GB/T39414.4-2020
北斗卫星导航系统空间信号接口规范第4部分：公开服务信号B3I
InterfacespecificationforsignalinspaceofBeiDounavigationsatellitesystem—Part4:OpenservicesignalB3I
- 中国标准分类号（CCS）V04
- 国际标准分类号（ICS）49.020
- 实施日期2021-06-01
- 文件格式PDF
- 文本页数62页
- 文件大小4.22M
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北斗卫星导航系统空间信号接口规范第4部分：公开服务信号B3I
国家标准 GB/39414.4一2020 北斗卫星导航系统空间信号接口规范 第4部分:公开服务信号B31 nterfacespeeifieationforsignalinspaeeofBeiDounavigationsatellitesystem Part4:OpenservicesignalB31I 2020-11-19发布 2021-06-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花警理委员会国家标准
GB/T394144一2020 目 次 前言 引言 范围 规范性引用文件 术语和定义、缩略语 3.1术语和定义 3.2缩略语 北斗系统概述 4.1空间星座 4.2坐标系统 4.3时间系统 信号规范 5 5.！信号结构 信号特性 5.2 5.3测距码特性 导航电文 6.1导航电文概述 6.2D1导航电文 11 6.3D2导航电文 30 符合性验证方法 57 7.1概述 57 58 7.2信号特性验证方法 S5 7.3测距码特性验证方法 7.4导航电文结构验证方法 58 7.5导航电文参数算法验证方法 58
GB/T39414.4一2020 前 言 GB/T39414《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2a -第3部分:公开服务信号B1I; -第4部分;公开服务信号B31.
本部分为GB/T39414的第4部分
本部分按照GB/T1.l一2009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/Tc544)归口 本部分起草单位;卫星导航工程中心,航天标准化研究所.北哀卫星导航中心航天科 技集团公司第五研究院、科学院微小卫星创新研究院、航天电子技术研究院
本部分主要起草人;宿晨庚.既航、高为广、卢盔、吴海玲、王维嘉、高扬、刘旭楠、康登榜、曹坤梅、 麻智超、董海青、戴永珊
GB/T394144一2020 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
北斗卫星导航系统现 已发布的公开服务信号包括BlI,B2I,B3I,B1C和B2a
其中,B1I,B31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; BIC,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/T394l4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B3I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
I
GB;/T39414.4一2020 北斗卫星导航系统空间信号接口规范 第4部分:公开服务信号B31 范围 GB/T394l4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B3I的信号特性及导航电文结构
本部分适用于使用B3I信号的卫星导航产品的研制、生产和检验
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(包括所有修改单)适用于本文件
GB/T39267北斗卫星导航术语 术语和定义、缩略语 3.1术语和定义 GB/T39267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
AODC;时钟数据龄期(AgeofData,Clock) AODE:星历数据龄期(AgeofData,Ephemeris) BDCS;北斗坐标系(BeiDouCoordinateSystem) BDS:北斗卫星导航系统(BeiDouNavigationSateliteSystenm) BPSsK;二进制相移键控(BinaryPhaseshitKeying CDMA;码分多址(CodeDivisionMultipleAccess) CGCS2000:2000大地坐标系(ChinaGeodeticCoordinateSystem2000 GEO;地球静止轨道(GeostationaryEarthOrbit) GIVE:格网点电离层垂直延迟改正数误差(GridpointIonosphericVerticaldelayEror GIVEI格网点电离层垂直延迟改正数误差指数(GridpointIonosphericVerticaldelayErorIndex GLONASS;格洛纳斯卫星导航系统(GlobalNavigationSatelliteSystem) GPs;全球定位系统(GlobalPositioningSystem) IERS;国际地球自转参考系服务(InternationalEarthRotationandRelerenceSystemsServiee' IGP电离层格网点(IonospherieGridPoint) IGsO;倾斜地球同步轨道(InclinedGeoSynchronousOrbit ericPiercePoint P电离层穿刺点(lomophe erenceMeridian) IRM:IERSs参考子午面(IERsRefer
GB/T394144一2020 IRP;IERSs参考极(IERsReferencePole L.SB;最低有效位(L.eastSignifieantBib) MEO:中圆地球轨道(MediumEarthOrbit) MsB;最高有效位(Mostsignifieant Bit (NationalTimeServiceCenter NTsC;国家授时中心 RHCP:右旋圆极化(Right-HandCireularPolarization) egionalUserRangeAccuracy RURA:区域用户距离精度(Re Index RURAI:区域用户距离精度指数(Ree egionalUserRangeAccuracy sOw;周内秒计数(Seeo ndsofWeek UDRE用户差分距离误差(UserDifferentialRangeEror) UDREI;用户差分距离误差指数(UserDifferentialRangeErorIndex) URA:用户距离精度(UserRangeAccuracy URAI;用户距离精度指数(UserRangeAceuraeyIndex) WN:整周计数(WeekNumber 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卫屋、3颗IGsG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35786km,分别定点于东经80、110.5"和140';IGs0卫星轨道 高度35786km,轨道倾角55";MEo卫星轨道高度21528km,轨道倾角55" 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2000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 原点、轴向及尺度定义 a 原点位于地球质心; Z轴指向IERS定义的参考极(IRP)方向; 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; -Y轴与Z、X轴构成右手直角坐标系; 长度单位是国际单位制(SI)米
D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1BDcS参考椭球定义的基本常数 序号 参数 定义 长半轴 a -6378137.0m 地心引力常数(包含大气层 从=3.986004418×10m'/s =1/298.2572221o1 扁率 地球自转角速度 Q，=7.2921150X10》rad/s
GB;/T39414.4一2020 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,不闺 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,IBDT与国际UTC的偏差保持在50ns以内模1s)
BDT与UTC之间的闺秒信息在 导航电文中播报
5 信号规范 5.1信号结构 B3信号由“测距码十导航电文”调制在载波上构成,其信号表达式见公式(1). Sa()= sCs()Dia()cos(2x;/十sn -Aa 式中 -卫星编号， A B31信号振幅， 3 C1 -B31信号测距码; B3I信号数据码， D1 f -B31信号载波频率; B3I信号载波初相
931 5.2信号特性 5.2.1载波频率 同一颗卫星发射的导航信号的载波频率在卫星上由共同的基准时钟源产生
B3I信号的载波频率 为1268.520MHz 5.2.2调制方式 B3I信号采用二进制相移键控(BPSK)调制
5.2.3极化方式 卫星发射信号为右旋圆极化(RHCP)
5.2.4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10Hz的三阶锁相环的载波跟踪精度达到 0.1rad(RMS)
5.2.5用户接收信号电平 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0dB增益时，,卫星发射的B31信 号到达接收机天线输出端的最小功率电平为一163dBw
5.2.6信号复用方式 信号复用方式为码分多址(CDMA)
GB/T394144一2020 5.2.7信号带宽 B3I信号带宽为20.46MHz(以B3信号载波频率为中心). 5.2.8杂散 卫星发射的杂散信号不超过一50dBce. 5.2.9信号相关性 BlI,B21和B31信号的测距码相位差随机抖动小于1ns(lo). B3I信号载波与其载波上所调制的测距码间起始相位差随机抖动小于3(lo)相对于载波)
5.2.10星上设备时延 星上设备时延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
B31信号的设备 时延为基准设备时延,含在导航电文的钟差参数4
中,不确定度小于0.5ns(lo) 5.3测距码特性 B3I信号测距码(以下简称C码)的码速率为10.23Meps.码长为10230. Ce码由两个线性序列G1和G2截短、模二加生成Gold码后再截短产生
Gl和G2序列均由13 级线性移位寄存器生成,周期为8191码片,其生成多项式见公式(2)和公式(3) G1(x)=X十x'十X'十X十1 G2(X=Xi3十X12十Xi0十X》十X了十X有十X十X十l1 Cs码发生器如图1所示
移位控制时钟 CA序列 寄存器相位为 lll1llll100 复位控制时钟 从左至右顺序 测距码 置初始相位全“1” 置初始相位不同卫星对应初始相位不同 CB序列 13 图1C码发生器示意图 将G1产生的码序列截短1码片,使其变成周期为8190码片的CA序列;G2产生周期为8191码片 的CB序列
CA序列与CB序列模二加,产生周期为10230码片的C码 G1序列在每个测距码周期(1ms)起始时刻或Gl序列寄存器相位为“1111111111100”时置初始相 位,G2序列在每个测距码周期(1ms)起始时刻置初始相位
G1序列的初始相位为“1llllllll1111”
GB;/T39414.4?2020 G2е??λɡ1111111111111?λγ,??λ???C G:2λ2 2CeG2λ G2г?" " G2г?λ" GEo 1010111111111 11 1111000101o11 GEO 13 GE(O 1011110001010 22 1111111111011 GEO GEO 30 1l0010001ll11 MEO/IGSO 36 1001001100100 44 MEO/IGSO 11l1ll1010010 MEo)/GsG 1110111111101 48 88 1010000000o10 MEo/IGso MEO/IGSO 1o 104 0010000011011 10 MEO/IGsO 1 116 1110101l10000 1 12 MEO/IGSO 12 129 001011001lll0 13 MEO/IGSO 13 376 0110010010101 14 ME/1GSO 418 01l1000100110 15 15 MEo/IGso 458 l0001l000l001 16 682 1110001111100 16 MEo/Gso 1" MEO/IGsO 696 00100110001o1 17 MEO/IGsO 18 707 0000011101100 18 MEO/IGSO 19 1078 10001010101l1 20 MEO/IGSO 20 2069 00010110111l0 21 MEO/IGSO 21 2248 0010000101101 22 2574 MEo/IGso 2 0010110001010 23 2596 0001011001l11 23 MEo/IGSo MEo/IGSO 0011001100010o 24 2731 214 MEO/IGsO 25 4294 0011101001000 25 26 MEO/IGsO 26 4436 0100100101001 21 21 MEO/1GS(O 4647 1011011o10011 28 MEO/IGSO 28 4978 101011l100010 MEo/IGso 29 29 4986 0001011110101 0111111111111 30 MEo/IGso 30 3 31 MEO/IGsO 5209 0110110001l11 32 MEO/IGsO 32 5539 1010110001001
GB/T394144?2020 2( G2г?" G2г?λ MEoIGso 33 33 6061 100l010101011 1100110100101 MEo/IGSo 34 34 6488 MEo/1GsO 1101001011101 35 35 7130 36 MEo/IGSO 36 7165 1111101110100 37 ME/IGsO 37 7403 0010101100111 38 MEO/IGSO 38 5879 1l10100010000 39 MEO/IGSO 39 1681 1101ll10010000 MEo/IGso 40 5080 1101011001110 40 5938 1000000110100 4 MEo/IGso 4l 42 42 3983 0101111011001 MEo/IGso 43 MEO/IGSO 43 6208 0110110111100 44 MEO/1IGSO 44 7223 1101001l10001 45 ME(O/IGSO 45 2996 001l100100010 MEO/IGsO 46 46 1814 01o1o11000101 MEo/ /IGSO 6906 47 1001l1l100110 1111l01001000 MEo/IGso 48 6144 49 49 4713 0000101001001 MEo/IGso MEo/IGSO 1000010101100 50 50 7406 51 MEO/IGsO 51 7264 1111001001100 52 MEO/IGSO 52 1766 01001l0001l11 53 MEO/IGSO 53 5347 0000000011000 MEo/Gso l000000000100 5 54 3515 0011o1010011o 7951 55 MEo/IGso 5 56 MEo/1GsO 56 7054 1o11001000110 57 MEo/IGSO 57 3884 0111001111000 58 ME(O/IGSO 58 6067 001o111001010 59 GEO 59 4230 11001l1110110 60 GEO 60 3803 1001001000101 GEo 61 61 869 011000100000 62 GEo 62 3683 0011001000010 63 63 1205 0010001001110 GEo ??1~37?,??н??? ???1"????λλ ?λа?
GB/T39414.4一2020 导航电文 6.1导航电文概述 6.1.1导航电文划分 根据速率和结构不同,导航电文分为D1导航电文和D2导航电文
D1导航电文速率为50bps,并 调制有速率为1kbps的二次编码,内容包含基本导航信息;D2导航电文速率为500bps,内容包含基本 导航信息和广域差分信息(北斗系统的差分及完好性信息和格网点电离层信息)
MEO/IGsO卫星播发的B31信号采用D1导航电文,GEO卫星播发的B31信号采用D2导航 电文
6.1.2导航电文信息类别及播发特点 导航电文中基本导航信息和广域差分信息的类别及播发特点见表3
表3D1、D2导航电文信息类别及播发特点 电文信息类别 比特数 播发特点 同步码(Pre) 每子重复一次 子倾计数(FraID 周内秒计数(sOw 20 整周计数(WN 13 用户距离精度指数(URAD) 卫星自主健康标识(SatH1 星上设备时延(Tn,Taz) 20 时钟数据龄期(AODC) D1;在子赖1,2.3中播发,30s重复周期
7"4 钟差参数(t
e,40,41,4？ D2:在子帧1页面1~10的前5个字中播发,30s 重复周期 星历数据龄期(AODE 基本导航 更新周期lh 信息所有 星历参数t.，、/A e，o 卫星都播发 371 IDoT,C,c M,Q.n，i
， 电离层模型参数 64 (a,
,n-0一3 Dl;在第4和第5子赖中播发 页面编号(Pnum D2:在第5子中播发
D1;在子赖4页面1一24、子赖5页面16中 历书信息扩展标识(AmEpID) 播发
D2;在子赖5页面37一60,95~100中播发
GB/T394144一2020 表3(续 电文信息类别 比特数 播发特点 D1在子帆4页面124,子赖5页面1一6中播 发1一30号卫星;在子赖5页面11一23中分时播 发31一63号卫星，需结合AmEpID和AmlD 历书参数 识别 178 ,VA e，w，MQ,Q,, D见;在子顿5页面37一60,95100中播发130号 a,ai,AmlD) 卫星;在子赖5页面103一115中分时播发31一3号 卫星,需结合AmEplD和AmlD识别
更新周期小于7d 历 D1 在子赖5页面8中播发 历书周计数(WN. D2:在子赖5页面36中播发
息 更新周期;小于7 d D1;在子顿5页面7~8中播发130号卫星健康 信息;在子帜5页面24中分时播发31一63号卫 基本导航 星健康信息,需结合AmEpD和AmlD识别 信息,所有 卫星健康信息 9×43 D2在子帆5页面35~36中播发1一30号卫星健卫星都播发 Hea,,i=1一43 康信息;在子赖5页面116中分时播发31一63号 卫星健康信息,需结合AmEplID和AmID识别
更新周期小于7d UTc时间同步参数(A 守 .w1c 88 Are,ALs,ALsF,WNsF, 与 GPS时间同步参数 30 D1;在子帆5页面910中播发
D2;在子赖5 (AGs,Ac 页面101102中播发
与Galileo时间同步参数 更新周期;小于7d 30 Aail,Adia 与 GLONASS时间同步参数 30 (AGl,Alo 基本导航信息页面编号(Pnuml D2;在子倾1全部10个页面中播发 完好性及差分信息页面编号(Pnum2 D2:在子顿2全部6个页面中播发 D2;在子帜2全部6个页面中播发
完好性及差分信息健康标识(SaH2) 更新周期:3s 完好性、 北斗系统完好性及差分信息扩展标识 差分信息、 D2;在子帆4全部6个页面中播发 BDEpID 格网点电离 在子就2全部6个页面播发1一30号卫星;在层信息只由 D2 北斗系统完好性及差分信息卫星标识 GEO卫星 子帆4全部6个页面播发31一63号卫星
×63 (BDID,i ,i=1一63 播发 更新周期:3s D2:在子赖2、子帧3和子顿4全部6个页面 区域用户距离精度指数 4×24 播发 RURAI,i=124 更新周期;18
GB;/T39414.4一2020 表3(续 电文信息类别 比特数 播发特点 北斗 D2:在子赖2、子帧3和子帧！全部6个页面 系统等效钟差改正数 3×24 播发
差分A,i-1一24 更新周期;18、 完好性、 及差 差分信息 分完 用户差分距离误差指数 D2;在子2、子4全部6个页面播发 格网点电离 好性 4×24 UDREI,i=1一24 更新周期;3s 层信息只由 信息 GEO卫星 格网格网点电离层垂直延迟(dr) 9×320 播发 D2;在子帜5页面1一13,6l一73中捕发
点电 格网点电离层垂直延迟改正数误 离层 更新周期;6min 4X320 信息差指数(GiVED 6.1.3导航电文数据码纠错编码方式 导航电文采取BCH(15,11,l)码加交织方式进行纠错
BCH码长为15比特,信息位为11比特 纠错能力为1比特,其生成多项式为g(X)=X'十X十1
导航电文数据码按每11比特顺序分组,对需要交织的数据码先进行串/并变换,然后进行BCH 15.l1.l)纠错编码,每两组BCH码.按1比特顺序进行并/串变换,组成30比特码长的交织码,其生成 方式见图2
BcH(45,1l,)编码 输出 输入 每11比特 每1比特 串/并变换 并/串变换 BCH(15,11,1)编码 图2 导航电文纠错编码示意图
其中.儿级移位寄存器的初始状态为全o门1开门2关,输 BCH(15,l11,1)编码框图如图3所示
人11比特信息组X,然后开始移位,信息组一路经或门输出,另一路进人4(x)除法电路，经11次移位 后11比特信息组全部送人电路,此时移位寄存器内保留的即为校验位最后门1关门2开,再经过4 次移位,将移位寄存器的校验位全部输出,与原先的11比特信息组成一个长为15比特BCH码
门！ 开,门2关,送人下一个信息组重复上述过程
门1 输出 D0 D3 门2 D2 OR 输入信息组x 图3BCH(15,11.1)编码框图
GB/T394144一2020 接收机接收到数据码信息后按每1比特顺序进行串/并变换,进行BCH(15,l1,1)纠错译码,对交 织部分按1l比特顺序进行并/串变换,组成22比特信息码,其生成方式见图4
BCH(15,l1,1)译码 输出 输入 每1比特 每11比特 串/并变换 并/串变换 BCH(L5,11,)译码 图4导航电文纠错译码示意图 BCH(15,1l1,l)译码框图见图5,其中,初始时移位寄存器清零,BCH码组逐位输人到除法电路和 15级纠错缓存器中,当BCH码的15位全部输人后,纠错信号ROM表利用除法电路的4级移位寄存 器的状态D3,D2、,D1,D0查表,得到15位纠错信号与15级纠错缓存器里的值模二加,最后输出纠错后 的信息码组
纠错信号的ROM表见表4
BCH码组输入 门1 D2 . 纠错信号RoM表 15级纠错缓存器 纠错译码输出 图5BCH(15,11,1)译码框图 表4纠错信号的ROM表 D3D2DID0 15位纠错信号 000000000000000 0000 000000000000001 0001 0010 000000000000010 0011 000000000010000 0100 000000000000100 000000100000000 0101 0110 000000000100000 01l1 000010000000000 10
GB;/T39414.4一2020 表4(续 D8D2DID0 15位纠错信号 1000 000000000001000 1001 00000000000000 1o10 000001000000000 1011 000000010000000 1100 000000001000000 010000000000000 l101 000l00000000000 ll10 1111 00l000000000000 每两组BCH(15,l1,l)码按比特交错方式组成30比特码长的交织码,30比特码长的交织码编码 结构为 P X" X" X X P P P P P P P 其中:X为信息位，i表示第i组BCH码,其值为1或2;表示第i组BCH码中的第个信息位 其值为11l;P”为校验位,i表示第i组BCH码,其值为1或2;m表示第组BCH码中的第m个校 验位,其值为1 4
6.2D1导航电文 6.2.1D1导航电文上调制的二次编码 D1导航电文上调制的二次编码是指在速率为50bps的D1导航电文上调制一个Neumann-Hofr man码(以下简称NH码)
该NH码周期为1个导航信息位的宽度,NH码1比特宽度则与扩频码厕 期相同
如图6所示,D1导航电文中一个信息位宽度为20ms,扩频码周期为1ms,因此采用20比特 的NH码(00000100110101001110),码速率为1kbps,码宽为1ms,以模二加形式与扩频 码和导航信息码同步调制
NH码 导航信息 扩频码 导航信息 20ms 1个NH码岗期(对应1比特导航信息码) NH码 1ms 扩频码 1个扩频码周期(对应1比特NH码 图6二次编码示意图 11
GB/T394144一2020 6.2.2D1导航电文帧结构 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12min,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30s,每个主帧由5个子帧组成;每个子帧为300比 特,历时6s,每个子由10个字组成;每个字为30比特,历时0.6s
每个字由导航电文数据及校验码两部分组成
每个子帧第1个字的前15比特信息不进行纠错编 码,后1l比特信息采用BCH(15,ll,l)方式进行纠错,信息位共有26比特;其他9个字均采用BCH 15,l1,1)加交织方式进行纠错编码,信息位共有22比特(见6.1.3) D1导航电文结构如图7所示
超36000比特12min 主1 主2 ---- 主赖n ---- 主24 主150o比特30s 子顿1 子帆2 子顿3 子顿4 子6 子300比特6s 字1 字2 .=.= 字10 字130比0.6s 字21030比特0.6s 导航电文信息26比特 检验码4比特 导航电文信息22比特 检验码8比特 图7D1导航电文帧结构 6.2.31导航电文详细结构编排 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、星上设备时延将全部卫星历书信息及与其他系统时间同步信息(UTc,其他卫星导航系统. D1导航电文主帧结构及信息内容如图8所示
子帧1一子倾3播发基本导航信息;子帧4和子恢 5分为24个页面,播发全部卫星历书信息及与其他系统时间同步信息
于核！ 于2 子顿3 子帆4 子帆5 本卫星赫本导航信息 全部卫星历书信息 与其他系统时间同步信息
图8D1导航电文主帧结构与信息内容 D1导航电文各子帧格式的编排见图9一图18
其中,子帧5页面11一24扩展播发历书信息
12
GB;/T39414.4一2020 送 艺 -鲁 日 王 日 话 雪 里 刻 喜 雪 金 电 量 国 色 国 国 生 旦 国 国 里 勇 G 区 鸟 c 二 鲁 E 三 到 医 王 装 生 国 5 叠 话 a 可 目 = E 里 里 E 围 口 别 三 旦 童 B 乐 g 里 g ？ l 富 回 R R H s 13
GB/T394144一2020 男 司 ？ E 年 E 司 二 o 三 M G 导 豆 E品 T 贾 回 要 鑫 正 刀 全 堂 鑫 堂 团 量 - 14
GB;/T39414.4一2020 男 乓 里 勇 系 国 费 回 蛋 回 惠 回 鲁 品 昌 品 美 E 二 运 寸 路 画 画 T 经 E E 5 司 5 重 丽 经 国 鱼 富 有 意 15
GB/T394144一2020 上 S 二 主 室 三
一 三 星 五 二 回 二 三 三 里 可 6 " 二 ？ 富 买 丽 敢 想 挺 16
GB/T39414.4一2020 6.2.4D1导航电文内容和算法 6.2.4.1帧同步码(Pre) 每一子帧的第111比特为倾同步码(Pre),由11比特修改巴克码组成,其值为“11100010010”,第 1比特上升沿为秒前沿,用于时标同步 6.2.4.2子帧计数(FraID) 每一子帧的第1618比特为子计数(FralD),共3比特,具体定义见表5
表5子帧计数编码定义 编码 0 01o 011 100 1o1 11o 111 子顿序列号 保留 保留 6.2.4.3周内秒计数(Sow 每一子帧的第1926比特和第3142比特为周内秒计数(sOw),共20比特,每周日北斗时0点 0分0秒从零开始计数
周内秒计数所对应的秒时刻是指本子帧同步头的第一个脉冲上升沿所对应的 时刻
6.2.4.4整周计数(wN 整周计数(wN)共13比特,为北斗时的整周计数,其值范围为0一8191,以北斗时2006年1月1日 0点0分0秒为起点,从零开始计数
6.2.4.5用户距离精度指数(URAD) 用户距离精度(URA)用来描述卫星空间信号精度,单位是米(m),以用户距离精度指数(URAI)表 征,URAI为4比特,范围从015,与URA之间的关系见表6
表6URA值与URA范围对应关系 编码 URA值 URA范围(m,l) 0000 0.00
GB;/T39414.4一2020 -接收机至卫星连线与电离层交点(穿刺点M)处的地方时(取值范围为0~86400),单位为秒 s 其计算见公式(5): 5 '=(e十AM×43200/r)[模86400 式中: -用户测量时刻的BDT,取周内秒计数部分; E 电离层穿刺点的地理经度,单位为弧度(rad)
入NM -白天电离层延迟余弦曲线的幅度,用a
系数求得,见公式(6). A” /开|”,A之0 P A2 ,A2<0 A 余弦曲线的周期单位为秒(s),用3
系数求得,见公式(7): 172800 ,A>172800 A p/爪|",172800>A>72000 72000 ,A，<72000 式(6)和式(7)中的e是电离层穿刺点的地理纬度,单位为弧度(rad)
电离层穿刺点的地理纬度ex,地理经度入计算见公式(8)和公式(9) M=arcsin(singecosy十cos
sincos.A /sinsinA 入M=入十arcsin cos 式中; 用户地理纬度,单位为弧度(rad) 9
用户地理经度,单位为弧度(rad) 入
卫星方位角,单位为弧度(rad); A 用户和穿刺点的地心张角,单位为弧度(rad),其计算见公式(10) R (10 一E一aresin cosE 少一 R 十h 式中: 地球半径,取值6378km; R 卫星高度角,单位为弧度(rad) E 电离层单层高度,取值375kmn 通过公式Ir(4)
1'(),可将1'()转化为B11信号传播路径上的电离 -， cosE 层延迟Iw(),单位为秒(s)
对于B3I信号,其传播路径上的电离层延迟I()需在Im()的基础上乘以一个与频率有关的因 子k.),其值见公式(11): 1561.098 A.()- 268.52 式中: -B信号的标称载波频率; B3I信号的标称载被频率,单位为兆赫兹(MH). 19
GB/T394144一2020 对于B1l和B3双频用户,采用B1I/IB3I双频消电离层组合伪距公式来修正电离层延迟效应,具体 计算方法见公式(12): PR1一k1.(f)PRn Ck1.(f
Tcnn (12 PR= ！一k. 1一k1. 式中 PR -经过电离层修正后的伪距; PRn B1I信号的观测伪距(经卫星钟差修正但未经Ta修正); PR B3I信号的观测伪距; Tcnm7 -B1I信号的星上设备时延; 光速,值为2.99792458×10'm/s
6.2.4.8时钟数据龄期(AonC) 时钟数据龄期(AODC)共5比特,是钟差参数的外推时间间隔,即本时段钟差参数参考时刻与计算 钟差参数所作测量的最后观测时刻之差,在BDT整点更新,具体定义见表8
表8时钟数据龄期值定义 A(OC值 定义 <25 单位为1h,其值为卫星钟差参数数据龄期的小时数 25 表示卫星钟差参数数据龄期为2d 26 表示卫星钟差参数数据龄期为3d 21 表示卫星钟差参数数据龄期为4d 表示卫星钟差参数数据龄期为5d 28 29 表示卫星钟差参数数据龄期为6d 30 表示卫星钟差参数数据龄期为7d 31 表示卫星钟差参数数据龄期大于7d 6.2.4.9钟差参数(t ,a0,a1,a2 钟差参数包括/.,do" d，和d?,共占用74比特
'.是本时段钟差参数参考时间,单位为秒(s),有 效范围是0~604792
其他3个参数为2进制补码
正常情况下,钟差参数的更新周期为1h,且在BDT整点更新,l值取整点时刻
l.值在周内单调 递增,当任意一钟差参数变化时,l.也将变化 因异常原因发生新的导航电文注人时,钟差参数可能在非整点时刻更新,此时1.值会发生变化而 不再取整点时刻
当1.值已经不是整点时刻即最近有过一次非整点更新)时,如果钟差参数再次发生 非整点更新,那么t.值也会再次发生变化,确保t.值与更新之前的播发值不同
无论是正常更新还是非整点更新,钟差参数的更新始终从某一超的起始时刻开始
钟差参数的 定义见表9
20
GB;/T39414.4一2020 表9钟差参数定义 比例因子(LSB) 参数 比特数 有效范围 单位 17 23 604792 a 24 2-" 22" a s/s 11" 2 为2进制补码,最高有效位(MSB)是符号位(十或一
用户可通过公式(13)计算出信号发射时刻的北斗时 ， 13 t=t 式中; 信号发射时刻的北斗时,单位为秒(s); -信号发射时刻的卫星测距码相位时间,单位为秒(s); 卫星测距码相位时间偏移,单位为秒(s),由公式(14)给出: A/ /=4o十ai(t一l十aa(/一/):十 14 式中,!可忽略精度,用！.替代
公，是相对论校正项,单位为秒(s),其值见公式(15): 15 =Fe、AsinE At， 式中: 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,由本卫星星历参数得到; -卫星轨道偏近点角,由本卫星星历参数计算得到 F -2A'a/C
丛=3.986004418×10'm'/s 地心引力常数; C=2.99792458×10”m/s 光速 6.2.4.10星上设备时延(TemTnm 星上设备时延(Ta,Ta2)各10比特,为2进制补码,最高位为符号位,“0”表示为正、“1”表示为 负,比例因子0.1,单位为纳秒(ns)
对使用B11信号的单频用户,需使用公式(16)进行修正 A.)B1I一Ar TcD1 16 对使用B21信号的单频用户,需使用公式(17)进行修正 (A.)B2I=A (17 Tcn2 式中 卫星测距码相位时间偏移,具体计算方法见6.2.4.9.
t 对于使用B31信号的单频用户,由于B3信号的设备时延已含在导航电文的钟差参数a，中,无需 再修正星上设备时延
6.2.4.11星历数据龄期(AoDE 星历数据龄期AODE)共5比特,是星历参数的外推时间间隔,即本时段星历参数参考时刻与计算 星历参数所作测量的最后观测时刻之差,在BDT整点更新,具体定义见表10. 21
GB/T394144一2020 表10数据龄期值定义 AODE值 定义 单位为1h,其值为星历数据龄期的小时数 <25 表示星历数据龄期为2d 25 26 表示星历数据龄期为 3d 2 表示星历数据龄期为4d 28 表示星历数据龄期为5d 29 表示星历数据龄期为6d 30 表示星历数据龄期为7d 表示星历数据龄期大于7d 31 6.2.4.12星历参数(l.VA,e,o,An,M,n,Q.io,IDoT.cC,c.C.C.Ck,C 星历参数描述了在一定拟合间隔下得出的卫星轨道
它包括15个轨道参数、1个星历参考时间
正常情况下,星历参数的更新周期为1h,且在BDT整点更新,/.值取整点时刻
1.值在周内单调 递增,当任意一星历参数变化时,t.也将变化
若变化，也会变化 因异常原因发生新的导航电文注人时,星历参数可能在非整点时刻更新,此时，.值会发生变化而 不再取整点时刻
当1.值已经不是整点时刻即最近有过一次非整点更新)时,如果星历参数再次发生 非整点更新,那么l.值也会再次发生变化,确保！.值与更新之前的播发值不同
无论是正常更新还是非整点更新,星历参数的更新始终从某一超的起始时刻开始
星历参数定 义及说明见表11 表11星历参数定义及说明 参数 定义 比特数 比例因子(LSB 有效范围 单位 23 604792 星历参考时间 32 2- 8192 长半轴的平方根 ml7" /A 32 2- 0.5 偏心率 近地点幅角 32" 2 士1 2 卫星平均运动速率与计算值之差 16" 士3.73×10-" A1 开/s M 参考时间的平近点角 32" 士1 Q 按参考时间计算的升交点经度 32" 士1 升交点赤经变化率 士9.54×10" 24" 参考时间的轨道倾角 2 士1 32" IDOT 14 2-o 士9.31×10-" 轨道倾角变化率 /s 纬度幅角的余弦调和改正项的振幅 18" 2-动 士6.10×10- rad 士6.10×10- rad 纬度幅角的正弦调和改正项的振幅 18" 轨道半径的余弦调和改正项的振幅 18" 2 士2048 ？ 轨道半径的正弦调和改正项的振幅 18" 士2048 m 22
GB;/T39414.4一2020 表11(续 参数 定义 比特数 比例因子(LSB 有效范围 单位 rad 轨道倾角的余弦调和改正项的振幅 18 士6.10X10 -31 轨道倾角的正弦调和改正项的振幅 18” 2 士6.l0×10 rad 为2进制补码,最高有效位(MsB)是符号位(十或一) 用户机根据接收到的星历参数可以计算卫星在BDCS坐标系中的坐标
算法见表12. 表12星历参数用户算法 计算公式 描述 "=3.986004418X10”m'/s Bns坐标系下的地心引力常数 BDcS坐标系下的地球自转角速度 n.=7.2921150X10rad/s 开=3.1415926535898 圆周率 A=(、A” 计算长半轴 计算卫星平均角速度 V岩 计算观测历元到参考历元的时间差 n=n
十An 改正平均角速度 M=M
十nt 计算平近点角 迭代计算偏近点角 M，=E-esinE esinE sinvw -ecosE 计算真近点角 cosE lcosv ecosE 计算纬度幅角 十 -手 中 ou=Csin(29)十Cwcos(29 纬度幅角改正项 simrep)+c.,ca(p 径向改正项 r=Cs 轨道倾角改正项 i=Casin(2p)十Cecos(2p u=9十ouA 计算改正后的纬度幅角 r=A(1一ecosE)十r 计算改正后的径向 计算改正后的轨道倾角 =i十I0oT
,十 1 =rcos4 计算卫星在轨道平面内的坐标 =rsinu Q;=Qn十Q-Q,)t-Q.l [X，=.rcosQ;一ycosisinQ 计算历元升交点经度(地固系 计算MEo/IGSo卫星在BDs坐标系中的坐标 =工AsinQ十ycosicosQ. ysini 23
GB/T394144一2020 表12(续 计算公式 描述 计算历元升交点经度(惯性系 Q;=n十t一Q.t
计算GEO卫星在自定义坐标系中的坐标 XoK=rAcosQ;一ycosi，sinQ; YG;K=.rsin2十ycosicosQ. [ZoK=ysini XR Y =RzQ.l)Rx(一5'YoK 计算GEo卫星在Bncs坐标系中的坐标 Z [Zn 其中: R.5 十cosg 十sing I0 sino 十coso 十cosg 十sing R. sin 十cosg 是信号发射时刻的北斗时
是！和1.之间的总时间差,应考虑周变换的开始或结束,即如果大于 302400,将，减去604800;如果t，小于一302400,则将加上604800 6.2.4.13页面编号(Pnum 子帧！和子倾5的第4!一50比特为页面编号(Pnum),用于标识子颤的页面编号,共7比特
子畅 4和子帧5的信息都分24个页面分时播发,其中子帧4的第1一24页面编排卫星号为1一24的历书信 息,子5的第1一6页面编排卫星号为2530的历书信息,页面编号与卫星编号一一对应
此外,子 帧5的第1123页面可通过分时播发方式,播发卫星号为3143、4456,57~63的历书信息
6.2.4.14历书信息扩展标识(AmEplD 历书信息扩展标识(AmEpID)为2比特,用于标识子帧5的页面1124是否扩展播发31一63号 卫星历书和卫星健康信息
当AmEpID为“11”时,表示子帧5的页面11一23可扩展播发31一63号卫 星历书,子帧5的页面24可扩展播发31一63号卫星健康信息;当AmEpID不为“11”时,表示子帧5的 页面11一24为预留页面,不进行扩展播发 6.2.4.15历书参数(tm,VA,e,o,M,9,.,b,a0,ai,AmID) 历书参数更新周期小于7d
历书参数定义、说明、用户算法见表13表16
表13历书参数定义 参数 定义 历书参考时间 VA 长半轴的平方根 24
GB;/T39414.4一2020 表13(续 参数 定义 偏心率 近地点幅角 M
参考时间的平近点角 按参考时间计算的升交点经度 n 升交点赤经变化率 参考时间的轨道参考倾角的改正量 卫星钟差 卫星钟速 a AmlD 分时播插发识别标识 参数AmlID为2比特,用于识别子帧5的页面1l一24分时播发的卫星历书和卫星健康信息,其值 在参数AmEpID为“11”时有效
针对分时播发的卫星历书,用户应先使用AmEplD判断卫星历书是否扩展播发,再结合AmlD识 别相应的卫星历书
具体分时播发方式见表14,参数说明见表15,参数用户算法见表16
表14历书参数分时播发方式 AmEpID AmlD 页面编号Pmu 历书对应的卫星编号 num o1 11一23 31一43 10 11一23 44一56 1 l1~17 5763 1 18~23 保留 保留 00 1123 表15历书参数说明 单位 参数 比特数 比例因子 有效范围 212 602112 24 VA 2- 8192 m" 17 0.0625 24" 士1 M
24 士1 Q 士1 24 17” 2-M 16 2-" 11" 2- 11 为2进制补码,最高有效位MSB)是符号位(十或一)
25
GB/T394144一2020 表16历书参数用户算法 计算公式 描述 s坐标系下的地心引力常数 BDCS 从=3.986004418X10m'/s BncS坐标系下的地球自转角速度 n =7.292l150×10-rad/s 计算长半轴 A=(VA 计算卫星平均角速度 计算观测历元到参考历元的时间差 t=t一t" M，=M十n, 计算平近点角 M=E一esinE 迭代计算偏近点角 -esinE sin ecosE 计算真近点角 cosE cosy ecosE 计算纬度幅角 P=V十w 计算径向 r=A(I-ecosE =rkcosgl 计算卫星在轨道平面内的坐标 -rsingp 改正升交点经度 Q.=n十Q一Q.)t Q.l i=i
十" 参考时间的轨道倾角 =rcosQ;一ycosisinQ 计算GEo/MEo/IGso卫星在BnS坐标系中的坐标 =rsinn.十ycosicosO. =yAsini '是信号发射时刻的北斗时
，是！ 和d.之间的总时间差,应考虑周变换的开始或结束即;如果大于 302400,将，减去604800;如果小于一302400,则将，加上60480o. 对于MEo/IGso卫星.i
=0.30x;对于GEo卫星，i
=0.00 历书时间计算见公式(18): 18 1=l一Al 式中 -信号发射时刻的北斗时,单位为秒(s); -信号发射时刻的卫星测距码相位时间,单位为秒(s); 卫星测距码相位时间偏移,单位为秒(s),由公式(19)给出 Al、0 19 A=d,十a(/一t 式中,!可忽略精度,用1.替代;历书基准时间1.是以历书周计数(wN,)的起始时刻为基准的 26
北斗卫星导航系统空间信号接口规范第4部分：公开服务信号B3IGB/T39414.4-2020
北斗卫星导航系统是中国自主研发的全球卫星导航系统，已经成为国家重要的基础设施之一。GB/T39414.4-2020标准中，关于北斗卫星导航系统空间信号接口规范第4部分提出了公开服务信号B3I。
公开服务信号B3I是指北斗卫星导航系统中用于公众定位和测量服务的信号类型，其频率为1561.098MHz。GB/T39414.4-2020标准中对于公开服务信号B3I的定义、特征和技术规范进行了详细说明。
根据GB/T39414.4-2020标准，公开服务信号B3I的技术规范主要包括以下几个方面：
- 信号结构和调制方式：公开服务信号B3I采用二进制相移键控（BPSK）调制方式，其信号结构包括导航消息、导航数据和定时信号。
- 信号传输特性：公开服务信号B3I的信号带宽为24MHz，信噪比要求为30dB-Hz以上；其天线相对于卫星的方向精度要求小于0.5度。
- 码跟踪环特性：公开服务信号B3I的码跟踪环采用旁瓣抑制技术，具有较高的抗多径性能。
- 频率稳定度和时间同步性：公开服务信号B3I的频率稳定度要求在10^-13级别，时间同步误差不超过20纳秒。
通过满足以上技术规范，公开服务信号B3I可以实现高精度的定位和测量服务，广泛应用于交通运输、物流配送、地质勘探等领域。
总之，GB/T39414.4-2020标准中关于北斗卫星导航系统空间信号接口规范第4部分的公开服务信号B3I是为了规范和推动北斗卫星导航系统的应用，提高其精度和可靠性。
