GPS衛(wèi)星運(yùn)動及定位matlab仿真.畢業(yè)設(shè)計(jì)說明

.作者：專業(yè)班級：摘要指導(dǎo)老師：導(dǎo)航定位、定時(shí)和測速系統(tǒng)，現(xiàn)在在全球很多領(lǐng)域獲得了應(yīng)用。高，所以對衛(wèi)星運(yùn)動做了理想化處理，攝動力對衛(wèi)星的影響忽略不計(jì)(所以為略分析，并使用matlab編程仿真實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星的運(yùn)功軌道平面、運(yùn)動動態(tài)、可見衛(wèi)星的分布及利用可見衛(wèi)星計(jì)算出用戶位置。.Abstract：Globalpositioningsystemisaglobal,versatility,all-weatheradvantageofnavigationandpositioning,timingandspeedsystem,nowtherehasmanyapplicationinmanyfields.GPSsatellitepositioningisacomplexsystem,whichincludesmanyparameters,suchastimeandspacecoordinatessystem.Thisdesignisisnothigh,sotodotheidealizedsatellitemovement,andignorethedisturbedmotion(socallitnon-disturbedmotion).UsingtheKeplerandleast-squaremethodforcalculatingtheparametersoforbitalmotion,forthecharacteristicsofmotiontomakeasimpleanalysis,andusethematlabsimulationtoprogramachievetheorbitalplaneofsatellite,thedynamicmotion,thedistributionofvisiblesatellitesandusingvisiblesatellitestocalculatehomeThroughthedesignhaveprimaryunderstandingfortheGPSsatellite,andunderstandingthestaticsingle-point,pseudorangeandsoon.b.目錄第一章前言 1 1 .3GPS前景 2第二章GPS測量原理 42.1偽距測量的原理 42.1.1計(jì)算衛(wèi)星位置 52.1.2用戶位置的計(jì)算 52.1.3最小二乘法介紹 52載波相位測量原理 6第三章GPS的坐標(biāo)、時(shí)間系統(tǒng) 10 3.1.2地球坐標(biāo)系 123.2時(shí)間系統(tǒng) 133.2.1世界時(shí)系統(tǒng) 143.2.2原子時(shí)系統(tǒng) 15 3.2.5GPS時(shí)間系統(tǒng) 16 . 8 9 0 21 致.................................................................40 42.第一章前言1.1課題背景GPS軍研制的一種子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Transit)，1958然海陸空三軍及民用部門都感到迫切需要一種新的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)[13]。PositioningSystem”的縮寫詞。其意為“衛(wèi)星測時(shí)測距導(dǎo)航/全球定位系維位置和速度信息,并且還廣播一種形式的世界協(xié)調(diào)時(shí)(UTC)。通過遍布全球的(21+3)GPS導(dǎo)航衛(wèi)星，向全球圍的用戶全天候提供高精度的導(dǎo)航、跟蹤定位1]。美國只向外國提供低精度的衛(wèi)星信號。.8顆衛(wèi)星才能確保覆蓋俄羅斯全境;如要提供全球定位服務(wù)，則需要24顆衛(wèi)星。斗”的指揮機(jī)和終端之間可以雙向交流。震發(fā)生后,武警指揮中心和武警部隊(duì)組網(wǎng)高峰1.2本課題研究的意義和方法的能力，訓(xùn)練仿真模擬的技巧和方法。理和實(shí)現(xiàn)方法！1.3GPS前景坐標(biāo)、操作簡便、全天候作業(yè)、功能多、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)著稱。.球性的地球動態(tài)參數(shù)；用于建立以及海洋測繪；用于檢測地球板實(shí)現(xiàn)僅有少量的地面控制或無地面控制的航測快速成圖，導(dǎo)致地理信息系統(tǒng)、全球環(huán)境遙感監(jiān)測的技術(shù)革命[4]。的空間資源環(huán)境，促使國際民間形成了一個(gè)共為單一導(dǎo)航手段的最高應(yīng)用境界。國際民間的際環(huán)境。.第二章GPS測量原理GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離,然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。要達(dá)到這一目的,衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過紀(jì)錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時(shí)間,再將其乘以光速得到由(于大氣層電離層的干擾,這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離,而是偽距 (PR):當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時(shí),會不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼(簡稱偽碼)發(fā)射導(dǎo)航電文。GPS系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種,分別是民用的C/A碼和軍用的P(Y碼)。C/A碼頻率1.023MHz重,復(fù)周期一毫秒碼,間距1微秒,相當(dāng)于300m;P碼頻率10.23MHz,重復(fù)周期266.4天碼,間距0.1微秒,相當(dāng)于30m。而Y碼是在P碼的基礎(chǔ)上形成的,性能更佳。受機(jī)使用的時(shí)鐘與衛(wèi)星星載時(shí)鐘不可能總是同步所,以除了用戶的三維坐標(biāo)x、y、z外,還要引進(jìn)一個(gè)Δt即衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時(shí)間差作為未知數(shù),然后用4個(gè)方程將這4個(gè)未知數(shù)解出來。所以如果想知道接收機(jī)所處的位置,至少要能接收到4個(gè)衛(wèi)星的信號。2.1偽距測量的原理時(shí)刻是由接收機(jī)鐘確定，這就在測定的衛(wèi)星至接收機(jī)的距離中，不可避免地包含.之間的實(shí)際距離，所以稱之為偽距。星位置和偽距觀測值，采用距離交會法求出接收機(jī)的三維坐標(biāo)和時(shí)鐘改正數(shù)。是測量定位精度低，但足以滿足部分用戶的需要。2.1.1計(jì)算衛(wèi)星位置讀入導(dǎo)航電文后首先根據(jù)需要調(diào)用廣播軌道1至廣播軌道5上的數(shù)據(jù)然后依次計(jì)算衛(wèi)星的平均角速度歸化時(shí)間平均近點(diǎn)角需要注意的是進(jìn)行真近點(diǎn)角計(jì)算時(shí)要同時(shí)計(jì)算正弦和余弦以得到正確象限的角計(jì)算經(jīng)校正的升交點(diǎn)精度時(shí)需要用到地球旋轉(zhuǎn)速率在WGS-84中這一常數(shù)為[10]:2.1.2用戶位置的計(jì)算首先利用近似的用戶位置與偽距觀測值計(jì)算出一個(gè)近似偽距利用該近似偽距可以計(jì)算出部分值然后計(jì)算出系數(shù)并生成一個(gè)Nx4的矩陣為參與運(yùn)算的衛(wèi)星數(shù)最后算出用戶位移的坐標(biāo)上述過程根據(jù)需要可以將計(jì)算出的用戶坐標(biāo)作為近似值反復(fù)迭代直至符合精度要求[10]。.介紹的最小二乘法原理帶到上面的公式當(dāng)中去計(jì)算。2.1.3最小二乘法介紹動時(shí)間的安排使得用戶在地球的任意位置(兩極個(gè)別地點(diǎn)除外)，都能夠看到的利用了已知的數(shù)據(jù)信息，使得結(jié)果的偏差最小化。例如：對于下面的方程：(2-2)如果令xy(2-3)使用最小二乘法，用C,H表示X.令(2-4)?p?p(2-5)xy.xy(2-6)整理得到 (2-7)(2-8)寫成矩陣的形式就是：哪么就能夠得到 ==a1 x[HTH]1HTC==(2-9)==y2.2載波相位測量原理載波相位觀測方法是GPS接收機(jī)用接收到的衛(wèi)星載波 (L1:154f0,19.032cm;L2:120f0,24.42cm)與本地接收機(jī)產(chǎn)生的本振參考載波產(chǎn)相位差來計(jì)算的.(GPS所接收到得載波相位是不連續(xù)的，所以在進(jìn)行相位測.過碼相關(guān)等方法重新獲取載波)。以Q(tk)表示k接收機(jī)在時(shí)刻tk所接收到的第j顆衛(wèi)星接收到的載波相位的值；以kk表示k接收機(jī)在時(shí)刻tk本地載波信號的相位值，則接收機(jī)在接收機(jī)鐘面時(shí)刻tk時(shí)觀測j衛(wèi)星所取得的相位觀測量可寫為[7]：kkkkkk(2-10)SSj(t0)QInt(φ)一初始取樣時(shí)刻(t0)kSj(ti)0圖2-1載波相位測量原理圖如上圖1所示，在初始時(shí)刻t0,測得小于一周的相位差為Q，其整周數(shù)為.N0j，此時(shí)包含整周數(shù)的相位觀測值為：(2-11)(2-11)整波計(jì)數(shù)器記錄從t0到ti時(shí)間的整周數(shù)變化量INT(Q),只要衛(wèi)星j從to到tj時(shí)間信號沒有中斷，則整周模糊數(shù)N0就j為一個(gè)常數(shù)，任意時(shí)刻ti衛(wèi)星到k接這樣，觀測量就包含了相位差的小數(shù)部分和累計(jì)的整數(shù)部分的整周數(shù)。假設(shè)在GPS系統(tǒng)時(shí)刻Ta(衛(wèi)星a時(shí)刻)衛(wèi)星Sj發(fā)射的載波信號相位為收機(jī))。接收機(jī)產(chǎn)生的本地載波相位為，根據(jù)(2-10)得到：在Tb時(shí)刻，收機(jī))。接收機(jī)產(chǎn)生的本地載波相位為，根據(jù)(2-10)得到：在Tb時(shí)刻，bba(2-13)66ab則有：則有：bbaa(2-14)由于衛(wèi)星和接收機(jī)的頻率都比較穩(wěn)定，所以在一個(gè)小的時(shí)間間隔里面，我們可以近似的理解在時(shí)間[t,t+編t]，有.(2-15) (上式是考慮在頻率前提下，所以沒有在f前面乘以2冗)(2-16)由2-15和2-16代入到2-14得到：bbaaba(2(2-18)f(2-19)這樣，上式即為接收機(jī)k對衛(wèi)星k的載波相位的以米為單位的觀測方程式。.第三章GPS的坐標(biāo)、時(shí)間系統(tǒng)測量站的位置。下面就天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系做簡要的說明。3.1.1天球坐標(biāo)系中，我們會涉及到幾個(gè)參考點(diǎn)，線，面[9]。做天極P,與地球北極相對應(yīng)的是北天極Pn,與地球南極相對應(yīng)的是南天極Ps.天影像的天極叫做平天極。球赤道。天球赤道平面的夾角叫做黃赤交角，為23.5度。黃北極和黃南極，分別用Kn和Ks表示。和天球赤道面是建立天球坐標(biāo)系的基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)面。圖3-1春分點(diǎn)的一種順時(shí)針圓周運(yùn)動。章動指的是真北天極繞平北天極做得橢圓型運(yùn)動。圖3-2歲差和章動天球坐標(biāo)系分為兩種：真天球坐標(biāo)系和平天球坐標(biāo)系.點(diǎn),Y軸垂直于XMZ平面。.點(diǎn),Y軸垂直于XMZ平面。句話說就是要考慮到歲差旋轉(zhuǎn)和章動旋轉(zhuǎn)地影響。3.1.2地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系也可以分為兩種：即平地球坐標(biāo)系和真地球坐標(biāo)系。年測定的平均緯度所確定的平均地極位置)。X軸：指向格林威治起始子午面與地球平赤道的交點(diǎn)。真地球坐標(biāo)系Z軸：指向地球瞬時(shí)極。X軸：指向格林威治起始子午面與地球瞬時(shí)真赤道的交點(diǎn)。圖3-3世界地心坐標(biāo)系瞬時(shí)真天球坐標(biāo)到瞬時(shí)真地球坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的平格林威治起始子午面的真春分點(diǎn)時(shí)角Ω。故僅僅需要繞Z軸旋轉(zhuǎn)這個(gè)角度Ω，就能夠做到二者的相互轉(zhuǎn)換。相應(yīng)的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)動矩陣為：Rz(Ω)=3-1-SinΩSinΩ00在0CosΩ0面監(jiān)控站點(diǎn)，他們之間的轉(zhuǎn)換問題一般可以按照下面的步驟來分析：.真天球坐標(biāo)3.2時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng)是衛(wèi)星定位測量過程中的一個(gè)重要概念?，F(xiàn)時(shí)的GPS測量的方法PS間的距離，然后通過一定的數(shù)學(xué)方法以確定接收機(jī)所在的具體位置，為得到接的精確時(shí)間，因而利用衛(wèi)星技術(shù)進(jìn)行精密的定位和導(dǎo)航，必須要獲得高精度的時(shí)間信息，這需要一個(gè)精確的時(shí)間系統(tǒng)?，F(xiàn)行的衛(wèi)星定位測量中與之緊密相關(guān)的時(shí)間系統(tǒng)有三種:世界時(shí)，原子時(shí)和動力學(xué)時(shí)。3.2.1世界時(shí)系統(tǒng)時(shí)，太陽時(shí)，世界時(shí)三種。1.恒星時(shí)選定春分點(diǎn)(地球赤道平面與其繞太陽公轉(zhuǎn)軌道的一個(gè)交點(diǎn))作為參考點(diǎn)，由點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時(shí)間間隔為一恒星日，其1/24為一恒星時(shí)，由于其定義涉及到地方子午圈，因而恒星時(shí)具有地方性，又稱地方恒星時(shí)。當(dāng)從格林尼治子午線上觀測時(shí)，所得的恒星時(shí)稱為格林尼治恒星時(shí)。由于地球自轉(zhuǎn)受歲差、章動的影響，春分點(diǎn)的空間位置并不唯一，有真春分點(diǎn)和平春分點(diǎn)之分，這導(dǎo)致恒星時(shí)可分為真恒星時(shí)和平恒星時(shí)，因而對格林尼治恒星時(shí)有格林尼治 (3-2)其中，△筍為黃經(jīng)章動，‘為黃經(jīng)交角。2.太陽時(shí)于真太陽周年運(yùn)動的平均速度，這個(gè)假定的參考點(diǎn)，在天文學(xué)上被稱為平太陽。常稱地方平太陽時(shí)。3.世界時(shí)universalTimeuT準(zhǔn)完全一致，僅僅是起算點(diǎn)有所不同。若有編表示平太陽相對格林尼治子午圈的時(shí)角，定義有世界時(shí)UTO可表示為::(3-3)由于地球自轉(zhuǎn)的不均勻性，使地球自轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生了極移現(xiàn)象因而UTO并不均自轉(zhuǎn)變化的季節(jié)性改正參數(shù)雙由此可得世界時(shí)UTI和uTZ:((3-4)(3-5)其中觀測瞬時(shí)地極相對國際協(xié)議地極原點(diǎn)(CIO的)極移修正△兄的表達(dá)式為((3-6);凡，汽分別為天文經(jīng)度和緯度。地;凡，汽分別為天文經(jīng)度和緯度。地度的季節(jié)性變化改正△兀有如下的經(jīng)驗(yàn)公式:(3-7)t為自本年起始日起算的年小數(shù)部分即(為計(jì)算時(shí)年積日與該年全年積日的比例)。上述修正并不能完全消除地球自轉(zhuǎn)速度變化率和地球自轉(zhuǎn)季節(jié)3.2.2原子時(shí)系統(tǒng)與之又有微小誤差，關(guān)系為:(3-8)分析，利用數(shù)據(jù)處理推算出了統(tǒng)一的原子時(shí)系統(tǒng)——國際原子時(shí)作為其高精度的時(shí)間基準(zhǔn)。3.2.3動力學(xué)時(shí)系統(tǒng).的嚴(yán)格關(guān)系為:3.2.4協(xié)調(diào)世界時(shí)漸慢的影響，逐漸比原子時(shí)慢，為避免兩都之間誤差的擴(kuò)大，自1972年起，國際上念，當(dāng)協(xié)調(diào)時(shí)與世界時(shí)的時(shí)刻相差超過士0.9(s時(shí))，便于協(xié)調(diào)時(shí)中引入閏秒士l(s)，閏秒一般于12月31日或6月30日加入。協(xié)調(diào)時(shí)與TAI的關(guān)系如下:3.2.5GPS時(shí)間系統(tǒng)據(jù)協(xié)調(diào)時(shí)與TAI的關(guān)系可得:(3-11)(3-12).第四章衛(wèi)星運(yùn)動基本定律及其求解加以描述。在各種力引力，稱為在稱為無攝運(yùn)動。衛(wèi)星在地球的引力場當(dāng)中所做的無攝運(yùn)動，也稱為開普勒運(yùn)動，4.1開普勒第一定律質(zhì)心重合。這一個(gè)定律表明了，在中心引力的作用下，衛(wèi)星繞地球軌道運(yùn)行的軌道面，勒橢圓，其形狀和大點(diǎn)。軌道圖形可以表示為如下圖5：遠(yuǎn)地點(diǎn)遠(yuǎn)地點(diǎn)P’sM勒橢圓的偏心率；fs為真近點(diǎn)角，它描述了任意時(shí)刻，衛(wèi)星在軌道上面相對于近地點(diǎn)的位置，是時(shí)間的函數(shù)，其定義見上圖所示。律闡述了衛(wèi)星運(yùn)動軌道的基本形態(tài)及其與地心的關(guān)系。4.2開普勒第二定律地球質(zhì)心與衛(wèi)星質(zhì)心間的距離向量，在相同的時(shí)間所掃過的空間面積是相等的。(如下圖6所示)圖4-2衛(wèi)星地心向徑在相同的時(shí)間間隔內(nèi)掃描的面積 (圖2).與任何其它的運(yùn)動物體一樣，在軌道上面運(yùn)動的衛(wèi)星，也具有兩種的能量：的運(yùn)動的速度為vs,則其動能為1mv2。根據(jù)能量守恒定律，衛(wèi)星的勢能與動2ss能的總量是不變的，即1mv2+GMms2ssr=常量(4-2)因此，當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)行到近地點(diǎn)的時(shí)候，其動能最大；在遠(yuǎn)地點(diǎn)的時(shí)候，其動能斷變化的，在近地點(diǎn)處的速度最大，而在遠(yuǎn)地點(diǎn)的速度最小。三定律為：T2T42G(4-3)在這個(gè)式子當(dāng)中，Ts為衛(wèi)星的運(yùn)行周期.如果我們假設(shè)衛(wèi)星的平均角速度為N,則有:.于是，開普勒第三定律4-2就可以寫成：As(4-4)(4-或者表示為常用的形式：N=5)GGAs3(4-6)且保持不變。參數(shù)衛(wèi)星的無攝運(yùn)動，一般的可以由下面的6個(gè)參數(shù)(圖7)來描述：As-----------------------------衛(wèi)星軌道的長半徑Es----------------------------衛(wèi)星軌道的偏心率Ω-------------------升交點(diǎn)的赤徑i--------------------衛(wèi)星軌道面的傾角ωs--------------近地點(diǎn)角距，即升交點(diǎn)與近地點(diǎn)的夾角fs-----------------衛(wèi)星的真近點(diǎn)角，在軌道平面上為衛(wèi)星與進(jìn)地點(diǎn)的地心角距。圖4-3開普勒軌道參數(shù)度，就被唯一的確定了！其求解在描述衛(wèi)星無攝運(yùn)動的6個(gè)參數(shù)當(dāng)中，只有fs是關(guān)于時(shí)間的函數(shù)，其他的都是一般的參數(shù)。所以，計(jì)算衛(wèi)星瞬時(shí)的位置的關(guān)鍵，計(jì)算出參數(shù)fs，并由此確定衛(wèi)星的空間位置及其和時(shí)間的關(guān)系。的圓心角就是Es。近點(diǎn)角定義為：.Msntt(4-7)于一個(gè)確定的衛(wèi)星來說，這個(gè)參數(shù)可以認(rèn)為是常數(shù)。的關(guān)系成立：于是將上式帶入到(4-1)中就得到：Cosfs=se1cosEss或者得到以下常用的形式：求解(4-10)(4-11)間的位置便可以隨之確定。若以直角坐標(biāo)的原點(diǎn)與地心M重合，軸指向近地點(diǎn)且垂直于軌道的ss.sGcosfs0 ns=sinfs(4-12).=ss)s0(4-13將坐標(biāo)系(,n,G)依次做下面的變化旋轉(zhuǎn)：sss (1)繞軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度ωs，使軸的指向由近地點(diǎn)變?yōu)樯稽c(diǎn)。 (2)繞軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度i，使軸與Z軸相同。ss (3)繞軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度Ω，使軸指向春分點(diǎn)。ss(4-14)(4-15)010-SinωsSinωs000Sini-SinΩ0100-Sini.(4-16)0SinΩ00天球坐標(biāo)系下面的衛(wèi)星位置坐標(biāo)可以表示為：nns0(4-17)s1利用轉(zhuǎn)換關(guān)系Rz(Θg)得到相應(yīng)的地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)了！CosΘgSinΘg0而Rz(Θg)=-SinΘg(4-18)0.第五章GPS的matlab仿真。一顆衛(wèi)星信號能否被接收與下列因素是有關(guān)系的[7]：的影響。如果衛(wèi)星處于圖中的陰影部分，則對圖中的飛機(jī)是不能夠接收到該衛(wèi)星的信號的!EEh水平面的角13.9度，這樣就保證了一些飛行高度較高的航天器在高空可以更多.的接收到GPS衛(wèi)星的信號。但是對于那些超出發(fā)射角的飛行器就收不到信號了。如果這個(gè)角度小于90度的話，就可以收到，反之不能夠收到。特別的，當(dāng)這個(gè)角度剛剛為90度的時(shí)候，我們一般認(rèn)為是收不到的。程序主體見附錄在進(jìn)行仿真之前，有幾個(gè)子程序段需要說明一下：functionplot3c(x,y,z,color)switch(color)case0plot3(x,y,z,'w--');plot3(x,y,z,'r--');case2plot3(x,y,z,'g--');case3plot3(x,y,z,'c--');case4plot3(x,y,z,'m--');case5plot3(x,y,z,'y--');.case6plot3(x,y,z,'b--');case7plot3(x,y,z,'k--');次代表的是紅色,綠色,青綠色品.紅色,黃色,藍(lán)色,黑色.functionboxplot3(x,y,z,Lx,Ly,Lz,color)index=zeros(6,5);index(1,:)=[12341];index(2,:)=[56785];index(3,:)=[12651];index(4,:)=[43784];index(5,:)=[26732];index(6,:)=[15841];fork=1:6plot3c(x(index(k,:)),y(index(k,:)),z(index(k,:)),color).主要是用來表示用戶的空間位置的。functiondrawearth(time)j1=[0:pi/10:2*pi];w1=[-pi/2:pi/10:pi/2];L2=length(j1);forn=1:L1z=ones(L2,1);z=z*r*sin(w1(n));x=temp*sin(j1);plot3(x,y,z);holdon;grid;.%figure(3);unit=ones(1,1);z0=ones(1,1);x0=ones(1,1);y0=ones(1,1);forn=1:L2z=r*sin(temp);z1=unit*z;x1=unit*x;y1=unit*y;z1];x1];y1];.z0(:,1)=[];x0(:,1)=[];y0(:,1)=[];plot3(x0,y0,z0);axisequal;axisoff;holdon;boxplot3(0,0,0,100,100,100,7);%標(biāo)示出來地球球心的位置。方便觀察.它的作用就是畫出一個(gè)在上述地球坐標(biāo)圖當(dāng)中的衛(wèi)星。仿真程序一：繪制衛(wèi)星的軌道平面程序見附錄：地球地球質(zhì)心圖5-2衛(wèi)星軌道平面仿真圖仿真程序二：單顆衛(wèi)星不同時(shí)刻的動態(tài)仿真程序見附錄：圖5-3單顆衛(wèi)星動態(tài)仿真圖由上圖10可知，衛(wèi)星的天空瞬時(shí)位置是隨著時(shí)間的變動而發(fā)生變化的。對星是不相同的。這個(gè)仿真程序的功能實(shí)際上就是仿真了在一個(gè)軌道上面的衛(wèi)星在不同的時(shí)候 (這里以一個(gè)小時(shí)為一個(gè)觀測時(shí)元，進(jìn)行動態(tài)的在屏幕上顯示器位置)通過改變的相對位置的變化)。哪么，在其他軌道面上的衛(wèi)星的運(yùn)動也可以類似的模擬出仿真程序三：衛(wèi)星在某個(gè)時(shí)刻的全軌道平面的分布和可見衛(wèi)星程序見附錄：圖5-4全軌道平面的圖形別如下：SatellitePosition=.011這個(gè)程序仿真了在某個(gè)時(shí)刻(在程序里面是在時(shí)刻timenow=0)的全部24可以在同一個(gè)時(shí)刻看到不同(4到11顆)的可見衛(wèi)星。對于在這個(gè)程序當(dāng)中的可見衛(wèi)星的及時(shí)在軌坐標(biāo)如下：用用戶位置地心位置圖5-5用戶可見的衛(wèi)星分布SatellitePosition=.2.28831.07591.33241.21270.44431.4000-0.8836-2.5255-1.8178-0.9774-0.9295-1.3073-2.0297-0.6021-1.5812-1.5756-1.4132-0.0000-2.1144-2.1757-1.3835-1.9058-0.7516-1.8463-0.7869-2.1091-1.3835-1.9217-2.1704-0.736500000000000000仿真程序四：用可見衛(wèi)星計(jì)算用戶位置程序見附錄法逼近計(jì)算。對于前面的假設(shè)用戶位置(6400，圖5-6用戶位置的計(jì)算由圖13可見，根據(jù)最小二乘法的原理，計(jì)算出來了用戶在一個(gè)時(shí)刻的位置標(biāo)，并把它表示在了這個(gè)天球坐標(biāo)系當(dāng)中。calculaterecord=000根據(jù)程序當(dāng)中的參數(shù)Error的設(shè)定而有所出入。圖5-7用戶位置的計(jì)算是很直觀的反應(yīng)出我們基于最小二乘法的偽距算法的主要思路。如下圖所示：圖5-8用戶位置的計(jì)算用戶的位置，第七箭頭表示的用戶的實(shí)際位置(用白色的柱體表示)。.結(jié)論所以本次設(shè)計(jì)難度很大，但在最后都還是通過查找資料或者老師同學(xué)幫助也都一一克服。間不斷變化的，因此，在給出衛(wèi)星運(yùn)行位置的同時(shí)，必須給出相應(yīng)的瞬時(shí)時(shí)刻。所以時(shí)間系統(tǒng)是GPS衛(wèi)星計(jì)算里面很重要的一環(huán)。要計(jì)算衛(wèi)星的運(yùn)動軌跡及位素影響。通常把作用于衛(wèi)星上的各種力，按其影響的大小分為兩類：中心力和攝球引力場中無攝運(yùn)動，也稱為開普勒運(yùn)動。所以本次設(shè)計(jì)中主要用開普勒定律計(jì)算其位置軌跡，在運(yùn)算中還加入了最小二乘法計(jì)算參數(shù)數(shù)據(jù)。此次設(shè)計(jì)中衛(wèi)星的幅角的計(jì)算。所以，根據(jù)衛(wèi)星軌道的星座參數(shù)，找出在某時(shí)刻的近地點(diǎn)幅角(一般是零時(shí)刻)，然后在此基礎(chǔ)上以時(shí)間為基礎(chǔ)進(jìn)行疊加，確定出每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的瞬時(shí)近地點(diǎn)幅角值。程序從自定義的星座數(shù)據(jù)文件中建立起衛(wèi)星星座。設(shè)計(jì)一個(gè)子函數(shù)，命名為calculateuserposition.m。其功能為其他程序得出一個(gè)全局變量.個(gè)模塊：三維旋轉(zhuǎn)圖標(biāo)，可以很清晰的從不同角度看到衛(wèi)星和坐標(biāo)原點(diǎn)；全部24顆衛(wèi)星的軌道圖形，以及對于用戶來說在該時(shí)刻可見衛(wèi)星位置；的位置坐標(biāo)。也有了更直觀的認(rèn)識，對于以后遇到GPS的應(yīng)用時(shí)有了一個(gè)簡單的基礎(chǔ)。.致同學(xué)表示萬分的感！完成本次設(shè)計(jì)的青老師。在本次設(shè)計(jì)中，我遇到了許多都深深感染了我，將會讓我受益終身。在此，我向老師表示深深的感，并致以崇高的敬意！華老師、周偉老師。大學(xué)四年期間，在大一大二無知的高中生脫變到具有獨(dú)立思考能力的大學(xué)生，并提供給我許多鍛煉自身能力的機(jī)會。在大三大四的時(shí)候周偉老師出任我們班主任，他作為一個(gè)專業(yè)課老師，要感理工大學(xué)核技術(shù)與自動化工程學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)們四年來給予的多方面的關(guān)心和幫助!感所有的朋友和同學(xué)，讓我度過了一個(gè)快樂而又充實(shí)的大學(xué)時(shí)光！完成了學(xué)業(yè)。.[1]周忠謨,易杰軍.GPS衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用[M].:測繪,1997.[2]征航,黃勁松.GPS測量與數(shù)據(jù)處理[M].:大學(xué),2005.[3]ElliottD.Kaplan.UnderstandingGPS:principlesandapplications[M]邱.致和,王萬義,譯.電:子工業(yè),2002.[4]馬中元.GPS衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)簡介[J].科技經(jīng)濟(jì)市場2002(8)[5]郭秋英胡,振琪.GPS衛(wèi)星坐標(biāo)的計(jì)算[J].全球定位系統(tǒng),2006(3).[6]夏振純,金志華田,蔚風(fēng).基于MATLAB的GPS選星分析及實(shí)驗(yàn)研究[J].計(jì)算機(jī)仿真,2005,22(1):51-54.[7]俊，武奇生編著.GPA基本原理及其Matlab仿真[M].：電子科技大學(xué)[9]湯長存.GPS衛(wèi)星定位仿真分析與系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)[D].同濟(jì)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文LABGPSC中南分網(wǎng)第二十四次學(xué)術(shù)信息交流會論文集[11]毛敏.GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)簡介[Z]國.防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)第二十卷第一期。[12郭]秋英，胡振琪.GPS衛(wèi)星坐標(biāo)的計(jì)算[J].2006[13]朱明.全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS及在現(xiàn)代交通中的應(yīng)用[J].[14]樓益棟，施闖，茂榮，齊樂.GPS衛(wèi)星實(shí)時(shí)精密定軌及初步結(jié)果分析[J].2008.8[15]永法.運(yùn)用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，提高車輛利用率[J].2008第.二十七期[16]齊樂.GPS導(dǎo)航星座及低軌衛(wèi)星的精密定軌理論和軟件研究[D].:大學(xué),2004[17]ChenK.Real2TimePrecisePointPositioningandItsPotentialApplications[C].IONGNSS17thIn2ternationalTechnicalMeetingoftheSatelliteDivi2sion,LongBeach,CA,2004[18]LiuJingnan,GeMaorong.PANDASoftwareandItsPreliminaryResultofPositioningandOrbitDet2ermination[J].WuhanUniversityJournalofNaturalSciences,2003,8(B2):603-609[19]KoubaJ,HerouxP.GPSPrecisePointPositioningUsingIGSOrbitProjucts[J].GPSSolution,2001,5(2):12-28[20]..附錄程序一(繪制衛(wèi)星的軌道平面)代碼functiondrawsatelliteorbitE=[0:0.1:2*pi];x=a*(cos(E)-e);y=a*sqrt((1-e^2))*sin(E);A1=[32.892.8152.8212.6272.8332.8];%衛(wèi)星星座數(shù)據(jù).fork=1:6sin(A)000-sin(A)0;cos(A)0;01;];0;cos(B)-sin(B);sin(B)cos(B);];.R3=[cos(C)-sin(C)0;sin(C)cos(C)0;001;];L1=length(E);Ans=R312*[x;y;z;];x1=Ans(1,:);y1=Ans(2,:);z1=Ans(3,:);plot3c(x1,y1,z1,k);boxplot3(0,0,0,200,200,200,7);holdon;axisequal;axisoff;程序二(單顆衛(wèi)星不同時(shí)刻的動態(tài)仿真)代碼clear;clc;closeall;j=0;.E=[0:0.1:2*pi];x=a*(cos(E)-e);y=a*sqrt((1-e^2))*sin(E);drawearth(0);holdon;axison;sin(A)000-sin(A)0;cos(A)0;01;];0;cos(B)-sin(B);sin(B)cos(B);];sin(C)0-sin(C)cos(C)00;0;1;];L1=length(E);.Ans=R312*[x;y;z;];x1=Ans(1,:);y1=Ans(2,:);z1=Ans(3,:);plot3c(x1,y1,z1,2);holdon;axisequal;axison;gridon;x=a*(cos(C)-e);y=a*sqrt((1-e^2))*sin(C);sin(A)00-sin(A)cosA)00cos(B)0;0;1;];0;-sin(B);.0sin(C)0sin(B)cos(B);];-sin(C)0;cos(C)0;01;];L1=length(E);Ans=R312*[x;y;z;];x1=Ans(1,:);y1=Ans(2,:);z1=Ans(3,:);drawsatellite(x1,y1,z1,6);axison;程序三(衛(wèi)星在某個(gè)時(shí)刻的全軌道平面的分布和可見衛(wèi)星)代碼clear;clc;closeall;E=[0:0.1:2*pi];.x=a*(cos(E)-e);y=a*sqrt((1-e^2))*sin(E);globalSatellitePositionglobalttumSatellitePosition=ones(24,4);figure(1);drawearth(0);holdon;A1=[32.892.8152.8212.6272.8332.8];drawsatelliteorbit;fork=1:6.x=a*(cos(C)-e);y=a*sqrt((1-e^2))*sin(C);sin(A)000-sin(A)0;cos(A)0;01;];00;cos(B)-sin(B);sin(B)cos(B);];sin(C)0-sin(C)cos(C)00;0;1;];L1=length(E);Ans=R312*[x;y;z;];x1=Ans(1,:);y1=Ans(2,:);z1=Ans(3,:);.drawsatellite(x1,y1,z1,k);SatellitePosition(temp,:)=[x1y1z11];ttum(temp,:)=[x1y1z11];holdon;于90°,就認(rèn)為改衛(wèi)星是不可見的.earthcenterpos=[000];置fork=1:24temp=SatellitePosition(k,1:3)-userposition;temp=SatellitePosition(k,1:3)-earthcenterpos;jiajiao=acos((Dist2+Dist3-Dist1)/2/sqrt(Dist3)/sqrt(Dist2));if(jiajiao>=pi/2)SatellitePosition(k,4)=0;.%ttum(k,:)=SatellitePosition(k,1:3);figure(2)drawearth(0);holdon;drawsatelliteorbit;j=1;fork=1:6if(SatellitePosition(j,4)==1)tempx=SatellitePosition(j,1);tempy=SatellitePosition(j,2);tempz=SatellitePosition(j,3);dra