GPS衛星信号（二）：導航電文
一．導航電文及其格式
1.定義
①.所謂導航電文，是指包含導航資訊的資料碼。
②.導航資訊包含有：遙測碼、由C/A碼确定的P碼的交換碼、時間系統、衛星星曆、衛星工作狀态、衛星曆書、星鐘改正參數、軌道攝動改正參數、大氣折射改正參數。
③.它是使用者利用GPS進行導航定位的資料基礎。
2.格式
⑴.導航電文是二進制編碼檔案，按規定格式組成資料幀，按幀向外播發。每幀電文1500bit，播送速度為每秒50bit，是以，一幀電文的傳播時間是30秒。
⑵.每幀電文含有5個子幀，每個子幀含有10個字，每個字為30bit；是以每一子幀共含有300bit，按上述比特率50bit/s速度播發，每幅子幀需播發6秒。
二．導航電文内容
△遙測字（TLW）
定義：各子幀的第一個字，作為捕獲導航電文的前導。
作用：協助使用者快速解譯導航電文，判定衛星可用與否。
具體碼位如下：從1~8bit是同步碼（10001011）；第9~22bit為遙測電文，包括地面監測系統注入資料時的狀态資訊、診斷資訊和其他資訊，以此訓示使用者是否選用該衛星；第23、24bit無意義；第25~30bit為奇偶校驗碼。
△交換字（HOW）
定義：每一個子幀的第二個字碼就是交接字。
作用：它的主要作用是幫助使用者從已捕獲的C/A碼轉換到P碼的捕獲。
具體碼位如下：從31~47bit表示Z計數，它表示從每星期六/星期日午夜零起算的對P碼中PN1(t)(周期為1.5s)的累計數，量程為0~403200 。知道Z計數，就知道觀測時刻P碼在周期中的準确位置，以此較快的捕獲P碼。第48bit表明衛星注入電文後是否發生滾動動量矩缺載現象；第49bit用于訓示資料幀的時間是否與PN1(t)鐘信号同步；第50~52bit是子幀識别标志；第53、54bit無意義；第55~60bit為奇偶校驗碼。
△第一資料塊
⑴星期數（WN）：星期數來自Z計數器的高10位，指代目前的GPS星期。每當周内時計數在星期六午夜零時從最大值跳回零的同時，星期數的值加1 。因為星期數用10位二進制表示，是以它的最大值為1023 。若星期數在最大值1023時再加1，則星期數傳回置0 。因為GPS時間每周循環一次，是以為了确切地表達一個時間值，在必要時必須同時指出GPS時間和GPS星期數。
⑵使用者測距精度（URA）：使用者測距精度是對所有由GPS地面監控部分和空間星座部分引起的側距誤差大小的一個統計值，它是通過導航電文中的一個由4bit表示的使用者測距精度因子N而提供給非特許使用者的。使用者測距因子N的值在0至15之間，每一個值對應于一個使用者測距精度URA，而使用者可以根據N值用以下公式估算URA值：
URA值越大，則表示從該衛星信号中得到的GPS距離測量值的精度越低。當N等于15時，URA的估算值預設，此時使用者要自己承擔使用該衛星的風險。
⑶衛星健康狀況：若共計6bit的衛星健康狀況的最高值是0，則表示導航電文全部正确。若它的最高位是1；則表示導航電文出錯，而低于5位又具體指出信号各部分的出錯情況。
⑷時鐘校正參數：ɑf0 ，ɑf1 和ɑf2是衛星時鐘校正模型方程中的三個系數。另外參數tOC 稱為第一資料塊的參考時間，它在時鐘校正模型中被用做時間參考點。在修正衛星時鐘鐘差時會用到這些參數。
⑸大氣傳播時延改正： 第7個字碼的17~24bit表示載波L1、L2的電離層時延改正TGD 。當使用單頻接收機時，利用TGD改正觀測的結果，以減小電離層效應的影響，提高定位精度。當使用雙頻接收機時無需此項改正。
⑹時鐘資料齡期AODC：第3字碼的23、24bit以及第8個字碼的1~8bit，均表示衛星時間的資料齡期AODC。試驗衛星隻占8bit，工作衛星改為10bit，AODC是時鐘改正數的外推時間間隔，它向使用者指明衛星時鐘改正數的置信度：
AODC=Toc-tl
△第二資料塊
衛星信号的第2子幀和第3子幀資料塊一起組成第二資料塊，它提供該衛星自身的星曆參數。
(1)開普勒軌道六參數：
為衛星軌道橢圓長半軸的平方根；e為衛星軌道橢圓偏心率；i0為參考時刻t0的軌道面傾角；W0為參考時刻t0的升交點赤經；w為近地點角距；M0為參考時刻t0的平近點角。
(2)軌道攝動九參數：Dn為平均角速度改正數; W為升交點赤經變化率;i為衛星軌道平面傾角變化率；Cus、Cuc為升交角距的正餘弦調和改正項振幅，Cis、Cic為軌道正面傾角的正餘弦調和改正項振幅；Crs、Crc為軌道向徑正餘弦調和改正項振幅。
(3)時間二參數：從星期日子夜零點開始度量的星曆參考時刻t0e及星曆表的資料齡期AODE。
GPS衛星軌道參數
GPS衛星星曆參數
△第三資料塊
第三資料塊包括第4和第5兩個子幀，其内容包括了所有GPS衛星的曆書資料。當接收機捕獲到某顆GPS衛星後，根據第三資料塊提供的其他衛星的概略星曆、時鐘改正、衛星工作狀态等資料，使用者可以選擇工作正常和位置适當的衛星，并且較快地捕獲到所選擇的衛星。
1.第4子幀
(1)第2，3，4，5，7，8，9，10頁面提供第25～32顆衛星的曆書；
(2)第17頁面提供專用電文，第18頁面給出電離層改正模型參數和UTC資料；
(3)第25頁面提供是以衛星的型号、防電子對抗特征符和第25～32顆衛星的健康狀況；
(4)第1，6，11，12，16，19，20，21，22，23，24頁作備用，第13，14，15頁為空閑頁。
2.第5子幀
(1)第1～24頁面給出第1～24顆衛星的曆書；
(2)第25頁面給出第1～24顆衛星的健康狀況和星期編号。
在第三資料塊中，第4和第5子幀的每個頁面的第3字碼，其開始的8個比特是識别字元，且分成兩種形式：（a）第1和第2比特為電文識别（DATA ID）；(b)第3～8比特為衛星識别（SV ID）。
GPS衛星曆書參數