卫星导航的“三球交汇”原理（北斗卫星定位原理）| 导航电文结构

文章目录

• 引言

• I 卫星导航的“三球交汇”原理（北斗卫星定位原理）

• • 基本原理
  • 卫星定位的具体过程步骤
  • 二维图解
  • 三维图解

• II GPS的导航电文

• • 导航电文内容
  • GPS卫星导航电文结构

• III GNSS接收机 | 资源下载

引言

目前，国际上四大全球卫星导航系统，美国GPS、我国北斗系统、俄罗斯GLONASS和欧洲Galileo的定位原理是相同的，均是采用这种三球交汇的几何原理实现定位。

I 卫星导航的“三球交汇”原理（北斗卫星定位原理）

基本原理

利用多颗卫星发射的信号，通过接收器接收到这些信号并计算其到达时间差，从而确定接收器的位置

通过借助卫星发射的测距信号来确定位置，将空间中的卫星作为已知点，测量卫星到地面点的距离，然后通过这些距离来确定接收设备在地球表面或空中的位置。

• 导航卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息。
• 用户接收机在某一时刻同时接收三颗以上卫星信号，测量出用户接收机至三颗卫星的距离，通过星历解算出的卫星的空间坐标，利用距离交会法就解算出用户接收机的位置。
  

卫星定位的具体过程步骤

（1）地球上的北斗用户接收机同时测量自身到至少三颗卫星的距离；

（2）卫星的位置精确已知，各卫星的位置通过导航电文播发给用户；

（3）以卫星为球心，距离为半径画球面；

（4）三个球面相交得两个点，根据地理常识排除一个不合理点即得用户位置。

通常为了修正定位误差，除了使用上述三个卫星之外，还会加入第四颗卫星的信息，以便进行更精确的三维空间定位

二维图解

三维图解

II GPS的导航电文

导航电文内容

GPS 卫星发送的导航电文是每秒50位的连续的数据流，每颗卫星都同时向地面发送以下信息：

• 系统时间
• 时钟校正值
• 自身精确的轨道数据
• 其他卫星的近似轨道信息
• 电离层模型参数
• 世界协调时（UTC）数据等系统状态信息。

导航电文用于计算卫星当前的位置和信号传输的时间，从而使GPS接收机在接收导航电文后能确定自身的位置。每个卫星独自将数据流调制成高频信号，数据传输时按逻辑分成不同的帧，每一帧有1500位，传输时间需30秒。每一帧可分为五个子帧，每子帧有300位，传输时间为6秒。每25帧构成一个主帧，传输一个完整的历书需要1个主帧，也就是需要12.5分钟。一个GPS接收机要实现其功能至少要接收一个完整的历书。

GPS卫星导航电文结构

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