GB/T 39414.2-2020 北斗卫星导航系统空间信号接口规范 第2部分：公开服务信号B2a

　　ICS 49 . 020 V 04

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 39414 . 2—2020

　　北斗卫星导航系统空间信号接口规范

　　第 2 部分:公开服务信号 B2a

　　Interface specification for signal in space of BeiDou navigation satellite system—

　　part 2 : open service signal B2a

　　2020-1 1-19 发布 2021-06-01 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 . 2—2020

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　　前 言

　　GB/T 39414《北斗卫星导航系统空间信号接口规范》分为 4 个部分：

　　— 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。

　　本部分为 GB/T 39414 的第 2 部分。

　　本部分按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本部分由中央军委装备发展部提出。

　　本部分由全国北斗卫星导航标准化技术委员会(SAC/TC 544)归口 。

　　本部分起草单位：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、中国航天科技集团公司第五研究院、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、清华大学、中国航天电子技术研究院。

　　本部分主要起草人：宿晨庚、高为广、卢望、阮航、王维嘉、泉浩芳、高扬、王威、王梦丽、唐祖平、黄勤、姚铮、麻智超、董海青、陆新颖。

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　　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 目前已发布的公开服务信号包括 B1I、B2I、B3I、B1C 和 B2a。 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，提供公开服务;B2I信号在北斗二号所有卫星上播发，提供公开服务，在北斗三号卫星上将被 B2a信号取代; B1C、B2a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，提供公开服务。

　　GB/T 39414 的本部分主要定义了北斗系统空间星座和用户终端之间公开服务信号 B2a 的相关内容，包括空间信号射频特性、测距码、导航电文结构、导航电文参数和用户算法等，可作为北斗卫星导航产品设计、研制及应用的重要依据。

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　　北斗卫星导航系统空间信号接口规范

　　第 2 部分：公开服务信号 B2a

　　1 范围

　　GB/T 39414 的本部分规定了北斗卫星导航系统(以下简称北斗系统)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。

　　本部分适用于使用 B2a信号的卫星导航产品的研制、生产和检验。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 39267 北斗卫星导航术语

　　3 术语和定义、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。

　　AIF：系统告警标识(Accuracy Integrity Flag)

　　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)

　　BDS：北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System)

　　BGTO：北斗时与其他 GNSS 系统时的偏差(BDT-GNSS Time Offset)

　　BPSK：二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying)

　　CGCS2000 : 2000 中国大地坐标系(China Geodetic Coordinate System 2000)

　　CRC：循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check)

　　DIF：电文完好性标识(Data Integrity Flag)

　　ECI：地心惯性(坐标系)(Earth Centered Inertial)

　　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)

　　GLONASS：格洛纳斯卫星导航系统(Global Navigation Satellite System)

　　GNSS：全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System)

　　GPS：全球定位系统(Global Positioning System)

　　HOW：周内小时计数(Hours Of Week)

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　　ICD：接口控制文件(Interface Control Document)

　　IERS：国际地球自转参考系服务(International Earth Rotation and Reference Systems Service)

　　IGSO：倾斜地球同步轨道(Inclined GeoSynchronous Orbit)

　　IODC：钟差参数版本标识(Issue of Data, Clock)

　　IODE：星历参数版本标识(Issue of Data, Ephemeris)

　　IRM: IERS参考子午面(IERS Reference Meridian)

　　IRP : IERS参考极(IERS Reference Pole)

　　LDPC：低密度奇偶校验(Low Density Parity Check)

　　LSB：最低有效位(Least Significant Bit)

　　MEO：中圆地球轨道(Medium Earth Orbit)

　　MJD：约化儒略 日 (Modified Julian Date)

　　MSB：最高有效位(Most Significant Bit)

　　NTSC：国家授时中心(National Time Service Center)

　　PRN：伪随机噪声(Pseudo-Random Noise)

　　RHCP：右旋圆极化(Right-Hand Circular Polarization)

　　RMS：均方根(Root Mean Square)

　　SIF：信号完好性标识(Singal Integrity Flag)

　　SISA：空间信号精度(Singal in Space Accuracy)

　　SISAI：空间信号精度指数(Singal in Space Accuracy Index)

　　SISMA：空间信号监测精度(Singal in Space Monitoring Accuracy)

　　SISMAI：空间信号监测精度指数(Singal in Space Monitoring Accuracy Index)

　　SOH：小时内秒计数(Seconds of Hour)

　　TEC：总电子含量(Total Electron Content)

　　TECu：总电子含量单位(Total Electron Content unit)

　　UT：世界时(Universal Time)

　　WN：整周计数(Week Number)

　　4 北斗系统概述

　　4 . 1 空间星座

　　北斗全球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 IERS规范，与 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) 犡 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、犡 轴构成右手直角坐标系;

　　5) 长度单位是国际单位制(SI)米。

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　　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参考椭球定义的基本常数

　　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。

　　5 信号特性

　　5 . 1 信号结构

　　B2a信号的载波频率、调制方式及符号速率见表 2 。

　　表 2 B2a信号结构

　　5 . 2 信号调制

　　采用功率归一化的复包络形式来描述信号调制方式。 假设一个调制信号的复包络表达见公式(1) :

　　sX(t)=sX1(t)+jsX2(t) …………………………( 1 )

　　式中：

　　sX(t)—复包络基带信号;

　　sX1(t)—复包络的实部，代表信号的同相分量;

　　j —虚数单位;

　　sX2(t)—复包络的虚部，代表信号的正交分量。

　　sX(t)基带信号形式，描述了调制信号在载波调制之前所真正包含的信号结构与信息内容。 该调制信号也可以表示为带通信号见公式(2) :

　　SX(t)=槡2pX[sX1(t)cos(2πfXt)-sX2(t)sin(2πfXt)] ………………( 2 )

　　式中：

　　SX(t)—带通信号;

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　　PX — 信号功率;

　　fX —信号载波频率。

　　SX(t)完整地表达了一个经载波调制后的带通信号。 因此，基带信号 sX(t)和带通信号 SX(t)是同一个信号的两种表达方式，二者可以相互转换。 B2a信号的复包络可以表示为公式(3) :

　　sB2a(t)=sB2a_data(t)+jsB2a_pilot(t) …………………………( 3 )

　　式中：

　　sB2a_data(t)—数据分量，由导航电文数据 DB2a_data(t)和测距码 CB2a_data(t)调制产生 ;

　　sB2a_pilot(t)—导频分量，仅包括测距码 CB2a_pilot(t)。

　　数据分量与导频分量的功率比为 1 ∶ 1,二者均采用 BPSK(10) 调制方式。 两分量的数学表达式见公式(4)和公式(5) :

　　sB2a_data DB2a_data · CB2a_data …………………………

　　sB2a_pilot CB2a_pilot …………………………( 5 )

　　数据分量中 DB2a_data(t)的数学定义见公式(6) :

　　DB2a_data(t)= dB2a_data[k]PTB2a_data(t-kTB2a_data ) ……………………( 6 )

　　k= -∞

　　式中：

　　dB2a_data —B2a信号的导航电文数据码;

　　PT(t)= { ,, t

　　TB2a_data— 相应的数据码片宽度。

　　CB2a_data(t)和 CB2a_pilot(t)测距码的数学表达式见公式(7) 和公式(8) :

　　∞ NB2a_data-1

　　CB2a_data =n cB2a_data PTc_B2a …………

　　∞ NB2a_pilot-1

　　CB2a_pilot =n cB2a_pilot PTc_B2a …………

　　式中：

　　cB2a_data 和 cB2a_pilot —数据分量和导频分量的测距码序列(取值为 ±1) ;

　　NB2a_data 和 NB2a_pilot —对应分量的测距码码长，其值为主码码长与子码码长的乘积，数据分量为

　　10 230×5, 导频分量为 10 230 × 100 ;

　　Tc_B2a=1/Rc_B2a —B2a信号的测距码码片宽度;

　　Rc_B2a = 10.23 Mbps—B2a信号的测距码速率。

　　B2a信号的分量组成，以及各分量的调制方式、相位关系和功率比见表 3 。

　　表 3 B2a信号调制特性

　　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 4 。

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　　表 4 逻辑电平与信号电平之间的映射关系

　　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( RMS) 。

　　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-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。 每个子码的边沿与主码的边沿对齐，主码第一码片起始时刻与子码码片起始时刻对齐。

　　5 . 9 信号-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 5 。

　　表 5 地面接收的最小功率电平

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　　6 测距码特性

　　6 . 1 测距码结构

　　B2a信号测距码采用分层码结构，由主码和子码相异或构成。 子码的码片宽度与主码的周期相同，子码码片起始时刻与主码第一个码片的起始时刻严格对齐，时序关系见图 1 。

　　图 1 主码、子码时序关系示意图

　　B2a信号测距码参数见表 6 。

　　表 6 B2a信号测距码参数

　　对于 MEO 和 IGSO 卫星，每颗卫星对应唯一的测距码编号(PRN 号)，同一颗卫星播发的 B1C 和B2a信号采用相同的 PRN 号 。

　　6.2 B2a信号测距码

　　6.2. 1 B2a信号主码

　　B2a信号主码的码速率为 10 . 23 Mcps,码长为 10 230,由两个 13 级线性反馈移位寄存器通过移位及模二和生成的 Gold码扩展得到。 B2a数据分量主码见公式(9) :

　　g1(x)= 1 + x+x5 + x11 + x13 …………………………

　　g2(x)= 1 + x3 + x5 + x9 + x11 + x12 + x13

　　B2a导频分量主码见公式(10) :

　　g1(x)= 1 + x3 + x6 + x7 + x13

　　g2(x)= 1 + x +x5 + x7 + x8 + x12 + x13

　　具体实现见图 2 和图 3 。

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　　图 2 B2a数据分量的主码发生器

　　图 3 B2a导频分量的主码发生器

　　在同一卫星上，B2a信号两个分量的主码生成多项式不同，但采用相同的初始状态：寄存器 1 的初始值均为全 1,寄存器 2 的初始值在表 7、表 8 中给出，排列方式为[s2 , 1 , s2 , 2 , s2 , 3 ,…,s2,13] 。在主码周期起始时刻，寄存器 1 和寄存器 2 同步复位;主码周期中，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 10 230 的测距码。

　　B2a信号测距码共有 126 个，数据码和导频码各 63 个 。具体参数见表 7 和表 8 。表 7 和表 8 中，头24 个码片和末尾 24 个码片用八进制表示，最高有效位(MSB)先传。

　　表 7 B2a数据分量的主码参数

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　　表 7(续)

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　　表 7(续)

　　表 8 B2a导频分量的主码参数

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　　表 8(续)

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　　表 8(续)

　　6 . 2 . 2 B2a信号子码

　　对于不同的卫星，B2a数据分量的子码相同，B2a导频分量的子码不同。 要求如下：

　　a) B2a数据分量子码：B2a数据分量的子码码长为 5,采用固定的 5 位码序列作为子码，子码序列为 00010,最高有效位(MSB)先传;

　　b ) B2a导频分量子码：B2a信号导频分量子码由 Weil码通过截断产生，其生成方式描述如下：

　　一个码长为 N 的 Weil码序列定义见公式(11) :

　　W(k;∞ ) =L(k)④ L((k+∞) mod N)，k= 0 , 1 , 2 , … , N - 1 …………( 11 )

　　式中：

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　　L(k)—码长为 N 的 legendre序列;

　　∞ —两个 legendre序列之间的相位差。

　　码长为 N 的 legendre序列 L(k)可根据公式(12)定义产生：

　　(0 ,k= 0

　　L(k)=〈1 ,k ≠ 0,且存在整数 x，使得 k=x2 mod N ………………( 12 )

　　(0,其他

　　式中：

　　mod—模除运算。

　　通过对上述码长为 N 的 Weil码序列进行循环截取，可得到码长为 N0 的测距码，即截断序列见公式(13) :

　　c(n;∞;p)=W((n+p- 1) modN;∞ ) ,n= 0 , 1 , 2 , … , N0 - 1 …………( 13 )

　　式中：

　　p—截取点，表示从 Weil码的第 p 位开始截取，取值范围为 1~N。

　　B2a导频分量的子码码长为 100,由长度为 1 021 的 Weil码通过截断得到，∞ 取值范围是 1~510。 B2a导频分量子码的具体参数见表 9 。表 9 中，头 24 个码片和末尾 24 个码片用八进制表示，最高有效位(MSB)先传。

　　表 9 B2a导频分量的子码参数

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　　表 9(续)

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　　表 9(续)

　　6 . 3 非标准码

　　卫星可通过切换至非标准码，防止用户接收和使用异常信号。 用户不使用非标准码，这里不对其进行具体说明。

　　7 导航电文结构

　　7 . 1 导航电文概述

　　7 . 1 . 1 导航电文类型

　　B2a信号采用 B-CNAV2 电文格式。

　　7 . 1 . 2 校验码

　　B-CNAV2 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(14) :

　　24

　　ggixi …………………………( 14 )

　　式中：

　　gi= {0, 其他 ;

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　　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-CNAV2 导航电文

　　7 . 2 . 1 基本描述

　　B-CNAV2 导航电文在 B2a信号中播发，电文数据调制在 B2a 数据分量上。 每帧电文长度为 600符号位，符号速率为 200 sps,播发周期为 3 s。 基本的帧结构定义如图 4 所示。

　　纠错编码后:

　　H— 64进制LD PC (96,48) ——

　　图 4 B-CNAV2 帧结构

　　每帧电文的前 24 符号位为帧同步头(Pre), 其值为 0xE24DE8, 即 111000100100110111101000,采

　　用高位先发。

　　每帧电文在纠错编码前的长度为 288 比特，包括 PRN 号(6 比特)、信息类型(6 比特)、周内秒计数(18 比特)、电文数据(234 比特)、循环冗余校验位(24 比特)。PRN 号、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(96,48)编码后，长度为 576 符号位。

　　7 . 2 . 2 编码方案和编码参数

　　B-CNAV2 导航电文采用 64 进制 LDPC(96,48)编码，其每个码字符号同样由 6 比特构成，定义于本原多项式为 p(x)= 1 + x+x6 的有限域 GF(2 6 ) 。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=48 码字符号，即 288 比特。 其校验矩阵是一个 48 × 96 稀疏矩阵 H48 , 96 ,定义于本原多项式为 p(x)=1+x+x6 的有限域 GF(2 6 ),前 48 × 48 部分对应信息符号，后 48 × 48 部分对应校验符号，其非零元素的位置定义如下：

　　H48 , 96 , index = [19

　　22

　　8

　　5

　　23

　　6

　　1

　　49

　　68

　　60

　　70

　　58

　　54

　　49

　　36

　　47

　　26

　　24

　　42

　　46

　　40

　　82

　　89

　　72

　　78

　　90

　　88

　　95

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　　8

　　11

　　16

　　21

　　4

　　84

　　81

　　73

　　92

　　88

　　39

　　35

　　33

　　34

　　32

　　87

　　83

　　90

　　82

　　80]

　　其中的每个元素为有限域 GF(2 6 )的多进制符号，其元素按向量表示法表示，如下矩阵所示： H48 , 96 , element =

　　[1

　　18

　　24

　　44

　　45

　　32

　　30

　　24

　　1

　　33

　　44

　　24

　　15

　　32

　　44

　　24

　　6

　　18

　　1

　　44

　　15

　　36

　　31

　　44

　　1

　　6

　　45

　　24

　　57

　　44

　　30

　　23

　　51

　　45

　　14

　　30

　　44

　　1

　　15

　　1

　　58

　　30

　　24

　　54

　　60

　　15

　　5

　　24]

　　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。 H48,96 的读取流程如图 5 所示。

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　　图 5 H48,96 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-CNAV2 导航电文最多可定义 63 种信息类型，当前定义了 8 个有效信息类型，分别为信息类型

　　10、11、30、31、32、33、34、40,其编排格式如图 6~图 13 所示。

　　B-CNAV2 信息类型的播发顺序可动态调整，但信息类型 10 和信息类型 11 保持前后接续播发。用户接收机每次接收到 B-CNAV2 导航电文时，均应识别其信息类型(MesType) 。

　　图 6 B-CNAV2 信息类型 10 编排格式

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　　图 7 B-CNAV2 信息类型 1 1 编排格式

　　图 8 B-CNAV2 信息类型 30 编排格式

　　图 9 B-CNAV2 信息类型 3 1 编排格式

　　注：信息类型 31 播发 3 颗卫星的简约历书，WNa 和 toa为简约历书对应的参考时间。

　　图 10 B-CNAV2 信息类型 32 编排格式

　　l H—— 288bits ——叫

　　图 1 1 B-CNAV2 信息类型 33 编排格式

　　注：信息类型 33 播发 1 颗卫星的简约历书，WNa 和 toa为该简约历书对应的参考时间。

　　图 12 B-CNAV2 信息类型 34 编排格式

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　　图 13 B-CNAV2 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如图 14~图 23 所示。

　　图 14 星历 Ⅰ(共 203 比特)

　　I33bits I33bits I19bit rsl15bits16bits I16bit rsI24bit rsI24bits I21bits I21bir sl

　　图 15 星历 Ⅱ(共 222 比特)

　　图 16 钟差参数(共 69 比特)

　　图 17 SISAIoC(共 22 比特)

　　图 18 电离层延迟改正模型参数(共 74 比特)

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　　I16bits l13bits I7bits I8bits l16bits l13bits l13bits l3bits I8bits I

　　图 19 BDT-UTC时间同步参数(共 97 比特)

　　图 20 简约历书(共 38 比特)

　　图 2 1 EOP参数(共 138 比特)

　　图 22 BGTO参数( 共 68 比特)

　　图 23 中等精度历书(共 156 比特)

　　B-CNAV2 导航电文中各参数说明见表 10 。

　　表 10 B-CNAV2 导航电文各参数说明

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　　表 10(续)

　　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 PRN 号为 6 比特，无符号整型，有效范围为 1~63。

　　8 . 2 信息类型

　　信息类型(MesType)用于标识 B-CNAV2 每帧电文的类型，共 6 比特，无符号整型，定义见表 11 。

　　表 1 1 信息类型定义

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　　表 1 1(续)

　　8 . 3 系统时间参数

　　B-CNAV2 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 12 。

　　表 12 系统时间参数定义及说明

　　周内秒计数(SOW)在 B-CNAV2 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-CNAV2 信息类型 10 中播发，共 13 比特。 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 电文数据版本号

　　8 . 4 . 1 星历参数版本标识(IODE)

　　星历参数版本标识(IODE)共 8 比特，其含义包括如下两方面：

　　a) IODE是一组星历参数的版本标识。 当星历参数中任意一个参数更新时，IODE也将更新。 用户可通过 IODE 的变化来判断星历参数是否发生变化。

　　b ) IODE数值反映本组星历数据龄期的范围。 星历数据龄期是星历参数的外推时间间隔，定义为本组星历参数参考时刻(toe) 与计算星历参数所作测量的最后观测时刻之差。 IODE数值与星历数据龄期的对应关系见表 13 。

　　表 13 IODE数值与星历数据龄期的对应关系

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　　表 13(续)

　　8 . 4 . 2 钟差参数版本标识(IODC)

　　钟差参数版本标识(IODC)共 10 比特。 其含义包括如下两方面：

　　a) IODC是一组钟差参数的版本标识。 当钟差参数中任意一个参数更新时，IODC也将更新。 用户可通过 IODC 的变化来判断钟差参数是否发生变化。

　　b ) IODC数值反映本组钟差数据龄期的范围。 钟差数据龄期是钟差参数的外推时间间隔，定义为本组钟差参数参考时刻(toc) 与计算钟差参数所作测量的最后观测时刻之差。 钟差数据龄期的范围由 IODC 的高 2 比特和低 8 比特共同标识。 其对应关系见表 14 。

　　表 14 IODC数值与钟差数据龄期的对应关系

　　8.4.3 IODE与 IODC使用约束

　　对于一组匹配的星历参数和钟差参数而言，IODE 与 IODC低 8 比特保持一致，二者的更新将同步进行。 当用户接收到的 IODE 与 IODC低 8 比特相同时，表示本组星历、钟差参数匹配，用户可正常使用该组星历、钟差参数，IODE可视为该组星历、钟差参数的版本标识。

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　　在星历、钟差参数更新过程中，由于电文播发时延，用户收到的 IODE 与 IODC低 8 比特可能不 一致 。此时用户应使用原有版本标识一致的星历、钟差参数，直到 IODE 与 IODC低 8 比特更新一致后，使用新的星历、钟差参数。 IODE、IODC 的值在 1 d 内不重复(数据龄期大于 7 d 的情况除外)。

　　8 . 5 钟差参数

　　8 . 5 . 1 参数说明

　　一组钟差参数包括 toc 、a0 、a1 、a2 ,由 IODC标识，钟差参数定义及特性说明见表 15 。

　　表 15 钟差参数定义及说明

　　8 . 5 . 2 用户算法

　　接收机用户可通过公式(18)计算出信号发射时刻的 BDT 时间：

　　t=tsv - Δtsv …………………………( 18 )

　　式中：

　　t —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) ;

　　Δtsv —卫星测距码相位时间偏移，单位为秒(s), 由公式(19)给出：

　　Δtsv =a0 + a1(t-toc) + a2(t-toc)2 + Δtr ……………………( 19 )

　　式中：

　　t —可用 tsv替代;

　　Δtr—相对论校正项，单位为秒(s),其值由公式(20)计算：

　　Δtr = F ·e · 槡A · sinEk …………………………( 20 )

　　式中：

　　F=-2μ1/2 /C2 ;

　　μ=3.986 004 418×1014 m3 /s2 —地心引力常数;

　　C=2.997 924 58 × 108 m/s —光速;

　　e —卫星轨道偏心率，由本卫星星历参数得到;

　　槡A —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 . 6 群延迟修正参数

　　8 . 6 . 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

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　　迟对码相位测量的影响可通过钟差参数 a0 和群延迟修正参数共同补偿。 导航电文播发的 a0 包含了B3I信号的星上设备群延迟。 参数的定义及特性说明见表 16 。

　　注：星上设备群延迟(TGDB1Cp 和 TGDB2ap ) 在 B-CNAV2 电文中播发，以 B3I信号为基准，分别用于补偿 B1C导频分量、 B2a 导频分量的时延差。 此外，频内时延修正项 ISCB2ad 在 B-CNAV2 电文中播发，用于补偿 B2a数据分量与 B2a导频分量间的时延差。

　　表 16 群延迟参数定义及说明

　　8 . 6 . 2 用户算法

　　用户算法包括如下内容：

　　式中：

　　ΔtSV —通过钟差参数计算得到的卫星测距码相位时间偏移，具体计算方法见 8 . 5 。

　　8 . 7 星历参数

　　8 . 7 . 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，由 IODE进行标识。 星历参数定义见表 17 。

　　表 17 星历参数定义及说明

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　　表 17(续)

　　8 . 7 . 2 用户算法

　　用户接收机根据接收到的星历参数，可以计算相应卫星(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 18 。

　　表 18 星历用户算法

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　　表 18(续)

　　8 . 8 电离层延迟改正模型参数

　　8 . 8 . 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 19 。对于使用 B1C 和 B2a信号的双频用户，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。

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　　表 19 电离层延迟改正模型参数说明

　　8 . 8 . 2 单频用户算法

　　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(23) :

　　Tion=M ……………………

　　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 公 式

　　见公式(34) ;

　　f — 当前信号对应的载波频率，单位为赫兹(Hz) ;

　　αi(i=1~9) — 电离层延迟改正模型参数(见表 19),单位为 TECu;

　　Ai(i=1~9) —根据公式(28)计算得到的数值;

　　A0 —根据公式(31)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 ψ 表示用户和电离层穿刺点之间的地心张角，单位为弧度(rad),其计算见公式(24) :

　　…………………………

　　式中：

　　E —卫星高度角，单位为弧度(rad) ;

　　Hion — 电离层薄层高度;

　　Re —地球平均半径。

　　电离层穿刺点在地球表面投影的地理纬度 φg 和地理经度λg 的计算见公式(25) :

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　　烄φg =arcsin(sinφu · cosψ+ cosφu · sinψ · cosA)

　　烅烆λg =λu +arctan(ciiu··ciug ) ……………………( 25 )

　　式中：

　　φu —用户地理纬度，单位为弧度(rad) ;

　　λu —用户地理经度，单位为弧度(rad) ; A —卫星方位角，单位为弧度(rad) 。

　　地固坐标系下，电离层穿刺点在地球表面投影的地磁纬度 φm 和地磁经度λm 的计算见公式(26) :

　　烄φm =arcsin(sinφM · sinφg + cosφM · cosφg · cos(λg -λM))

　　烅烆λm =arctan(cosnin( )sisφM )

　　…………

　　( 26 )

　　式中：

　　φM —地磁北极的地理纬度，单位为弧度(rad) ;

　　λM —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(27) :

　　烄φ’= φm

　　烅烆 …………………… ( 27 )

　　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(28) :

　　烄~

　　Ai=烅P～|ni|，|mi| (sinφ’) · cos(mi ·λ’) mi ≥ 0 ……………………( 28 )

　　烆P|ni|，|mi| (sinφ’) · sin(- mi ·λ’) mi < 0

　　式中，ni 和 mi 对应的取值见表 20 。

　　表 20 ni 和 mi 对应取值

　　φ’与λ’根据公式(27)计算得到。n，m表示n 度 m 阶的归化勒让德函数，n，m =Nn，m · Pn，m(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( 29) :

　　Nn，m=槡 (n+m)!

　　,m = 0

　　,m>0

　　……………………

　　( 29 )

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　　Pn，m为标准的勒让德函数，其递推计算见公式( 30) :

　　(Pn，n (sinφ’) = (2n- 1) ! ! (1 - (sinφ’) 2 ) n/2 ,n=m

　　其他

　　………… ( 30 )

　　式中，(2n- 1) ! ! = (2n- 1) · (2n- 3)…1,且 P0,0(sinφ’) = 1。

　　c) 电离层延迟预报值 A0 的计算

　　A0 的具体计算见公式(31) :

　　………………( 31 )

　　………………

　　式中：

　　ak，j 与 bk，j —表 21 中 BDGIM模型的非发播系数，单位为 TECu;

　　Tk — 表 21 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(33) :

　　9

　　VTEC=AiAi …………………………( 33 )

　　M

　　式中，Re、Hion 及 E 参数含义同式(24) 。

　　f) 计算信号传播路径上的电离层延迟改正值

　　结合穿刺点处的垂向电离层延迟及投影函数，按照公式(23) 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，相关参数宜取值如下：

　　电离层薄层高度：Hion =400 km;

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　　地球平均半径：Re= 6 378 km;

　　地磁北极的地理经度

　　地磁北极的地理纬度

　　表 2 1 BDGIM 模型的非发播系数及预报周期

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　　8 . 8 . 3 双频用户算法

　　对于使用 B1C 和 B2a信号的双频用户，采用双频无电离层组合伪距算法来修正电离层延迟的影响，计算方法如下：

　　a) 对于使用 B1C导频分量和 B2a导频分量的双频用户，计算方法见公式(35) :

　　b ) 对于使用 B1C导频分量和 B2a数据分量的双频用户，计算方法见公式(36) :

　　PRB1Cp-B2ad = - …………( 36 )

　　c) 对于使用 B1C数据分量和 B2a导频分量的双频用户，计算方法见公式(37) :

　　PRB1Cd-B2ap = - ……( 37 )

　　d) 对于使用 B1C数据分量和 B2a数据分量的双频用户，计算方法见公式(38) :

　　PRB1Cd-B2ad = 1 -k12 - 1 -k12 ……( 38 )式中：

　　k —与频率有关的因子;

　　PRB1Cp-B2ap —B1C导频分量和 B2a导频分量的双频无电离层组合伪距;

　　PRB1Cp-B2ad —B1C导频分量和 B2a数据分量的双频无电离层组合伪距;

　　PRB1Cd-B2ap —B1C数据分量和 B2a导频分量的双频无电离层组合伪距;

　　PRB1Cd-B2ad —B1C数据分量和 B2a数据分量的双频无电离层组合伪距;

　　PRB1Cp —B1C导频分量的观测伪距(经钟差修正但不经 TGDB1Cp修正);