GNSS技術干貨之星歷和歷書-云帆興燁

星歷和歷書往往是解決衛星導航問題的重要入口，但這兩個概念容易混淆，今天我們就聊一聊星歷和歷書。

星歷（Ephemeris）這個詞源于希臘語 "ephémeros"，意思是"每日的"。在很早以前的航海和天文領域，星歷就有著重要的應用，指天體運行位置和運動參數的表格或指南，可以用來表示天體在特定時間的位置，便于船舶和航天器的導航和定位。

歷書（Almanac）一詞最早出現在拉丁語中的“almanachus”，意為“日程表”，歐洲的天文學家和占星家早在十一世紀就開始編寫阿爾曼紐斯（Almanacs）以記錄準確的日食、月食、星象和行星位置等觀測數據，并用它來預測未來的行星和潮汐運動。

從這兩個名詞的來源看，星歷包含實時的天體運動位置，歷書具有預報的作用。衛星導航借用了星歷和歷書的概念，用來描述導航電文中的重要組成部分 —— 衛星位置以及重要衛星參數。

在衛星導航中，星歷與歷書都是表示衛星運行的參數，通過導航電文的方式，以比特數據的形式發送給定位接收機。

• 星歷是當前接收機能夠觀測到的衛星的精確位置，精度很高，并應用于定位。星歷數據的有效期短，通常1-2個小時就更新一次。

• 歷書包括導航星座全部衛星的大概位置，用于衛星預報。歷書的精度比星歷通常要低很多，有效期也長很多。用戶可以根據自身位置與歷書的信息，預測出當前接收機可見衛星，從而減少漫天搜索衛星的時間。

例如，接收機搜捕到了1號GPS衛星，那么它就可以從導航電文中解出1號星的星歷信息，并計算出1號星的精確位置，同時可以從一號星中收到所有32顆GPS衛星的歷書信息，用來預報此時GPS星座其他衛星所處的大概位置。

開普勒與衛星軌道

星歷和歷書中包含最重要的內容就是衛星的位置了。衛星的位置到底是以什么格式體現的呢？是我們通常說的X、Y、Z么？

目前除了GLONASS系統播發其坐標系下衛星的具體位置之外，像北斗、GPS都是播發開普勒根數。

開普勒六根數是描述行星軌道參數，它們是：

通過這些參數就可以計算和預測行星位置及其運動了。

開普勒六根數描述星體運行位置

這些參數以一定的規則填寫到導航電文當中，接收機就能通過這個規則解出開普勒參數，從而計算出衛星的位置了。

北斗導航電文格式（部分）

除了衛星的開普勒參數星歷還包括以下信息：

這些信息對于接收機的正?？煽抗ぷ饕灿蟹浅Ｖ匾淖饔?。另外，軍碼的星歷精度往往會高于民碼。

相比之下，歷書除了開普勒參數外，包含的信息就少很多，其主要的任務就是把星座的幾十顆星的參數完全播發出來，而且往往需要把完整的歷書數據需要拆開來播發，比如GPS每30秒發送歷書的一部分內容，12.5分鐘才能發送完成一個完整的歷書。歷書往往存儲在接收機的非易失存儲器中，用來加快首次定位速度。

用戶只能通過接收衛星導航信號才能獲得星歷和歷書么？其實不然，星歷和歷書信息還可以通過其他的方式發送給接收機，用來提高接收機的性能。比如A-GPS中，衛星的軌道參數可以通過基站高效的發送給手機，用來提高手機首次定位時間。另外，我們可以從GPS、BD網站下載到星歷的數據，很多機構也會發布這些信息供用戶下載使用。

星歷一般以RINEX格式存儲，歷書一般以YUMA格式或TLE格式存儲，標準化的文件格式為全球的衛星導航用戶提供了統一的接口，為定位導航的研究帶來了極大的方便。比如下面這個網站可以提供最新的兩行根數格式TLE的歷書文件。

思博倫的PosApp軟件支持導入外部下載的星歷和歷書文件，從而使GSS7000的星座仿真和真實的衛星分布保持一致。

GNSS星歷和歷書在定位和授時方面起著關鍵作用。準確星歷數據可以實現更精確、可靠、高效的GNSS定位、導航和授時功能。隨著GNSS技術的不斷改進，未來的發展將繼續圍繞著提高星歷、歷書的準確性、可用性、播發效率等展開，為GNSS技術的廣泛應用開辟新的機遇。