1、总述

GPS即全球定位系统（Global Positing System），是随着现代科学技术的发展而建立起来的新一代卫星导航定位系统。GPS是美国从20世纪70年代开始研制的，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位的能力。尤其是经过近几年的研究，GPS更在测绘、航空遥感和气象等方面有了新的应用，并以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大用户的信赖。随着对定位精度的要求越来越高，人们对GPS卫星星历的精度和实时性提出的更高的要求^[1,2,3,5]。

GPS整个系统分为卫星星座、地面控制与监控站、用户设备3个部分。GPS定位技术具有测站间无需通视、定位精度高、观测时间短、提供三维坐标、仪器轻便、自动化程度高，全天候工作等特点。

卫星星历，是描述有关卫星运动轨道的信息。利用GPS进行定位，就是根据已知的卫星轨道信息和用户的观测资料，通过数据处理来确定接收机的位置及其载体的运动速度。因而，精准的轨道信息是精密定位的基础。GPS卫星的星历分为两种：一种是预报星历，又称广播星历；另一种是后处理星历，又称精密星历。预报星历是卫星GPS将含有轨道信息的导航电文发送给用户接收机，然后经过解码获得的卫星星历。因而广播星历通常包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数以及必要的轨道摄动改正参数。卫星发射的广播星历每2小时更新一次，以供用户使用^[5]。目前，广播星历的精度一般估计为20m-40m。而对于精密星历给出的卫星的轨道精度可以达到#177;10厘米左右，足以满足精密定位的需要，因为精密星历是一些国家的某些部门根据各自建立的跟踪站所获得的精密观测资料，应用与确定预报星历相似的方法计算的卫星的星历。关于通过广播星历确定卫星在轨位置和卫星的轨道拟合方法，国内外的学者早在90年代开始对其方法进行了比较深入的研究。在这些研究中，都是通过比较长时间（十几小时甚至几天）接收的多组GPS卫星广播星历来计算观测时段内的卫星的某些时刻的地心坐标，进一步通过内插和拟合的方法确定GPS卫星的运行轨道获得任意时刻的卫星坐标，以便在后续的基线解算中节省内存。

在GPS 定位中，轨道信息是定位的基本要素，而卫星的轨道信息是通过星历给出的，因此星历误差将成为一种起算数据误差，在正确的施加了对流层延迟、电离层延迟等误差改正的前提下，卫星单点定位误差的量级大体上与卫星星历误差的量级相当，因而在利用广播星历进行卫星单点定位时，精度一般只能达到数米至数十米^[6,7,8]。

2、卫星坐标计算

接收机卫星的卫星星历包含卫星的位置信息，但是没有给出卫星的确切位置，这就要根据卫星星历来计算相对于地心坐标系和载体坐标系的位置，直观反映出卫星与接收机之间相对关系。用广播星历参数计算观测时刻t的卫星位置的步骤^[3,9,12]如下：

（1）根据电文计算长半轴A

(1)

(2)计算卫星运行的平均角速度n