sp3 version a (Discontinued January 2006) GPS and GLONASS orbit solutions

2018-4-25 22:48:34 来源: IGS 发布人:
 





      The National Geodetic Survey Standard GPS Format SP3


                     Paul R. Spofford
                 National Geodetic Survey
               National Ocean Service, NOAA
             Silver Spring, MD 20910-3282, USA

                          and 

                 Benjamin W. Remondi, PhD
                      P.O. Box 37
              Dickerson, Maryland 20842, USA



                      INTRODUCTION

     Why do we need standardized orbit formats?  Standard orbit
formats provide many advantages, the most obvious being orbit
exchange.  ASCII and binary formats both satisfy this function,
but ASCII does it with greater generality because binary formats
are computer operating system dependent.

     The NGS standard GPS orbit format SP1 was introduced in
Remondi (1985).  After a few years of use, it was realized that
enhancements would eventually be required.  The "orbit type," the
coordinate system, and the GPS week associated with the first
epoch of the ephemeris file were added in a manner that did not
impact the formats and existing software.

     A more serious omission of the initial NGS orbit format was
the satellite clock corrections.  This omission reflected an
earlier belief that all geodetic applications could be
accomplished in differential mode.  Today we realize that
standard formats serve a wider community and include those who
find it inconvenient to operate in a differential mode.  A user
can operate in single-receiver or navigation mode based on the
broadcast message.  However, the user can get more accurate
(post-processed) results if the precise orbital data and the
associated satellite clock corrections, which were determined
simultaneously with those precise orbits, are available.  This
becomes even more valuable when the broadcast orbit and clock
information are intentionally degraded.

     Thus, a new NGS orbit format was proposed in Remondi (1989),
and modified and adopted in Remondi (1991).  This format is
similar to the original NGS orbit format, but comprises
positional and satellite clock correction data.  Furthermore,
other changes were proposed which allow more flexibility with
regard to enhancements.  This summary document combines the
specifications and enhancements discussed in Remondi (1989) and
Remondi (1991), with examples for the benefit of the user.



SP3

     In this document the NGS orbital format SP3 (Standard
Product # 3) for Global Positioning System (GPS) satellites is
discussed (see examples 1 and 2).  The major addition to earlier
formats is the satellite clock correction information which is
computed simultaneously with the orbits.  The basic format is a
position and clock record; a second, optional, record contains
velocities and clock rates-of-change.  The Position Record Flag,
P, in line one indicates that no velocities are included.  The
Velocity Record Flag, V, in line one indicates that at each
epoch, and for each satellite, a satellite velocity and clock
rate-of-change has been computed.  The SP3 format has been
designed such that satellites other than GPS could be described
as well.

Note:  All times referred to in this document are GPS times, even
when they are represented as Gregorian or Modified Julian Dates. 
Thus, information for conversion of GPS time to Coordinated
Universal Time (UTC) is not provided as part of the SP3 format.
!     Standard Product #3 ASCII SP3 Format Version "a"
     (refer to example given in figure 1)

     SP3 First Line

     Columns 1-2         Version Symbol   #a
     Column  3           Pos or Vel Flag  P or V
     Columns 4-7         Year Start       1994
     Column  8           Unused           _
     Columns 9-10        Month Start      12
     Column  11          Unused           _
     Columns 12-13       Day of Month St  17
     Column  14          Unused           _
     Columns 15-16       Hour Start       _0
     Column  17          Unused           _
     Columns 18-19       Minute Start     _0
     Column  20          Unused           _
     Columns 21-31       Second Start     _0.00000000
     Column  32          Unused           _
     Columns 33-39       Number of Epochs _____96
     Column  40          Unused           _
     Columns 41-45       Data Used        ____d
     Column  46          Unused           _
     Columns 47-51       Coordinate Sys   ITR92
     Column  52          Unused           _
     Columns 53-55       Orbit Type       FIT
     Column  56          Unused           _
     Columns 57-60       Agency           _NGS


     SP3 Line Two

     Columns 1-2         Symbols          ##
     Column  3           Unused           _
     Columns 4-7         GPS Week         _779
     Column  8           Unused           _
     Columns 9-23        Seconds of Week  518400.00000000
     Column  24          Unused           _
     Columns 25-38       Epoch Interval   __900.00000000
     Column  39          Unused           _
     Columns 40-44       Mod Jul Day St   49703
     Column  45          Unused           _
     Columns 46-60       Fractional Day   0.0000000000000


     SP3 Line Three

     Columns 1-2         Symbols          +_
     Column  3-4         Unused           __
     Columns 5-6         Number of Sats   25
     Column  7-9         Unused           __
     Columns 10-12       Sat #1 Id        __1
     Column  13-15       Sat #2 Id        __2
            *
            *
            *
     Columns 58-60       Sat #17 Id      _22

     SP3 Line Four

     Columns 1-2         Symbols          +_
     Columns 3-9         Unused           _______
     Columns 10-12       Sat #18 Id       _23
     Columns 13-15       Sat #19 Id       _24
            *
            *
            *
     Columns 58-60       Sat #34 Id       __0


     SP3 Line Five

     Columns 1-2         Symbols          +_
     Columns 3-9         Unused           _______
     Columns 10-12       Sat #35 Id       __0
     Columns 13-15       Sat #36 Id       __0
            *
            *
            *
     Columns 58-60       Sat #51 Id       __0


     SP3 Line Six

     Columns 1-2         Symbols          +_
     Columns 3-9         Unused           _______
     Columns 10-12       Sat #52 Id       __0
     Columns 13-15       Sat #53 Id       __0
            *
            *
            *
     Columns 58-60       Sat #68 Id      __0


     SP3 Line Seven

     Columns 1-2         Symbols          +_
     Columns 3-9         Unused           _______
     Columns 10-12       Sat #69 Id       __0
     Columns 13-15       Sat #70 Id       __0
            *
            *
            *
     Columns 58-60       Sat #85 Id       __0


     SP3 Line Eight

     Columns 1-2         Symbols          ++
     Columns 3-9         Unused           _______
     Columns 10-12       Sat #1 Accuracy  __7
     Columns 13-15       Sat #2 Accuracy  __6
            *
            *
            *
     Columns 58-60       Sat #17 Accuracy __5


     SP3 Line Nine

     Columns 1-2         Symbols          ++
     Columns 3-9         Unused           _______
     Columns 10-12       Sat #18 Accuracy __5
     Columns 13-15       Sat #19 Accuracy __5
            *
            *
            *
     Columns 58-60       Sat #34 Accuracy __0


     SP3 Line Ten

     Columns 1-2         Symbols          ++
     Columns 3-9         Unused           _______
     Columns 10-12       Sat #35 Accuracy __0
     Columns 13-15       Sat #36 Accuracy __0
            *
            *
            *
     Columns 58-60       Sat #51 Accuracy __0


     SP3 Line Eleven

     Columns 1-2         Symbols          ++
     Columns 3-9         Unused           _______
     Columns 10-12       Sat #52 Accuracy __0
     Columns 13-15       Sat #53 Accuracy __0
            *
            *
            *
     Columns 58-60       Sat #68 Accuracy __0


     SP3 Line Twelve

     Columns 1-2         Symbols          ++
     Columns 3-9         Unused           _______
     Columns 10-12       Sat #69 Accuracy __0
     Columns 13-15       Sat #70 Accuracy __0
            *
            *
            *
     Columns 58-60       Sat #85 Accuracy __0


     SP3 Lines Thirteen and Fourteen

     Columns 1-2         Symbols          %c
     Column  3           Unused           _
     Columns 4-5         2 characters     cc
     Column  6           Unused           _
     Columns 7-8         2 characters     cc
     Column  9           Unused           _
     Columns 10-12       3 characters     ccc
     Column  13          Unused           _
     Columns 14-16       3 characters     ccc
     Column  17          Unused           _
     Columns 18-21       4 characters     cccc
     Column  22          Unused           _
     Columns 23-26       4 characters     cccc
     Column  27          Unused           _
     Columns 28-31       4 characters     cccc
     Column  32          Unused           _
     Columns 33-36       4 characters     cccc
     Column  37          Unused           _
     Columns 38-42       5 characters     ccccc
     Column  43          Unused           _
     Columns 44-48       5 characters     ccccc
     Column  49          Unused           _
     Columns 50-54       5 characters     ccccc
     Column  55          Unused           _
     Columns 56-60       5 characters     ccccc


     SP3 Lines Fifteen and Sixteen

     Columns 1-2         Symbols          %f
     Column  3           Unused           _
     Columns 4-13        10-column float  _0.0000000
     Column  14          Unused           _
     Columns 15-26       12-column float  _0.000000000
     Column  27          Unused           _
     Columns 28-41       14-column float  _0.00000000000
     Column  42          Unused           _
     Columns 43-60       18-column float  _0.000000000000000


     SP3 Lines Seventeen and Eighteen

     Columns 1-2         Symbols          %i
     Column  3           Unused           _
     Columns 4-7         4-column int     ___0
     Column  8           Unused           _
     Columns 9-12        4-column int     ___0
     Column  13          Unused           _
     Columns 14-17       4-column int     ___0
     Column  18          Unused           _
     Columns 19-22       4-column int     ___0
     Column  23          Unused           _
     Columns 24-29       6-column int     _____0
     Column  30          Unused           _
     Columns 31-36       6-column int     _____0
     Column  37          Unused           _
     Columns 38-43       6-column int     _____0
     Column  44          Unused           _
     Columns 45-50       6-column int     _____0
     Column  51          Unused           _
     Columns 52-60       9-column int     ________0


     SP3 Lines Nineteen to Twenty two

     Columns 1-2         Symbols          /*
     Column  3           Unused           _
     Columns 4-60        Comment          CC...CC


     SP3 Line Twenty three (The Epoch Header Record)

     Columns 1-2         Symbols          *_
     Column  3           Unused           _
     Columns 4-7         Year Start       1994
     Column  8           Unused           _
     Columns 9-10        Month Start      12
     Column  11          Unused           _
     Columns 12-13       Day of Month St  17
     Column  14          Unused           _
     Columns 15-16       Hour Start       _0
     Column  17          Unused           _
     Columns 18-19       Minute Start     _0
     Column  20          Unused           _
     Columns 21-31       Second Start     _0.00000000


     SP3 Line Twenty four (The Position and Clock Record)
     (See example 1)

     Column 1            Symbol           P
     Columns 2-4         Vehicle Id.      __1
     Columns 5-18        x-coordinate(km) __16258.524750
     Columns 19-32       y-coordinate(km) __-3529.015750
     Columns 33-46       z-coordinate(km) _-20611.427050
     Columns 47-60       clock (microsec) ____-62.540600
          *
          *
          *

In addition, one could use the Velocity and Clock Rate-of-Change
record, V, after the Position and Clock record.  The clock rate-
of-change units are 10**-4 microseconds/second.

     SP3 Line Twenty five
     (See example 2)

     Column 1            Symbol           V
     Columns 2-4         Vehicle Id.      __1
     Columns 5-18        x-velocity(dm/s) __16258.524750
     Columns 19-32       y-velocity(dm/s) __-3529.015750
     Columns 33-46       z-velocity(dm/s) _-20611.427050
     Columns 47-60       clock rate-chg   ____-62.540600
          *    
          *
          *


     SP3 Line 22+NUMEPS*(NUMSATS+1)+1 (i.e., The Last Line)

     Columns 1-3         Symbols          EOF

!Discussion of the SP3 Format

     On line one, character two is the format version
identification character.  The first released version has been
designated version 'a'.  Subsequent versions will use lower case
letters in alphabetical order.  The first line comprises the
Gregorian date and time of day of the first epoch of the orbit,
the number of epochs in the ephemeris file (up to 10 million),
the data used descriptor, the orbit type descriptor, and the
agency descriptor.  The data used descriptor was included for
ease in distinguishing between multiple orbital solutions from a
single organization.  This will have primary use for the agency
generating the orbit.  A possible convention is given below; this
is not considered final and suggestions are welcome.

     u   -- undifferenced carrier phase
     du  -- change in u with time
     s   -- 2-receiver/1-satellite carrier phase
     ds  -- change on s with time
     d   -- 2-receiver/2-satellite carrier phase
     dd  -- change in d with time
     U   -- undifferenced code phase
     dU  -- change in U with time
     S   -- 2-receiver/1-satellite code phase
     dS  -- change in S with time
     D   -- 2-receiver/2-satellite code phase
     dD  -- change in D with time
      +  -- type separator

     Combinations such as "__u+U" seem reasonable.  If the
measurements used were complex combinations of standard types,
then one could use "mixed" where mixed could be explained on the
comment lines.

     Orbit type is described by a three character descriptor.  At
this time only three have been defined: FIT (fitted), EXT
(extrapolated or predicted), and BCT (broadcast).  Naturally,
others are possible.  The computing agency descriptor allows four
characters (e.g. _NGS).

     The second line has:  the GPS week (which will exceed 1000
in the year 1999); the seconds of the GPS Week elapsed at the
start of the orbit (0.0 <= seconds of week < 604800.0); the epoch
interval (0.0 < epoch interval < 100000.0) in seconds; the
modified Julian Day Start (where 44244 represents GPS zero time -
- January 6, 1980); and fractional part of the day (0.0 <=
fractional < 1.0) at the start of the orbit.

     The third line to the seventh lines indicate the number of
satellites followed by their respective identifiers.  The
identifiers must use consecutive slots and continue on lines 4-7,
if required.  The value 0 should only appear after all the
identifiers are listed.  Satellite identifiers may be listed in
any order.  However, for ease in reviewing satellites included in
the orbit file it is recommended that numerical order be used.

     The eighth line to the twelfth lines have the orbit accuracy
exponents.  The value 0 is interpreted as accuracy unknown.  A
satellite's accuracy exponent appears in the same slot on lines
8-12 as the identifier on lines 3-7.  The accuracy is computed
from the exponent as in the following example.  If the accuracy
exponent is 13, the accuracy is 2**13 mm or 8 m.  The quoted
orbital error should represent one standard deviation and be
based on the orbital error in the entire file for the respective
satellite.  This may lead to some distortion when orbit files are
joined together.

     Lines 13-18 allow the SP3 ASCII file to be modified, since
the SP3 format has been designed so that additional parameters
may be added.

     Lines 19-22 are free form comments.

     Line 23 is the epoch header date and time.

     Line 24 is the position and clock line, and the first
character is 'P' indicating a position line.  The positional
values are in kilometers and are precise to 1 mm.  A precision of
0.5 mm can be accommodated if rounding is used, i.e., the value
shown is never more than 0.5 mm from the computed value.  The
clock values are in microseconds and are precise to 1 picosecond. 
Bad or absent positional values are to be set to 0.000000.  Bad
or absent clock values are to be set to _999999.9999__.  The six
integer nines are required, whereas the fractional part nines are
optional.  When the position/velocity mode flag is set to 'V' in
line one, each position record for a given satellite is followed
by a velocity record for the same satellite.  The first character
of the velocity record is a "V".  The velocity components are
given in decimeters/second and have a precision of 10**-4 mm/second. 
The last column of a velocity record is the rate-of-change of
clock correction given in units of 10**-4 microsecond/second.  The
precision of this parameter is 10**-16 second/second.

!Example 1

#aP1994 12 17  0  0  0.00000000      96     d ITR92 FIT  NGS
##  779 518400.00000000   900.00000000 49703 0.0000000000000
+   25     1  2  4  5  6  7  9 12 14 15 16 17 18 19 20 21 22
+         23 24 25 26 27 28 29 31  0  0  0  0  0  0  0  0  0
+          0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
+          0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
+          0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
++         7  6  5  5  5  5  5  5  5  6  5  5  5  5  6  5  5
++         5  5  6  5  5  5  5  5  0  0  0  0  0  0  0  0  0
++         0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
++         0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
++         0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
%c cc cc ccc ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc
%c cc cc ccc ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc
%f  0.0000000  0.000000000  0.00000000000  0.000000000000000
%f  0.0000000  0.000000000  0.00000000000  0.000000000000000
%i    0    0    0    0      0      0      0      0         0
%i    0    0    0    0      0      0      0      0         0
/* CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
/* CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
/* CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
/* CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
*  1994 12 17  0  0  0.00000000
P  1  16258.524750  -3529.015750 -20611.427050    -62.540600
P  2 -21998.652100  -8922.093550 -12229.824050   -131.326200
P  4 -26019.547600   4809.810900  -2508.578200      3.544600
P  5   7014.950200  21130.960300 -14387.334650     79.692800
   *
   *
   *
P 28  13204.937750 -20485.533400  10794.787000     55.200800
P 29  -1638.431050 -24391.479200  10455.312650      3.690300
P 31   6265.255800 -25687.986950   -753.359000     70.830800
*  1994 12 17  0 15  0.00000000
P  1  15716.820135  -1169.850490 -21281.578766    -62.542746
P  2 -22813.261065  -9927.616864  -9816.490189   -131.328686
   *
   *
   *
P 28  13416.746195 -22186.753441   6248.864499     55.385492
P 29  -2745.269113 -22169.709690  14469.340453      3.718873
P 31   5629.986510 -25241.323751  -5659.769347     71.118497
*  1994 12 17 23 45  0.00000000
P  1  16708.907949  -5150.972262 -19904.291167    -62.727331
P  2 -21321.617042  -8048.187511 -13856.581227   -131.555527
P  4 -26107.382526   5010.736034   -422.963345      3.672587
P  5   7932.078481  21838.230749 -12767.671968     79.888744
   *
   *
   *
P 28  13308.321924 -21306.183480   8935.290694     55.387446
P 29  -2059.774801 -23532.083663  12229.852140      3.719337
P 31   6034.395625 -25605.621951  -2843.783172     71.121661
EOF!Example 2

#aV1994 12 17  0  0  0.00000000      96     d ITR92 FIT  NGS
##  779 518400.00000000   900.00000000 49703 0.0000000000000
+   25     1  2  4  5  6  7  9 12 14 15 16 17 18 19 20 21 22
+         23 24 25 26 27 28 29 31  0  0  0  0  0  0  0  0  0
+          0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
+          0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
+          0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
++         7  6  5  5  5  5  5  5  5  6  5  5  5  5  6  5  5
++         5  5  6  5  5  5  5  5  0  0  0  0  0  0  0  0  0
++         0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
++         0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
++         0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
%c cc cc ccc ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc
%c cc cc ccc ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc
%f  0.0000000  0.000000000  0.00000000000  0.000000000000000
%f  0.0000000  0.000000000  0.00000000000  0.000000000000000
%i    0    0    0    0      0      0      0      0         0
%i    0    0    0    0      0      0      0      0         0
/* CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
/* CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
/* CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
/* CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
*  1994 12 17  0  0  0.00000000
P  1  16258.524750  -3529.015750 -20611.427050    -62.540600
V  1  -6560.373522  25605.954994  -9460.427179     -0.024236
P  2 -21998.652100  -8922.093550 -12229.824050   -131.326200
V  2  -9852.750736 -12435.176313  25738.634180     -0.029422
P  4 -26019.547600   4809.810900  -2508.578200      3.544600
V  4   2559.038002  -3340.527442 -31621.490838      0.016744
   *
   *
   *
P 29  -1638.431050 -24391.479200  10455.312650      3.690300
V 29   5754.005457 -12065.761570 -27707.056273      0.003537
P 31   6265.255800 -25687.986950   -753.359000     70.830800
V 31   3053.344058    -63.091750  31910.454757      0.033749
*  1994 12 17  0 15  0.00000000
P  1  15716.820135  -1169.850490 -21281.578766    -62.542746
V  1  -5439.955846  26738.341429  -5409.793390     -0.023226
P  2 -22813.261065  -9927.616864  -9816.490189   -131.328686
V  2  -8178.974330  -9924.329320  27813.754308     -0.025238
   *
   *
   *
P 31   5629.986510 -25241.323751  -5659.769347     71.118497
V 31   5213.646243  -5585.922919  30831.379942      0.040199
*  1994 12 17 23 45  0.00000000
P  1  16708.907949  -5150.972262 -19904.291167    -62.727331
V  1  -7218.304166  24494.550676 -12283.334526     -0.023824
   *
   *
   *
P 31   6034.395625 -25605.621951  -2843.783172     71.121661
V 31   3831.346050  -2469.229615  31655.436179      0.028935
EOF!                            REFERENCES


1.  Remondi, B. W. 1985: Distribution of Global Positioning
System Ephemerides by the National Geodetic Survey, Presented at
the First Conference on Civil Applications of GPS - Institute of
Navigation, September 12, 1985, 8 pp.

2.  Remondi, B. W. 1989: Extending the National Geodetic Survey
Geodetic Orbit Formats, NOAA Technical Report 133 NGS 46, 85 pp.

3.  Remondi, B. W., 1991: NGS Second Generation ASCII and Binary
Orbit Formats and Associated Interpolated Studies, Proceedings of
the Twentieth General Assembly, International Union of Geodesy
and Geophysics, Vienna, Austria, August 11-24, 1991, 28 pp.




                      ORDERING INFORMATION


Geodetic publications of NOAA and the National Geodetic Survey
are sold in paper form by the Information Services Division,
National Geodetic Survey, NOAA.  To obtain a price list or to
place an order contact:

                  NOAA, National Geodetic Survey
                  SSMC3, N/CG112
                  1315 East-West Highway
                  Silver Spring, Maryland  20910-3282
                  USA

                  Telephone: 301-713-3242
                  FAX:       301-713-4172.

=====================================================================
Paul R. Spofford                         Internet: pauls@ngs.noaa.gov
NOAA, National Geodetic Survey                Telephone: 301-713-3205
1315 East-West Highway, N/CG12                      FAX: 301-713-4322
Silver Spring, Maryland 20910-3282, USA            Home: 301-831-6099
=====================================================================
阅读次数: 1338

下一篇: ANTEX: The Antenna Exchange Format, Version 1.4 2010
上一篇: SP3 标准,最初的定义

尚无评论!

返回上一页面