GB/T 39414.5-2024 北斗卫星导航系统空间信号接口规范 第5部分：公开服务信号B2b
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资料介绍
ICS 49.020 CCS V 04
中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准
GB/T 39414.5—2024
北斗卫星导航系统空间信号接口规范
第 5 部分：公开服务信号 B2b
Interface specification for signal in space of BeiDou satellite
navigation system—Part 5：Open service signal B2b
2024⁃07⁃24 发布 2024⁃07⁃24 实施
国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会
发
布
GB/T 39414.5—2024
目 次
前言 Ⅴ
引言 Ⅵ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语、定义和缩略语 1
3.1 术语和定义 1
3.2 缩略语 1
4 北斗系统概述 2
4.1 空间星座 2
4.2 坐标系统 2
4.3 时间系统 2
5 信号特性 3
5.1 信号结构 3
5.2 信号调制 3
5.3 逻辑电平 4
5.4 极化方式 4
5.5 载波相位噪声 4
5.6 杂散 4
5.7 相关损耗 4
5.8 数据/码一致性 4
5.9 信号一致性 4
5.10 地面接收功率电平 4
6 测距码特性 5
7 导航电文结构 7
7.1 导航电文概述 7
7.1.1 导航电文类型 7
7.1.2 校验码 7
7.2 B-CNAV3 导航电文 8
7.2.1 基本描述 8
7.2.2 编码方案和编码参数 8
7.2.3 编排格式 11
8 导航电文参数和算法 14
8.1 测距码编号 14
Ⅰ
GB/T 39414.5—2024
8.2 信息类型 14
8.3 系统时间参数 14
8.4 钟差参数 15
8.4.1 参数说明 15
8.4.2 用户算法 15
8.5 群延迟修正参数 16
8.5.1 参数说明 16
8.5.2 用户算法 16
8.6 星历参数 16
8.6.1 参数说明 16
8.6.2 用户算法 18
8.7 电离层延迟改正模型参数 19
8.7.1 参数说明 19
8.7.2 用户算法 19
8.8 中等精度历书 24
8.8.1 参数说明 24
8.8.2 用户算法 25
8.9 简约历书 26
8.9.1 参数说明 26
8.9.2 用户算法 26
8.10 地球定向参数 27
8.10.1 参数说明 27
8.10.2 用户算法 27
8.11 BDT-UTC 时间同步参数 28
8.11.1 参数说明 28
8.11.2 用户算法 28
8.12 BGTO 参数 29
8.12.1 参数说明 29
8.12.2 用户算法 29
8.13 卫星健康状态 30
8.14 卫星完好性状态标识 30
8.15 空间信号精度指数 30
8.16 空间信号监测精度指数 31
9 符合性验证方法 31
9.1 概述 31
9.2 信号特性验证方法 31
Ⅱ
GB/T 39414.5—2024
9.2.1 测试设备与连接 31
9.2.2 测试与判别方法 31
9.3 测距码特性验证方法 31
9.3.1 测试设备与连接 31
9.3.2 测试与判别方法 31
9.4 导航电文结构验证方法 31
9.4.1 测试设备与连接 31
9.4.2 测试与判别方法 31
9.5 导航电文参数算法验证方法 32
9.5.1 测试设备与连接 32
9.5.2 测试与判别方法 32
附录 A(资料性) 多进制 LDPC 编译码方法及示例 33
Ⅲ
GB/T 39414.5—2024
前 言
本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。
本文件是 GB/T 39414《北斗卫星导航系统空间信号接口规范》的第 5 部分 。GB/T 39414 已经发布了以下部分：
——第 1 部分：公开服务信号 B1C;
——第 2 部分：公开服务信号 B2a;
——第 3 部分：公开服务信号 B1I;
——第 4 部分：公开服务信号 B3I;
——第 5 部分：公开服务信号 B2b。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。
本文件由中央军委装备发展部提出 。
本文件由全国北斗卫星导航标准化技术委员会(SAC/TC 544)归口 。
本文件起草单位：中国卫星导航工程中心 、中国航天标准化研究所 、北京卫星导航中心 、中国空间技术研究院 、中国科学院微小卫星创新研究院 、华中科技大学 、北京航空航天大学 、中国航天电子技术研究院 。
本文件主要起草人：宿晨庚 、郭树人 、高为广 、卢鋆 、王维嘉 、高丽峰 、高扬 、杨晓珩 、唐祖平 、黄勤 、王梦丽 、陈颖 、董海青 、朱智勇 、李罡 、景贵飞 、陈亮 、任前义 、陈正坤 、吕飞仁 。
Ⅴ
GB/T 39414.5—2024
引 言
北斗卫星导航系统分为北斗一号 、北斗二号和北斗三号三个建设发展阶段 。北斗卫星导航系统目前播发的定位导航授时服务公开信号包括 B1I、B2I、B3I、B1C、B2a、B2b。其中 ，B1I、B3I 信号在北斗二号和北斗三号的中圆地球轨道(MEO)卫星 、倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星和地球静止轨道(GEO)卫星上播发 ;B2I 信号在北斗二号所有卫星上播发 ，在北斗三号卫星上将被 B2a 信号取代;B1C、B2a、 B2b 信号在北斗三号中圆地球轨道(MEO)卫星和倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星上播发 。
B2b 信号是北斗三号卫星(GEO/IGSO/MEO)播发的下行卫星导航信号 ，包含 I 支路和 Q 支路 ，同时承载了定位导航授时 、全球短报文通信反向链路 、国际搜救反向链路等服务 。GB/T 39414 拟由五个部分构成 。
——第 1 部分：公开服务信号 B1C。 目的在于确立空间星座和用户终端之间公开服务信号 B1C的信号特性 、导航电文结构及用户算法等 。
——第 2 部分：公开服务信号 B2a。 目的在于确立空间星座和用户终端之间公开服务信号 B2a 的信号特性 、导航电文结构及用户算法等 。
——第 3 部分：公开服务信号 B1I。 目的在于确立空间星座和用户终端之间公开服务信号 B1I 的信号特性 、导航电文结构及用户算法等 。
——第 4 部分：公开服务信号 B3I。 目的在于确立空间星座和用户终端之间公开服务信号 B3I 的信号特性 、导航电文结构及用户算法等 。
——第 5 部分：公开服务信号 B2b。 目的在于确立空间星座和用户终端之间公开服务信号 B2b 的信号特性 、导航电文结构及用户算法等 。
Ⅵ
GB/T 39414.5—2024
北斗卫星导航系统空间信号接口规范
第 5 部分：公开服务信号 B2b
1 范围
本文件规定了北斗卫星导航系统(以下简称北斗系统)空间星座(IGSO/MEO)和用户终端之间公开服务信号 B2b 的信号特性 、导航电文结构及用户算法等 。
本文件适用于使用 B2b 信号实现定位导航授时产品的研制 、生产和检验 。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包含所有的修改单)适用于本文件 。
GB/T 39267 北斗卫星导航术语
3 术语、定义和缩略语
3.1 术语和定义
GB/T 39267 界定的术语和定义适用于本文件 。
3.2 缩略语
下列缩略语适用于本文件 。
BDCS：北斗坐标系(BeiDou Coordinate System)
BDGIM：北斗全球电离层延迟修正模型(BeiDou Global Ionospheric delay correction Model)
BDT：北斗时(BeiDou Navigation Satellite System Time)
BGTO：BDT⁃GNSS 时间同步(BDT⁃GNSS Time Synchronous)
CRC：循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check)
EOP：地球定向参数(Earth Orientation Parameters)
GEO：地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit)
GF：伽罗瓦域(Galois Field)
GNSS：全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System)
IERS：国际地球自转服务(International Earth Rotation and Reference Systems Service)
IGSO：倾斜地球同步轨道(Inclined GeoSynchronous Orbit)
LDPC：低密度奇偶校验(Low Density Parity Check)
MEO：中圆地球轨道(Medium Earth Orbit)
MSB：最高有效位(Most Significant Bit)
PRN：伪随机噪声码(Pseudo⁃Random Noise)
SOW：周内秒计数(Seconds of Week)
1
GB/T 39414.5—2024
TECu：总电子含量单位(Total Electron Content unit)
UTC：协调世界时(Universal Time Coordinated)
WN：整周计数(Week Number)
4 北斗系统概述
4.1 空间星座
北斗系统标称空间星座由 3 颗 GEO 卫星 、3 颗 IGSO 卫星和 24 颗 MEO 卫星组成 ，并视情部署在轨备份卫星 。GEO 卫星轨道高度 35 786 km，分别定点于东经 80°、110.5°和 140°;IGSO 卫星轨道高度 35 786 km，轨道倾角 55°;MEO 卫星轨道高度 21 528 km，轨道倾角 55 °。
4.2 坐标系统
北斗系统采用北斗坐标系(BDCS)，北斗坐标系的定义符合国际地球自转服务(IERS)组织规范 ，与 2000 中国大地坐标系(CGCS2000)定义一致(具有完全相同的参考椭球参数)，具体定义如下 。
a) 原点 、轴向及尺度定义包括：
1) 原点位于地球质心;
2) Z 轴指向 IERS 定义的参考极( IRP)方向;
3) X 轴为 IERS 定义的参考子午面(IRM)与通过原点且同 Z 轴正交的赤道面的交线;
4) Y 轴与 Z、X 轴构成右手直角坐标系;
5) 长度单位是国际单位制(SI)米 。
b) 参考椭球定义：BDCS 参考椭球的几何中心与地球质心重合，参考椭球的旋转轴与 Z 轴重合 。 BDCS 参考椭球定义的基本常数见表 1。
表 1 BDCS 参考椭球的基本常数
序号
参数
定义
1
长半轴
a = 6 378 137.0 m
2
地心引力常数(包含大气层)
μ = 3.986 004 418 × 1014 m3/s2
3
扁率
f = 1/298.257 222 101
4
地球自转角速度
Ω.e = 7.292 115 0 × 10-5 rad/s
4.3 时间系统
北斗系统的时间基准为北斗时(BDT)。 BDT 采用国际单位制(SI)秒为基本单位连续累计 ，不闰秒 ，起始历元为 2006 年 1 月 1 日协调世界时(UTC)00 时 00 分 00 秒 。BDT 通过 UTC(NTSC)与国际 UTC 建立联系，BDT 与国际 UTC 的偏差保持在 50 ns 以内(模 1 s)。 BDT 与 UTC 之间的闰秒信息在导航电文中播报 。
2
GB/T 39414.5—2024
5 信号特性
5.1 信号结构
提供定位导航授时服务的 B2b 信号 I 支路的载波频率 、调制方式及符号速率见表 2。
表 2 B2b 信号 I 支路信号结构
信号
载波频率/MHz
调制方式
符号速率/S/s
B2b 信号 I支路
1 207.14
BPSK(10)
1 000
5.2 信号调制
B2b 信号 I 支路分量 sB2b_I( t ) 由导航电文数据 DB2b_I( t ) 和测距码 CB2b_I( t ) 调制产生，sB2b_I( t ) 的数学表达式见公式(1)。
sB2b_I ( t )= DB2b_I( t ) ⋅ CB2b_I( t ) …………………………( 1 )
式中：
t ——以北斗时为基准的时间;
sB2b_I( t ) ——B2b信号 I支路分量;
DB2b_I( t ) ——B2b信号 I支路的导航电文数据码，数学表达式见公式(2);
CB2b_I( t ) ——B2b信号 I支路的导航电文测距码，数学表达式见公式(3)。
式中：
k ——以数据码码元为单位的序号;
dB2b_I ——B2b信号 I支路的导航电文数据码;
pB2b_I( t ) ——宽度为 TB2b_I 的矩形脉冲;
TB2b_I ——相应的数据码片宽度 。
式中：
n ——以码序列周期为单位的序号;
m ——以测距码码元为单位的序号;
cB2b_I ——I支路分量的测距码序列，取值为±1;
NB2b_I ——对应分量的测距码码长，取值为 10 230;
Tc_B2b_I ——B2b信号 I支路的测距码码片宽度，取值为 1/Rc_B2b_I;
R c_B2b_I ——B2b信号 I支路的测距码速率，取值为 10.23 Mb/s;
pT c_B2b_I ( t ) ——宽度为 Tc_B2b_I 的矩形脉冲 。
3
GB/T 39414.5—2024
5.3 逻辑电平
调制信号的逻辑电平与信号电平之间的对应关系见表 3。
表 3 逻辑电平与信号电平之间的映射关系
逻辑电平
信号电平
1
-1.0
0
+1.0
5.4 极化方式
卫星发射信号为右旋圆极化(RHCP)。
5.5 载波相位噪声
未调制载波的相位噪声谱密度应满足单边噪声带宽为 10 Hz 的三阶锁相环的载波跟踪精度达到0.1 rad(RMSE)。
5.6 杂散
卫星发射的杂散信号不超过-50 dBc。
5.7 相关损耗
由星上载荷失真导致的相关损耗不超过 0.6 dB。
5.8 数据/码一致性
每个数据符号的边沿与码片的边沿对齐，周期性的测距码第一个码片的起始时刻与数据符号位起始时刻对齐 。
5.9 信号一致性
任意信号分量间伪码相位互差不超过 10 ns。
5.10 地面接收功率电平
当卫星仰角大于 5° , 在地球表面附近的接收机右旋圆极化天线为 0 dBi 增益(或线性极化天线为3 dBi 增益)时，卫星发射的导航信号到达接收机天线输出端的最小功率电平见表 4。
表 4 地面接收的最小功率电平
信号
卫星类型
最小接收功率/dBW
B2b 信号I支路
MEO 卫星
-160
IGSO 卫星
-162
B2b 信号 I 支路具有以下特性：波束轴向相对于地球边缘滚降不超过 2 dB。
4
GB/T 39414.5—2024
6 测距码特性
B2b 信 号 I 支 路 测 距 码 速 率 为 10.23 Mc/s，码 长 为 10230，由 两 个 13 级 线 性 反 馈 移 位 寄 存 器[g1 ( x )、g2 ( x )]通过移位及模二和生成的 Gold 码扩展得到 。B2b 信号 I 支路码生成多项式见公式(4)。
g2 ( x )= 1 + x3 + x4 + x6 + x9 + x 12 + x 13
í(ì)ïg1 ( x )= 1 + x + x9 + x 10 + x 13 ( 4 )
具体实现见图 1。
图 1 B2b 信号 I 支路测距码发生器
其中 ，寄存器 1 的初始值均为全 1，寄存器 2 的初始值在表 5 中给出 ，排列方式为[s2，1，s 2，2，s 2，3，… , s 2，13]。在测距码周期起始时刻 ，寄存器 1 和寄存器 2 同步复位 ;测距码周期中 ，第 8190 码片的结束时刻，寄存器 1 需复位 。重复以上过程，得到长度为 10230 的测距码 。
B2b 信号 I 支路共有 53 个测距码 ，具体参数见表 5。其中 ，头 24 个码片和末尾 24 个码片用八进制表示，高位先传 。
表 5 B2b 信号 I 支路测距码参数
PRN 号
寄存器 2 初始值(二进制)
头 24个码片(八进制)
末尾 24个码片(八进制)
6
1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0
42471422
44530033
7
1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0
42071026
63454537
8
1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1
10070621
52114120
9
1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1
32631660
15654621
10
1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0
51031210
12615765
11
1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1
24752203
23740542
12
1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0
67353533
07467654
13
1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1
25353617
52575257
5
GB/T 39414.5—2024
表 5 B2b 信号 I 支路测距码参数( 续 )
PRN 号
寄存器 2 初始值(二进制)
头 24个码片(八进制)
末尾 24个码片(八进制)
14
1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1
11351722
55226274
15
1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0
61351343
01160270
16
1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1
16550441
50756326
17
1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1
04153547
27542214
18
1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1
37651752
10640254
19
1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0
40652553
14350465
20
1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1
12451253
57452211
21
1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1
34450664
00071604
22
1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1
15313657
10263607
23
1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0
56312563
13020015
24
1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0
71510447
47474176
25
1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0
44513562
16076344
26
1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0
54112445
55540654
27
1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1
00111432
62507667
28
1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0
55610115
63416213
29
1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0
60613030
32014021
30
1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1
36410161
43533653
31
1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0
73013021
61313161
32
1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0
65010372
03246551
33
1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1
12013173
07756360
34
1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1
14011703
01251744
35
1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1
35360744
27367153
36
1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0
65561461
77223601
37
1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1
04561533
11666400
38
1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1
35661303
35322566
39
1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1
31661552
07107560
40
1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1
12463623
46612101
41
1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1
34462214
11231514
42
1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0
55062742
50710211
43
1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1
25323543
34555532
44
1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0
64320656
03034702
45
1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1
13121550
75766350
46
1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1
05221747
50550432
6
GB/T 39414.5—2024
表 5 B2b 信号 I 支路测距码参数( 续 )
PRN 号
寄存器 2 初始值(二进制)
头 24个码片(八进制)
末尾 24个码片(八进制)
47
1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0
64741521
45030464
48
1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1
17540076
01547030
49
1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1
13540627
33762036
50
1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1
16541066
57616221
51
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0
72540775
55327237
52
1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1
10640752
16072557
53
1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1
05442537
64716537
54
1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0
73301542
21130334
55
1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0
65500312
16343063
56
1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1
31503365
21304050
57
1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0
51102623
36574544
58
1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0
70100474
31701764
7 导航电文结构
7.1 导航电文概述
7.1.1 导航电文类型
B2b 信号 I 支路采用 B⁃CNAV3 电文格式见 7.2。
7.1.2 校验码
B ⁃CNAV3 导 航 电 文 采 用 了 循 环 冗 余 校 验(CRC)，具 体 实 现 方 式 为 CRC ⁃24Q，其 生 成 多 项 式 见公式(5)。
g gi xi …………………………( 5 )
式中：
g ( x ) 见公式(6)。
g ( x ) = ( 1 + x ) p ( x ) …………………………( 6 )
式中：
p ( x ) = x23 + x 17 + x 13 + x 12 + x 11 + x9 + x8 + x7 + x5 + x3 + 1。
长度为 k 的信息序列 mi( i = 1~k)可表示为公式(7)多项式：
m ( x ) = mk + mk - 1 x + mk - 2 x2 + ⋯ + m 1 xk - 1…………………………( 7 )
多项式 m ( x ) x24 除以生成多项式 g( x )，得到余式见公式(8)：
7
GB/T 39414.5—2024
R ( x ) =p24 +p23 x +p22 x2 + … +p1 x23 …………………………( 8 )
式中：
p1，p2，… ,p24 依次输出构成 CRC 校验序列 。实现过程中，寄存器初始值设为全 0。
7.2 B⁃CNAV3 导航电文
7.2.1 基本描述
B-CNAV3 导航电文包括基本导航信息和基本完好性信息 。每帧电文长度为 1 000 符号位 ，符号速率为 1 000 S/s，播发周期为 1 s。基本的帧结构定义如图 2 所示 。
图 2 B⁃CNAV3 帧结构
每帧电文的前 16 符号位为帧同步头(Pre)，其值为 0xEB90，即 1110 1011 1001 0000，采用高位先发 。PRN 号为 6 bits，无符号整型 。
每帧电文在纠错编码前的长度为 486 bits，包括信息类型(6 bits)、周内秒计数(20 bits)、电文数据(436 bits)、循环冗余校验位(24 bits)。 信息类型 、周内秒计数 、电文数据均参与循环冗余校验计算 。采用 64 进制 LDPC(162，81)编码后，长度为 972 符号位 。
7.2.2 编码方案和编码参数
B-CNAV3 导航电文采用 64 进制 LDPC(162，81)编码 ，其每个码字符号由 6 bits 构成 ，定义于本原多项式为 p ( x ) = 1 + x + x6 的有限域 GF(26)。 多进制符号与二进制比特的映射采用向量表示法 ，且高位在前 。信息长度 k=81 码字符号 ，即 486 bits。其校验矩阵是一个 81×162 稀疏矩阵 H81，162，定义于本原多项式为 p ( x ) = 1 + x + x6 的有限域 GF(26)，前 81×81 部分对应信息符号 ，后 81×81 部分对应校验符号，其非零元素的位置定义如下：
8
GB/T 39414.5—2024
其中的每个元素为有限域 GF(26)的多进制符号，其元素按向量表示法表示，如下矩阵所示：
9
GB/T 39414.5—2024
以上矩阵自上而下按栏读取 ，一栏读完后自左向右换下一栏继续读取 。一栏中 ，每行的 4 个数字对应矩阵中一行 4 个非零元素 。H81，162 的读取规则如图 3 所示 。
10
GB/T 39414.5—2024
图 3 H81，162 读取流程图
编译码方法及示例参见附录 A。
7.2.3 编排格式
B ⁃CNAV3 导 航 电 文 当 前 定 义 了 3 个 有 效 信 息 类 型 ，分 别 为 信 息 类 型 10、30、40，其 编 排 格 式 见图 4~图 6。
图 4 B⁃CNAV3 信息类型 10 编排格式
11
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图 5 B⁃CNAV3 信息类型 30 编排格式
图 6 B⁃CNAV3 信息类型 40 编排格式
其中，“星历 Ⅰ ”“星历 Ⅱ ”“钟差参数 ”“SISAIoc ”“ 电离层延迟改正模型参数 ”“BDT⁃UTC 时间同步 参数 ”“简约历书 ”“EOP 参数 ”“BGTO 参数 ”“ 中等精度历书 ”均为一组参数构成的数据块，且“星历 Ⅰ ”与“星历 Ⅱ ”构成一组完整的星历参数 。各数据块的详细编排格式见图 7~图 16。
图 7 星历 Ⅰ(共 203 bits)
图 8 星历 Ⅱ(共 222 bits)
图 9 钟差参数(共 69 bits)
图 10 ISAIoc(共 22 bits)
图 11 电离层延迟改正模型参数(共 74 bits)
12
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图 12 BDT-UTC 时间同步参数(共 97 bits)
图 13 简约历书(共 38 bits)
图 14 EOP 参数(共 138 bits)
图 15 BGTO 参数(共 68 bits)
图 16 中等精度历书(共 156 bits)
B-CNAV3 导航电文中各参数说明见表 6 中的标示 。
表 6 B-CNAV3 导航电文各参数说明
序号
电文参数
参数定义及描述
1
CRC
见 7.1.2
2
PRN
见 8.1
3
MesType
见 8.2
4
SOW
见 8.3
5
WN
见 8.3
6
钟差参数
见 8.4
7
TGDB2bI
见 8.5
8
星历参数(星历 Ⅰ 、星历 Ⅱ )
见 8.6
9
电离层延迟改正模型参数
见 8.7
10
中等精度历书
见 8.8
13
GB/T 39414.5—2024
表 6 B ⁃CNAV3 导航电文各参数说明 (续)
序号
电文参数
参数定义及描述
11
WNa
见 8.9
12
toa
见 8.9
13
简约历书
见 8.9
14
EOP 参数
见 8.10
15
BDT⁃UTC 时间同步参数
见 8.11
16
BGTO 参数
见 8.12
17
HS
见 8.13
18
DIFI
见 8.14
19
SIFI
见 8.14
20
AIFI
见 8.14
21
SISAIoe
见 8.15
22
SISAIoc
见 8.15
23
SISMA
见 8.16
8 导航电文参数和算法
8.1 测距码编号
导航电文中播发的测距码 PRN 号为 6 bits，无符号整型 。
8.2 信息类型
信息类型(MesType)用于标识 B⁃CNAV3 每帧电文的类型，共 6 bits，无符号整型 。其定义见表 7。
表 7 信息类型定义
MesType(二进制)
信息类型
000000
无效
001010
信息类型 10
011110
信息类型 30
101000
信息类型 40
其他
预留
8.3 系统时间参数
B⁃CNAV3 导航电文播发的系统时间参数包括周内秒计数(SOW)和整周计数(WN)，各参数定义及特性说明见表 8。
14
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表 8 系统时间参数定义及说明
参数
定义
比特数
比例因子
有效范围
单位
SOW
周内秒计数
20
1
0~604 799
s
WN
整周计数
13
1
0~8 191
周
周内秒计数(SOW)在 B-CNAV3 所有信息类型中播发 。SOW 对应的秒时刻表示本帧同步头第一个脉冲上升沿所对应的秒时刻 。SOW 在北斗时每周日 00 时 00 分 00 秒从零开始计数，在每周的结束时刻被重置为零 。
整周计数(WN)为北斗时的整周计数 ，在 B-CNAV3 信息类型 30 中播发 ，共 13 bits。WN 以北斗时的起始历元(2006 年 1 月 1 日 00 时 00 分 00 秒 UTC)为起点，从零开始计数 。
8.4 钟差参数
8.4.1 参数说明
一组钟差参数包括 toc、α 0、α 1、α 2，钟差参数定义及特性说明见表 9。
表 9 钟差参数定义及说明
序号
参数
定义
比特数
比例因子
有效范围 b
单位
1
toc
钟差参数参考时刻
11
300
0~604 500
s
2
α 0
卫星钟偏差系数
25a
2-34
—
s
3
α 1
卫星钟漂移系数
22a
2-50
—
s/s
4
α 2
卫星钟漂移率系数
11a
2-66
—
s/s2
a 为 2 进制补码，最高有效位(MSB)是符号位(+或-)。
b 除非在“有效范围 ”栏中另有说明，否则参数的有效范围是所给定的位数与比例因子共同确定的最大范围 。
8.4.2 用户算法
接收机用户可通过下式计算出信号发射时刻的 BDT 时间：
t1 = tsv - Δtsv1 …………………………( 9 )
式中：
t1 ——由钟差参数计算的信号发射时刻的 BDT 时间，单位为秒(s);
tsv ——信号发射时刻的卫星测距码相位时间，单位为秒(s);
Δtsv1 ——由钟差参数计算的卫星测距码相位时间偏移，单位为秒(s)，由公式(10)计算：
Δtsv1 = α0 + α1 ( t1 - toc ) + α2 ( t1 - toc )2 + Δtr ( 10 )
式中：
t1 ——由钟差参数计算的信号发射时刻的 BDT 时间，可用 tsv 替代;
Δtr = F ⋅ e ⋅ 、⋅ sin Ek …………………………( 11 )
式中：
F ——常数，取值为-2μ12c2;
μ ——地心引力常数，取值为 3.986 004 418 × 1014 m3s2;
c ——光速，取值为 2.997 924 58 × 108 m/s;
15
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e ——卫星轨道偏心率，由本卫星星历参数得到;
——卫星轨道长半轴的开方，由本卫星星历参数计算得到;
Ek ——卫星轨道偏近点角，由本卫星星历参数计算得到 。
8.5 群延迟修正参数
8.5.1 参数说明
星上设备群延迟是指卫星信号从星载频率源到卫星发射天线相位中心的传输时延 。星上设备群延迟对码相位测量的影响可通过钟差参数 α 0 和群延迟修正参数共同补偿 。导航电文播发的 α 0 包含了B3I 信号的星上设备群延迟，见表 10。
注：星上设备群延迟( TGDB2bI)在 B-CNAV3 电文中播发，以 B3I信号为基准，用于补偿 B2b 信号 I支路的时延差 。
表 10 群延迟参数定义及说明
参数
定义
比特数
比例因子
有效范围 b
单位
TGDB2bI
B2b 信号 I支路时延差
12a
2-34
—
s
a 为 2 进制补码，最高有效位(MSB)是符号位(+或-)。
b 除非在“有效范围 ”栏中另有说明，否则参数的有效范围是所给定的位数与比例因子共同确定的最大范围 。
8.5.2 用户算法
用户算法包括如下内容：
对于使用 B2b 信号 I 支路的单频接收机用户，码相位修正量计算方法见公式(12)。
( ΔtSV1 )B2bI = ΔtSV1 - TGDB2bI ……………………………( 12 )
8.6 星历参数
8.6.1 参数说明
卫星的星历由 18 个准开普勒轨道参数和 1 个卫星轨道类型参数构成，星历参数定义见表 11。
表 11 星历参数定义
序号
参数
定义
1
toe
星历参考时刻
2
SatType
卫星轨道类型
3
ΔA
参考时刻长半轴相对于参考值的偏差
4
.
A
长半轴变化率
5
Δn0
参考时刻卫星平均角速度与计算值之差
6
Δn.0
参考时刻卫星平均角速度与计算值之差的变化率
7
M0
参考时刻的平近点角
8
e
偏心率
9
ω
近地点幅角
10
Ω0
周历元零时刻计算的升交点经度
11
i0
参考时刻的轨道倾角
16
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表 11 星历参数定义 (续)
序号
参数
定义
12
.
Ω
升交点赤经变化率
13
.
i0
轨道倾角变化率
14
Cis
轨道倾角的正弦调和改正项的振幅
15
C ic
轨道倾角的余弦调和改正项的振幅
16
Crs
轨道半径的正弦调和改正项的振幅
17
Crc
轨道半径的余弦调和改正项的振幅
18
Cus
纬度幅角的正弦调和改正项的振幅
19
Cuc
纬度幅角的余弦调和改正项的振幅
星历参数的特性说明见表 12。
表 12 星历参数说明
序号
参数
比特数
比例因子
有效范围 b
单位
1
toe
11
300
0 ~604 500
s
2
SatTyped
2
—
—
—
3
ΔAc
26a
2-9
—
m
4
.
A
25a
2-21
—
m/s
5
Δn0
17a
2-44
—
π/s
6
Δn.0
23a
2-57
—
π/s2
7
M0
33a
2-32
—
π
8
e
33a
2-34
—
无量纲
9
ω
33a
2-32
—
π
10
Ω0
33a
2-32
—
π
11
i0
33a
2-32
—
π
12
.
Ω
19a
2-44
—
π/s
13
.
i0
15a
2-44
—
π/s
14
Cis
16a
2-30
—
rad
15
C ic
16a
2-30
—
rad
16
Crs
24a
2-8
—
m
17
Crc
24a
2-8
—
m
18
Cus
21a
2-30
—
rad
19
Cuc
21a
2-30
—
rad
a 为 2 进制补码，最高有效位(MSB)是符号位(+或-)。
b 除非在“有效范围 ”栏中另有说明，否则参数的有效范围是所给定的位数与比例因子共同确定的最大范围 。 c 长半轴参考值 Aref = 279 061 00 m(MEO)，A ref = 421 622 00 m(IGSO/GEO)。
d SatType 含义(2 进制数)：01代表 GEO 卫星，10代表 IGSO 卫星，11代表 MEO 卫星，00 为预留 。
17
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8.6.2 用户算法
用户接收机根据接收到的星历参数，可计算相应卫星(实际是卫星天线相位中心)在北斗坐标系中的坐标，相应的算法如表 13。
表 13 星历用户算法
公式
说明
μ = 3.986 004 418 × 1014 m3s2
BDCS 坐标系下的地心引力常数
Ω.e = 7.292 115 0 × 10-5rad/s
BDCS 坐标系下的地球自转角速度
π = 3.141 592 653 589 8
圆周率
tk = t1 - toea
计算与参考时刻的时间差
A 0 = A ref + ΔAb
计算参考时刻的长半轴
Ak = A 0 + ( A.) tk
计算长半轴
、A 0(3)
n0 = μ
计算参考时刻的卫星平均角速度
ΔnA = Δn0 + 1/2 Δn.0 tk
计算卫星平均角速度的偏差
nA = n0 + ΔnA
计算改正后的卫星平均角速度
Mk = M0 + nA tk
计算平近点角
Mk = Ek - e sin Ek
迭代计算偏近点角
í
sin νk = cos Ek - e
cos νk = 1 - e cos Ek
计算真近点角
ϕk = νk + ω
计算纬度幅角
ï
í
δuk = Cus sin ( 2ϕk ) + Cuc cos( 2ϕk )
δrk = Crs sin ( 2ϕk ) + Crc cos( 2ϕk )
δik = Cis sin ( 2ϕk ) + Cic cos( 2ϕk )
计算纬度幅角改正项
计算径向距离改正项
计算轨道倾角改正项
uk = ϕk + δuk
计算改正后的纬度幅角
rk = Ak( 1 - e cos Ek ) + δrk
计算改正后的径向距离
ik = i0 + i.0 ⋅ tk + δik
计算改正后的轨道倾角
îyk = rk sin uk
íìxk = rk cos uk
计算卫星在轨道平面内的坐标
Ωk = Ω0 + ( Ω. - Ω.e ) tk - Ω.e toe
计算改正后的 MEO/IGSO 卫星升交点经度
í(ì)ï
Xk = xk cos Ωk -yk cos ik sin Ωk Yk = xk sin Ωk +yk cos ik cos Ωk Zk =yk sin ik
计算 MEO/IGSO 卫星在 BDCS 坐标系中的坐标
a 表达式中，t1 是由钟差参数计算的信号发射时刻的 BDT 时间，即修正信号传播时延后的系统时间 。tk 是 t1 和星历参考时刻 toe 之间的总时间差，并考虑了跨过一周开始或结束的时间，即：如果 tk > 302 400，就从 tk 中减去
604 800;如果 tk < -302 400 时，就对 tk 加上 604 800。
b 长半轴参考值 Aref = 27 906 100 m(MEO)，A ref = 42 162 200 m(IGSO/GEO)。
18
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8.7 电离层延迟改正模型参数
8.7.1 参数说明
北斗全球电离层延迟修正模型(BDGIM)包含 9 个参数 ，用于单频用户接收机修正信号传播过程中的电离层延迟效应 ，各参数特性说明见表 14。对于双频用户 ，可采用双频无电离层组合伪距算法来修正电离层延迟效应 。
表 14 电离层延迟改正模型参数说明
参数
比特数
比例因子
有效范围 b
单位
α 1
10
2-3
—
TECu
α 2
8a
2-3
—
TECu
α 3
8
2-3
—
TECu
α4
8
2-3
—
TECu
α 5
8
-2-3
—
TECu
α 6
8a
2-3
—
TECu
α 7
8a
2-3
—
TECu
α 8
8a
2-3
—
TECu
α 9
8a
2-3
—
TECu
a 为 2 进制补码，最高有效位(MSB)是符号位(+或-)。
b 除非在“有效范围 ”栏中另有说明，否则参数的有效范围是所给定的位数与比例因子共同确定的最大范围 。
8.7.2 用户算法
北斗全球电离层延迟修正模型(BDGIM)以改进的球谐函数为基础 ，用户接收机根据 BDGIM 计算电离层延迟改正值见公式(13)：
式中：
Tion ——卫星与接收机视线方向的电离层延迟改正值，单位为米(m);
MF ——投影函数，用于垂向和斜向电离层总电子含量(TEC)之间的转换，计算见公式(24);
f ——当前信号对应的载波频率，单位为赫兹(Hz);
α i ——电离层延迟改正模型参数(见表 14)，单位为 TECu，( i = 1~9);
Ai ——根据式(18)计算得到的数值，( i = 1~9);
A 0 ——根据式(21)计算得到的电离层延迟预报值，单位为 TECu。
用户接收机采用 BDGIM 计算卫星与接收机视线方向电离层延迟的具体步骤如下：
a) 电离层穿刺点位置的计算
以 Φ 表示用户和电离层穿算见公式 …(14…)……………：( 14 )
19
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式中：
E ——卫星高度角，单位为弧度;
Hion ——电离层薄层高度;
R e ——地球平均半径 。
电离层穿刺点在地球表面投影的地理纬度 φ g 和地理经度 λ g 的计算见公式(15)：
λ(φ)gg λ(a)u(r)ia(n)r(c uc⋅o(s)sφ s+si(in)suc(φ)g(φ)) ⋅ cos A ) ……………………( 15 )
式中：
φ u ——用户地理纬度，单位为弧度(rad);
λ u ——用户地理经度，单位为弧度(rad);
A ——卫星方位角，单位均为弧度 。
地固坐标系下，电离层穿刺点在地球表面投影的地磁纬度 φ m 和地磁经度 λm 的计算见公式(16)：
ë sin φM ⋅ sin φ m - sin φg û
g ⋅ cos ( λg - λM )]……………………( 16 )
式中：
φ M ——地磁北极的地理纬度，单位为弧度(rad);
λ M ——地磁北极的地理经度，单位为弧度(rad)。
日固坐标系下，电离层穿刺点的地磁纬度 φ ′ 和地磁经度 λ ′ 的计算见公式(17)：
式中：
Slon ——平太阳地理经度，单位为弧度(rad);
计算公式为 Slon = π ⋅{ 1 - 2 ⋅ [t - int ( t )]｝。其中，t 表示计算时刻，以约化儒略日(MJD)表示，单位为天(d);int (⋅) 表示向下取整 。
b) Ai ( i = 1~9 ) 的计算
Ai 的具体计算见公式(18)：
式中，ni 和 mi 对应的取值见表 15。
表 15 ni 和 mi 对应取值
i
1
2
3
4
5
6
7
8
9
nimi
0/0
1/0
1/1
1/-1
2/0
2/1
2/-1
2/2
2/-2
φ ′ 与 λ ′ 根 据 式(16)计 算 得 到 ;P( ͂) n ,m 表 示 n 度 m 阶 的 归 化 勒 让 德 函 数 ，P( ͂) n ,m = Nn ,m ⋅ P n ,m ( P( ͂) n ,m 计 算
时，n、m 均取绝对值);Nn ,m 为正则化函数，其计算见公式(19)：
20
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{ ……………………( 19 )
P n ,m 为标准的勒让德函数，其递推计算见公式(20)：
其他 ………( 20 )
式中：
( 2n - 1 )!! = ( 2n - 1 ) ⋅ ( 2n - 3 ) ⋅ ⋅ ⋅1，且 P0 ,0 ( sin φ ′ ) = 1。
c) 电离层延迟预报值 A 0 的计算
A 0 的具体计算见公式(21)：
式中：
nj 及 mj 的具体取值参见表 16，P( ͂)|nj| , |mj| ( sin φ ′ ) 的计算见公式(19)和公式(20);βj ( j = 1 17 ) 由公式
(22)计算得到：
式中：
ak ,j 与 bk ,j ——表 16 中 BDGIM 模型的非发播系数，单位为 TECu;
Tk ——表 16 中各非发播系数对应的预报周期;
tp ——对应当天约化儒略日的奇数整点时刻(01：00：00，03：00：00，05：00：00，… , 23：00：
00)，单位为天(d)，用户计算时选取距离当前计算时刻最近的 tp 使用 。
d) 穿刺点处垂直方向电离层延迟的计算
穿刺点处垂直方向电离层延迟 VTEC(单位为 TECu)的计算见公式(23)：
VTEC = A i Ai …………………………( 23 )
e) 穿刺点电离层投影函数 MF 的计算
电离层穿刺点处的投影函数 MF 的计算见公式(24)：
式中 Re、Hion 及 E 参数含义同公式(14)。
f) 计算信号传播路径上的电离层延迟改正值
21
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结合穿刺点处的垂向电离层延迟及投影函数，按公式(13)即可计算得到信号传播路径上电离层延迟改正值 。
上述计算中，相关参数取值建议如下：
电离层薄层高度：Hion = 400 km;
地球平均半径：R e = 6 378 km;
地磁北极的地理经度 rad;
地磁北极的地理纬度 rad。
22
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表 16 BDGIM 模型的非发播系数及预报周期
编号
k
编号j
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
周期
Tk/d
nj/mj
3/0
3/1
3/-1
3/2
3/-2
3/3
3/-3
4/0
4/1
4/-1
4/2
4/-2
5/0
5/1
5/-1
5/2
5/-2
0
a0 ,j
-0.61
-1.31
-2.00
-0.03
0.15
-0.48
-0.40
2.28
-0.16
-0.21
-0.10
-0.13
0.21
0.68
1.06
0
-0.12
—
1
ak ,j
-0.51
-0.43
0.34
-0.01
0.17
0.02
-0.06
0.30
0.44
-0.28
-0.31
-0.17
0.04
0.39
-0.12
0.12
0
1
bk ,j
0.23
-0.20
-0.31
0.16
-0.03
0.02
0.04
0.18
0.34
0.45
0.19
-0.25
-0.12
0.18
0.40
-0.09
0.21
2
ak ,j
-0.06
-0.05
0.06
0.17
0.15
0
0.11
-0.05
-0.16
0.02
0.11
0.04
0.12
0.07
0.02
-0.14
-0.14
0.5
bk ,j
0.02
-0.08
-0.06
-0.11
0.15
-0.14
0.01
0.01
0.04
-0.14
-0.05
0.08
0.08
-0.01
0.01
0.11
-0.12
3
ak ,j
0.01
-0.03
0.01
-0.01
0.05
-0.03
0.05
-0.03
-0.01
0
-0.08
-0.04
0
-0.02
-0.03
0
-0.03
0.33
bk ,j
0
-0.02
-0.03
-0.05
-0.01
-0.07
-0.03
-0.01
0.02
-0.01
0.03
-0.10
0.01
0.05
-0.01
0.04
0.00
4
ak ,j
-0.01
0
0.01
0
0.01
0
-0.01
-0.01
0
0
0
0
0
0
0
0
0
14.6
bk ,j
0
-0.02
0.01
0
-0.01
0.01
0
-0.02
0
0
0
0
0
0
0
0
0
5
ak ,j
0
0
0.03
0.01
0.02
0.01
0
-0.02
0
0
0
0
0
0
0
0
0
27.0
bk ,j
0.01
0
0
0.01
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
6
ak ,j
-0.19
-0.02
0.12
-0.10
0.06
0
-0.02
-0.08
-0.02
-0.07
0.01
0.03
0.15
0.06
-0.05
-0.03
-0.10
121.6
bk ,j
-0.09
0.07
0.03
0.06
0.09
0.01
0.02
0
-0.04
-0.02
-0.01
0.01
-0.10
0
-0.01
0.02
0.05
7
ak ,j
-0.18
0.06
-0.55
-0.02
0.09
-0.08
0
0.86
-0.18
-0.05
-0.07
0.04
0.14
-0.03
0.37
-0.11
-0.12
182.51
bk ,j
0.15
-0.31
0.13
0.05
-0.09
-0.03
0.06
-0.36
0.08
0.05
0.06
-0.02
-0.05
0.06
-0.20
0.04
0.07
8
ak ,j
1.09
-0.14
-0.21
0.52
0.27
0
0.11
0.17
0.23
0.35
-0.05
0.02
-0.60
0.02
0.01
0.27
0.32
365.25
bk ,j
0.50
-0.08
-0.38
0.36
0.14
0.04
0
0.25
0.17
0.27
-0.03
-0.03
-0.32
-0.10
0.20
0.10
0.30
9
ak ,j
-0.34
-0.09
-1.22
0.05
0.15
-0.29
-0.17
1.58
-0.06
-0.15
0.00
0.13
0.28
-0.08
0.62
-0.01
-0.04
4 028.71
bk ,j
0
-0.11
-0.22
0.01
0.02
-0.03
-0.01
0.49
-0.03
-0.02
0.01
0.02
0.04
-0.04
0.16
-0.02
-0.01
10
ak ,j
-0.13
0.07
-0.37
0.05
0.06
-0.11
-0.07
0.46
0.00
-0.04
0.01
0.07
0.09
-0.05
0.15
-0.01
0.01
2 014.35
bk ,j
0.05
0.03
0.07
0.02
-0.01
0.03
0.02
-0.04
-0.01
-0.01
0.02
0.03
0.02
-0.04
-0.04
-0.01
0
11
ak ,j
-0.06
0.13
-0.07
0.03
0.02
-0.05
-0.05
0.01
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1 342.90
bk ,j
0.03
-0.02
0.04
-0.01
-0.03
0.02
0.01
0.04
0
0
0
0
0
0
0
0
0
12
ak ,j
-0.03
0.08
-0.01
0.04
0.01
-0.02
-0.02
-0.04
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1 007.18
bk ,j
0.04
-0.02
-0.04
0.00
-0.01
0
0.01
0.07
0
0
0
0
0
0
0
0
0
23
GB/T 39414.5—2024
8.8 中等精度历书
8.8.1 参数说明
中等精度历书包括 14 个参数，参数定义及特性说明见表 17。
表 17 中等精度历书参数定义及说明
序号
参数
定义
比特数
比例
因子
有效范围 b
单位
1
PRN a
本组历书数据对应的卫星编号
6
1
1~63
—
2
SatTypec
卫星轨道类型
2
—
—
—
3
WN a
历书参考时刻周计数
13
1
—
周
4
toa
历书参考时刻
8
212
0~602 112
s
5
e
偏心率
11
2-16
—
—
6
δi
参考时刻轨道倾角相对于参考值
的偏差
11a
2-14
—
π
7
/A
长半轴的平方根
17
2-4
—
m1/2
8
Ω0
周历元零时刻计算的升交点经度
16a
2-15
—
π
9
.
Ω
升交点赤经变化率
11a
2-33
—
π/s
10
ω
近地点幅角
16a
2-15
—
π
11
M0
参考时刻的平近点角
16a
2-15
—
π
12
af0
卫星钟偏差系数
11a
2-20
—
s
13
af1
卫星钟漂移系数
10a
2-37
—
s/s
14
Health
卫星健康信息
8
—
—
—
a 为 2 进制补码，最高有效位(MSB)是符号位(+或-)。
b 除非在“有效范围 ”栏中另有说明，否则参数的有效范围是所给定的位数与比例因子共同确定的最大范围 。
c SatType 含义(二进制数)：01代表 GEO 卫星，10代表 IGSO 卫星，11代表 MEO 卫星，00 为预留 。
Health 表示卫星健康信息
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