GNSS 导航电文 (广播星历) 的解读

一、前言

笔者曾经被两个概念搞混淆：广播星历和导航电文（下文补充了书上介绍）。

后来笔者找到了下面几段话：

导航卫星信号一般由3部分组成：载波信号、伪随机噪声码(测距码)和数据码。其中，数据码是卫星以二进制码流形式发送给用户的导航定位数据，通常称为导航电文。
GPS广播星历参数共有16个，其中包括1个参考时刻，6个对应参考时刻的开普勒轨道参数和9个反映摄动力影响的参数。这些参数通过GPS卫星发射的含有轨道信息的导航电文传递给用户。
卫星星历是描述卫星运动轨道的信息。也可以说卫星星历就是一组对应某一时刻的轨道参数及其变率。有了卫星星历就可以计算出任意时刻的卫星位置及其速度。
电文是指电报的文字、内容。电报是一种最早的、可靠的即时远距离通信方式。

看过这些内容后，有一种抓住了什么东西的感觉。这种感觉好像又不能详尽的描述出来，但是笔者将尽自己最大的努力将其描述一下：首先理解『星历』这个词，看到星历，首先想到的就是日历，日历可以解释成日期的经历，意味着之前是什么日子，之后是什么日子；那么星历就可以解释成卫星的经历，意味着，卫星在以前处在什么位置，在以后将出于什么位置。广播星历中广播可以理解成广而播发，但是又有那么一点预报的意思。所以广播星历就是预报卫星的位置？电文这个词以前专治电报所传输的内容，电报是一种远距离通信方式；导航电文就是有关导航的被远距离传输的内容。这么看来的话，导航电文是一个大的概念，广播星历是导航电文的一部分！笔者也不知道这么理解是否准确，暂且就如此理解吧。

二、导航电文内容的理解

同 GNSS 观测数据 o 文件一样，导航电文的存储也是以 rinex 格式存储的。今天就可以获取昨天的导航电文，今天不能获取今天的导航电文，因为今天还没有过完。

导航电文是如何获取的呢？笔者猜测流程大致如下：

太空中的卫星不断的发送自己数据，地面接收机不断接收各个卫星的数据。接收机接收了一天的数据，然后要进行数据格式转换，然后转换出来观测文件和导航电文。
这一个接收机转换出来的导航电文只是包括它在这一天所接收到的卫星的轨道信息，当然它不可能在任意时刻都观测到所有的卫星。但是可以将很多接收机的导航电文合并在一起，因为导航电文存的都是与卫星有关的信息，与接收机无关（ Receiver Independent Exchange，RINEX），不同接收机在相同历时刻接收到的卫星的信息肯定是一样的。
通过将许多全球均匀分布的测站的导航电文合并在一起，就几乎可以得到任意时刻所有卫星的信息了。然后就可以发布供任意地方的用户使用。

1、文件头

看个例子：

首先前面是这个文件的版本号和文件类型，然后有一些comment，说是融合了哪些系统的数据，基于XXX，作者是XXX，融合了73个文件。接着是IONOSPHERIC CORR参数（也就是电离层校正参数）、TIME SYSTEM CORR（时间系统校正）和LEAP SECONDS跳秒。

官方给出的 RINEX3.04 的解释如下：

目前还不太理解如何使用这两种参数。

2、数据块

文件头下面就是数据块了，可以将下面的八行看作是一个小节，每个小节应该都有八行。

第一行记录了卫星的PRN号，卫星钟的参考历时刻（TOC，年月日时分秒）接着是卫星钟的偏差（ $s$ ）、漂移（ $s / s$ ）、漂移速度（ $s/s^2$ ）
其他几行是轨道参数，具体的可以参看下面的表格。

三、导航电文结构

更新于2021-11-26，从专业书籍中找到相关内容的介绍。

卫星一帧接着一帧的发送导航电文，而在发送每一帧的时候，又是一子帧接着一子帧的发。

1、遥测字和交接字

每一子帧前两个字

缩写	全称	中文	作用
TLW	Telemetry Word	遥测字	捕获导航电文的前导
HOW	Hand Over Word	交接字	通过交接字可以实时地了解观测瞬时在P码周期中所处的准确位置，以便迅速地捕获P码

2、第一数据块

第一子帧的数据块，包括：

3、第二数据块

4、第三数据块

第4、5子帧的数据块，各个星的概率星历。一帧发不完，所以有25帧承载着一套<第三数据块>，但是这25帧的每帧前三子帧的数据块是相同的。

四、数据类型与大致内容

关于广播星历的类型一般有BRDC、BRDM、BRDX。今天下载了三种文件进行查看，发现

BRDX: DLR-只有GPS和QZSS（文件大小最小）；
BRDM: DLR-GRECJSI Merged GPS/GLO/GAL/BDS/QZS/SBAS/IRNSS navigation file（文件大小中）
BRDC: IGS-GRECS

不同卫星系统的广播星历采样间隔不同，现列表如下：

系统	采样间隔
GPS	2h
GLO	0:15分开始，30min
GAL	有10min的，有30min的
BDS	1h
SBAS	不同的星，采样间隔不同，有的是1s，有的是
QZSS	1h

注：笔者大致看了一下，可能不太准确

【问】为什么 BRDC 包含的系统数比 BRDM 少，但是它的文件更大呢？
【答】这是因为 BRDC 中 GAL 卫星在一个时间段内有两套数据（GAL 的实时星历 RTCM 也是两套），然后 BRDM 中 GAL 卫星只有一套星历；所以 BRDC 的文件大小要比 BRDM 更大一点。
【问】为什么 GAL 有两套数据呢？有什么区别？
【答】这两套数据只有钟差不一样，其他数据都一样。因为两套钟的基准频点不一样（参考评论区大佬的说法）。

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