GNSS技术干货之星历和历书-云帆兴烨
星历和历书往往是解决卫星导航问题的重要入口，但这两个概念容易混淆，今天我们就聊一聊星历和历书。
悠久的历史
星历（Ephemeris）这个词源于希腊语 "ephémeros"，意思是"每日的"。在很早以前的航海和天文领域，星历就有着重要的应用，指天体运行位置和运动参数的表格或指南，可以用来表示天体在特定时间的位置，便于船舶和航天器的导航和定位。
历书（Almanac）一词最早出现在拉丁语中的“almanachus”，意为“日程表”，欧洲的天文学家和占星家早在十一世纪就开始编写阿尔曼纽斯（Almanacs）以记录准确的日食、月食、星象和行星位置等观测数据，并用它来预测未来的行星和潮汐运动。
从这两个名词的来源看，星历包含实时的天体运动位置，历书具有预报的作用。卫星导航借用了星历和历书的概念，用来描述导航电文中的重要组成部分 —— 卫星位置以及重要卫星参数。
卫星导航的星历和历书
在卫星导航中，星历与历书都是表示卫星运行的参数，通过导航电文的方式，以比特数据的形式发送给定位接收机。
星历是当前接收机能够观测到的卫星的精确位置，精度很高，并应用于定位。星历数据的有效期短，通常1-2个小时就更新一次。
历书包括导航星座全部卫星的大概位置，用于卫星预报。历书的精度比星历通常要低很多，有效期也长很多。用户可以根据自身位置与历书的信息，预测出当前接收机可见卫星，从而减少漫天搜索卫星的时间。
例如，接收机搜捕到了1号GPS卫星，那么它就可以从导航电文中解出1号星的星历信息，并计算出1号星的精确位置，同时可以从一号星中收到所有32颗GPS卫星的历书信息，用来预报此时GPS星座其他卫星所处的大概位置。
开普勒与卫星轨道
开普勒六根数 （Keplerian Elements）
星历和历书中包含最重要的内容就是卫星的位置了。卫星的位置到底是以什么格式体现的呢？是我们通常说的X、Y、Z么？
目前除了GLONASS系统播发其坐标系下卫星的具体位置之外，像北斗、GPS都是播发开普勒根数。
开普勒六根数是描述行星轨道参数，它们是：
通过这些参数就可以计算和预测行星位置及其运动了。
开普勒六根数描述星体运行位置
这些参数以一定的规则填写到导航电文当中，接收机就能通过这个规则解出开普勒参数，从而计算出卫星的位置了。
北斗导航电文格式（部分）
星历历书包含的其他重要内容
除了卫星的开普勒参数星历还包括以下信息：
这些信息对于接收机的正常可靠工作也有非常重要的作用。另外，军码的星历精度往往会高于民码。
相比之下，历书除了开普勒参数外，包含的信息就少很多，其主要的任务就是把星座的几十颗星的参数完全播发出来，而且往往需要把完整的历书数据需要拆开来播发，比如GPS每30秒发送历书的一部分内容，12.5分钟才能发送完成一个完整的历书。历书往往存储在接收机的非易失存储器中，用来加快首次定位速度。
星历和历书的存放格式
用户只能通过接收卫星导航信号才能获得星历和历书么？其实不然，星历和历书信息还可以通过其他的方式发送给接收机，用来提高接收机的性能。比如A-GPS中，卫星的轨道参数可以通过基站高效的发送给手机，用来提高手机首次定位时间。另外，我们可以从GPS、BD网站下载到星历的数据，很多机构也会发布这些信息供用户下载使用。
星历一般以RINEX格式存储，历书一般以YUMA格式或TLE格式存储，标准化的文件格式为全球的卫星导航用户提供了统一的接口，为定位导航的研究带来了极大的方便。比如下面这个网站可以提供最新的两行根数格式TLE的历书文件。
思博伦的PosApp软件支持导入外部下载的星历和历书文件，从而使GSS7000的星座仿真和真实的卫星分布保持一致。
总结
GNSS星历和历书在定位和授时方面起着关键作用。准确星历数据可以实现更精确、可靠、高效的GNSS定位、导航和授时功能。随着GNSS技术的不断改进，未来的发展将继续围绕着提高星历、历书的准确性、可用性、播发效率等展开，为GNSS技术的广泛应用开辟新的机遇。