在GNSS领域的Almanac(历书)极为重要,历书内包含整个星座所有卫星的概略位置,状态等有用信息以帮助GNSS接收机不用漫无目地在星辰大海里去寻找微弱的卫星,而是可以做到所有卫星的大概位置了然于心,借助历书GNSS接收机可以轻松的对每一颗卫星大声说:我要找到你-每一颗卫星并喊出你的名字!
这里历书的作用与我们生活中常用公开的日历 一样类似,通过日历我们很容易查询到今年有多少周末,每个节假日具体是哪一天等等。同样的我们去北斗的官方网站一样能查询到最新每颗北斗卫星历书参数。
北斗B1I导航电文
我们以北斗B1I-ICD文件为例,介绍北斗D1 导航电文由超帧、主帧和子帧组成。每个超帧为36000 比特,历时12 分钟,每个超帧由24 个主帧组成(24 个页面);每个主帧为1500 比特,历时30 秒,每个主帧由5 个子帧组成;每个子帧为300比特,历时6 秒,每个子帧由10 个字组成;每个字为30 比特,历时0.6 秒。
D1 导航电文包含有基本导航信息,包括:本卫星基本导航信息(包括周内秒计数、整周计数、用户距离精度指数、卫星自主健康标识、电离层延迟模型改正参数、卫星星历参数及数据龄期、卫星钟差参数及数据龄期、星上设备时延差)、全部卫星历书信息及与其它系统时间同步信息(UTC、其它卫星导航系统)。
历书描述了每一颗卫星的位置,在太空中我们常用开普勒轨道六根数描述卫星的轨道形状大小和空间指向,从而确定任意时刻卫星在轨道上的位置和速度。
几个关键的点需要多着墨:每一颗卫星的导航电文内都有整个星座的历书,北斗B1I历书至少需要12分钟才能完整播完,历书作为概略位置有效周期比较长,不需要实时更新。
实践测试
为了实际感受卫星历书的作用,我们可以通过卫星导航模拟器做一个小测试来检验。
实验目的: 通过本次测试检验接收机能否完整接收并正确解析导航电文的历书信息,实现对未见卫星的位置预测。
GPS L1 C/A同样与B1I信号有类似的历书结构,利用思博伦卫星导航模拟器GSS7000 仿真一个单GPS场景,场景开始总共有9颗GPS卫星,我们主动关闭多余卫星只保留4颗PosApp软件带※的最好DOP值卫星数,这也是能定位的最小卫星数量。
利用接收机上位机软件我们通过NMEA语句GSV内能看到当前可见的卫星SVID,高度角,方位角,C/N0就只有4颗卫星。
随着测试时间的继续,大约20分钟以后。这里建议可以多等等至30分钟+以便接收机至少两次机会充分完整接收完历书。可以看到PosApp界面仍然只有4颗卫星在发射功率信号,其他的卫星也在仿真但是功率被关闭,并未输出RF射频信号。
此时观察接收机的状态, 可见的卫星不止之前的4颗卫星,而是多了SVID 9,11,20,6这几个卫星, 他们的C/N0都为零,也就是并未收到该信号,也正是PosApp软件界面主动关闭功率的卫星。但是接收机却能通过当前收到的卫星历书推算出这些未见面的卫星高度角,方位角,也就是知道了它应该在哪里。
历书的作用,直接映射到实际中举一个直观的例子比如接收机旁边路过一个高大的建筑物,由于遮挡某颗卫星暂时无法收到,但是接收机通过历书仍然知道该卫星在哪里,随着卫星或者接收机的运动脱离了遮挡,这颗卫星便不用再重新扫描搜索而是能快速追踪锁定。
总结
卫星历书Almanac是卫星导航系统中的重要辅助数据, 它包含星座所有卫星概略位置以及卫星健康状态的合集。因为它是概略的位置信息不能像星历那样精确能直接用来定位,但是却有较长的有效期,有资料提及GPS卫星历书最长有效期可达90天。接收机利用历书能够计算天空中任意时刻卫星的概略位置以帮助接收机快速搜索锁定卫星,提高定位效率。
关键词:Almanac,GPS,BDS,ICD,NMEA,Receiver, GSS7000, PosApp,历书,星历,北斗
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