测天绘地丨GPS知多少？来看看“卫星星历”到底是什么东西

前两期分别介绍了GPS卫星的“无摄运动”和“受摄运动”，这两个运动都与GPS卫星的运动轨道有关，那么这期接着说关于“GPS卫星运行”的另一个重要的内容——GPS卫星星历。

首先讲个概念，卫星星历——是用来描述卫星运动轨道的一组信息。

也可以这样说，卫星星历，指的是：一组 描述某一时刻的 卫星运行轨道的参数及其变率 的信息。

有了这个“卫星星历”，我们就可以通过它计算出任意时刻的卫星位置和它的速度。

GPS卫星星历又分为两种：①预报星历；②后处理星历。

一、预报星历

预报星历，又称为广播星历。它通常包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数和必要的轨道摄动改正项参数。

相应参考历元的卫星开普勒轨道参数又称作“参考星历”。

参考星历，它只代表卫星在参考历元的轨道参数，但是在摄动力的影响下，卫星的实际运行轨道会偏离它的参考轨道。

而偏离的程度主要取决于“观测历元”与所选的“参考历元”之间的时间差。

如果用轨道参数的摄动项对已知的卫星参考星历加以改正，我们就可以推算出任意观测历元下的卫星星历。

广播星历参数的选择采用了“开普勒轨道参数调和项改正”的方案。

GPS卫星的运动在二体运动的基础上加入了长期摄动和周期摄动两个因素。其中主要的周期摄动是周期约六个小时的二阶带谐项所引起的短周期摄动。

GPS广播星历的参数一共有16个，其中包括了1个参考时刻，6个对应参考时刻的开普勒轨道参数，还有9个反映摄动力影响的参数。这些参数通过GPS卫星发射的导航电文来传递给用户，导航电文中也包含有轨道信息。

其中?n中包括了轨道参数ω的长期摄动。?n中主要是二阶带谐项引起的ω的长期漂移，也包括了日月引力摄动和太阳光压摄动。

在Ω中，主要是二阶带谐项引起Ω的长期漂移，也包括了极移的影响。

二、后处理星历

后处理星历，指的是，一些国家的有关部门，根据各自建立的卫星跟踪站所获得的对GPS卫星的精密观测资料，应用与确定广播星历相似的方法而计算得出的一种卫星星历。

它可以向用户提供在用户观测时间内的卫星星历，避免了星历外推的误差。

虽然它能够提供在用户观测时间内的精密轨道信息，但是这种星历是在事后才向用户提供的，因此被称为“后处理星历”或“精密星历”。

这种星历并不是通过GPS卫星的导航电文来向用户传递的，它是利用磁带、或是通过电视、电传、卫星通讯等方式，有偿地为有需要的用户提供服务。它可以在IGS的相关网站上下载。

三、传递星历的主要载体

GPS卫星向全球用户播发的星历，是使用两种不同的波码来进行传送的。

一种是用叫做C/A码所传送的GPS卫星星历，简称C/A码星历，这种星历的精度为数十米。

1991年后，美国对GPS工作卫星实施了SA技术，使得C/A码星历的精度降低，GPS单点定位的精度也由原来的几十米降低到了近百米。

另一种用P码传送的GPS卫星星历，简称P码星历，它的精度则提高到了5m左右，但是只有工作于P码的接收机才能从P码中解译出精密的P码星历。

这种精密的P码星历，主要是用于军事目的的导航定位；而C/A码星历则是交付民用。

虽然民用的C/A码星历精度不高，但是我们还是能通过“后处理星历”来解决精度的问题。

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下期预告：GPS卫星的导航电文。