù)調(diào)制11001L2上的信號(hào)弱11010L2上的信號(hào)不能用（dead）11011L2上的信號(hào)沒有數(shù)據(jù)調(diào)制11100臨時(shí)輸出的信號(hào)，不要使用當(dāng)前