GPS卫星坐标计算.doc

1、0卫星定位技术与方法-根据广播星历参数计算卫星坐标作业报告指导教师： 熊 永 良 班 级： 测 绘 二 班 学生姓名： 段 海 东 学生学号： 2 0 0 8 0 7 8 3 作业日期： 2010 年 12 月 08 日 1目 录一. 已知数据 2二. 计算步骤 21.平均角速度 (mean angular speed) .22.规化时刻(normal time) 33.平近点角(mean anomaly) .34.偏近点角(eccentric anomaly) .35.真近点角(true anomaly) .36.升交距角(argument of ascending node) .37. 轨

2、道向径（Orbital radius） .38. 扰动改正（Perturbed correction） .410.卫星在升交点轨道直角坐标系中的坐标 .411. 升交点经度（Longitude of ascending node） .5三. 源程序 5四 程序运行结果 14七.作业体会 152根据广播星历参数计算卫星坐标一. 已知数据： 根据以下的广播星历参数计算 UTC2004 年 1 月 30 日 8点 0 分 00 秒20 分 00 秒，每隔一分钟的 PRN7 的卫星坐标。Compute the coordinate of PRN7 with interval of 1 minute.N

3、avigation data:卫星导航文件格式：二. 计算步骤：The steps for satellite coordinates1.平均角速度 (mean angular speed)： nn0 30aGMn 由广播星历获得 , GM=3.986005e+1432.规化时刻(normal time)： 0ttkt0 已知（由广播星历获得） ，t 为 GPS 周秒3.平近点角(mean anomaly)： kk tnM0M0 已知（由广播星历获得）4.偏近点角(eccentric anomaly)： kkk EeMEsin迭代求解：初始值取 E=M，以弧度为单位5.真近点角(true an

4、omaly)： eEVkkk cosin1artn26.升交距角(argument of ascending node)： 近地点角距(argument of perigee)7. 轨道向径（Orbital radius）： )cos1( kk Eeark048. 扰动改正（Perturbed correction）： 升交角距（Argument of ascending node） 00u2sin2cosuSuCC 轨道向径（Orbital radius） 00r 2sin2cosrSrC 轨道顷角（Orbital inclination） 00i 2sin2cos iSiCC0是升交角距

5、(the argument of ascending node)9. 改正后升交角距、轨道向径、轨道倾角改正后升交角距（Corrected argument of ascending nod）改正后的轨道向径（Corrected orbital radius)改正后的轨道倾角（Corrected orbital inclination）10.卫星在升交点轨道直角坐标系中的坐标：如下图所示rkk)cosEe1(aru0kki0kt)IDOT(ikksinurycox511. 升交点经度（Longitude of ascending node）：如下图所示12. 在地固坐标系中的卫星位置（Expr

6、essed in spheric coordinate system）三. 源程序：using System;using System.Collections.Generic;using System.ComponentModel;using System.Data;using System.Drawing;using System.Text;using System.Windows.Forms;using System.IO;using System.Text.RegularExpressions;s/rad10295467.t)(5-e eke0t kkkiyZixYsncosncok6n

7、amespace Testpublic partial class Form1 : Formpublic Form1()InitializeComponent();listView1.Columns.Add(“序号“, 40);listView1.Columns.Add(“星历内容“, 130);listView1.Columns.Add(“导航数据“, 130);listView1.GridLines = true; /显示表格线listView1.View = View.Details;/显示表格细节listView1.HeaderStyle = ColumnHeaderStyle.Cli

8、ckable;/对表头进行设置listView2.Columns.Add(“时间“, 60);listView2.Columns.Add(“x坐标“, 150);listView2.Columns.Add(“y坐标“, 150);listView2.Columns.Add(“z坐标“, 150);listView2.GridLines = true; /显示表格线listView2.View = View.Details;/显示表格细节listView2.HeaderStyle = ColumnHeaderStyle.Clickable;/对表头进行设置private void button1

9、_Click(object sender, EventArgs e)/读取相对路径string str1 = AppDomain.CurrentDomain.SetupInformation.ApplicationBase;7string filename = str1 + “navigation data.txt “;/读取卫星广播星历文件StreamReader myreader = new StreamReader(filename, Encoding.Default);string myinfo = myreader.ReadToEnd();myreader.Close();/把卫星广

10、播星历里的D改为e，以便后续计算string mystring = myinfo;string myinfor = mystring;myinfor = mystring.Replace(“D“, “e“);/把数据分开读入到一个数组中存储string split = new string “ “ ;string arrs = myinfor.Split(split, StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries);double M = new doublearrs.Length;/星历代码string N = new stringarrs.Length;N0 =

11、 “PRN“; N1 = “Yer“; N2 = “Mon“; N3 = “day“; N4 = “H“; N5 = “M“; N6 = “sec“; N7 = “a0“; N8 = “a1“; N9 = “a2“;N10 = “IODE“; N11 = “Crs“; N12 = “delta-n“; N13 = “M0“;N14 = “Cuc“; N15 = “e“; N16 = “Cus“; N17 = “sqrt(a)“;N18 = “t0e“; N19 = “Cic“; N20 = “omega0“; N21 = 8“Cis“;N22 = “i0“; N23 = “Crc“; N24

12、= “omega“; N25 = “omega-spot“;N26 = “IDOT“; N27 = “Codes on L2 channel“; N28 = “GPS Week“; N29 = “L2 P data flag“;N30 = “SV accuracy“; N31 = “SV health“; N32 = “TGD“; N33 = “IODC Issue of Data“;N34 = “Transmission time of message“;/把卫星广播星历读入到数组中for (int i = 0; i 1e-15);/计算真近点角double Vk = Math.Atan(M

13、ath.Sqrt(1 - M15 * M15) * Math.Sin(Ek) / (Math.Cos(Ek) - M15);/反正切值的象限处理double A1 = Math.Atan(Math.Sqrt(1 - M15 * M15) * Math.Sin(Ek);double A2 = Math.Cos(Ek) - M15;10if (Vk 0)Vk += 2 * Math.PI;if (A1 0 elseif (A1 = 0 /计算升交角距double fk = Vk + M24;/摄动改正值的计算double du = M14 * Math.Cos(2 * fk) + M16 * Ma

14、th.Sin(2 * fk);double dr = M23 * Math.Cos(2 * fk) + M11 * Math.Sin(2 * fk);double di = M19 * Math.Cos(2 * fk) + M21 * Math.Sin(2 * fk);11/摄动改正double uk = fk + du;double rk = Math.Pow(M17, 2) * (1 - M15 * Math.Cos(Ek) + dr;double ik = M22 + di + M26 * tk;/计算卫星在升交点轨道直角坐标系的坐标double xk = rk * Math.Cos(u

15、k);double yk = rk * Math.Sin(uk);/计算升交点经度double we = 7.2921151467e-05;double jdt = M20 + (M25 - we) * tk - we * M18;/卫星在地固坐标系中的空间直角坐标XKl = xk * Math.Cos(jdt) - yk * Math.Cos(ik) * Math.Sin(jdt);YKl = xk * Math.Sin(jdt) + yk * Math.Cos(ik) * Math.Cos(jdt);ZKl = yk * Math.Sin(ik); /输出卫星在地固坐标系中的空间直角坐标f

16、or (int i = 0; i 21; i+)ListViewItem list = new ListViewItem();list.Text = “第“ + i.ToString() + “分钟“;list.SubItems.Add(XKi.ToString();list.SubItems.Add(YKi.ToString();12list.SubItems.Add(ZKi.ToString();listView2.Items.Add(list);private void button2_Click(object sender, EventArgs e)/读取相对路径string str1

17、 = AppDomain.CurrentDomain.SetupInformation.ApplicationBase;string filename = str1 + “navigation data.txt “;/读取卫星广播星历文件StreamReader myreader = new StreamReader(filename, Encoding.Default);string myinfo = myreader.ReadToEnd();myreader.Close();/把卫星广播星历里的D改为e，以便后续计算string mystring = myinfo;string myinf

18、or = mystring;myinfor = mystring.Replace(“D“, “e“);/把数据分开读入到一个数组中存储string split = new string “ “ ;string arrs = myinfor.Split(split, StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries);13/星历代码string N = new stringarrs.Length;N0 = “PRN“; N1 = “Yer“; N2 = “Mon“; N3 = “day“; N4 = “H“; N5 = “M“; N6 = “sec“; N7 = “a0

19、“; N8 = “a1“; N9 = “a2“;N10 = “IODE“; N11 = “Crs“; N12 = “delta-n“; N13 = “M0“;N14 = “Cuc“; N15 = “e“; N16 = “Cus“; N17 = “sqrt(a)“;N18 = “t0e“; N19 = “Cic“; N20 = “omega0“; N21 = “Cis“;N22 = “i0“; N23 = “Crc“; N24 = “omega“; N25 = “omega-spot“;N26 = “IDOT“; N27 = “Codes on L2 channel“; N28 = “GPS W

20、eek“; N29 = “L2 P data flag“;N30 = “SV accuracy“; N31 = “SV health“; N32 = “TGD“; N33 = “IODC Issue of Data“;N34 = “Transmission time of message“;/把卫星广播星历文件内容输出到listView进行查看for (int i = 0; i arrs.Length; i+)ListViewItem li = new ListViewItem();li.Text = (i + 1).ToString();li.SubItems.Add(Ni);li.SubI

21、tems.Add(arrsi);listView1.Items.Add(li);14四 程序运行结果：星历内容的读取、显示：卫星坐标计算结果：15运行界面：作业体会：此次作业，收获颇多。起初由于自己的疏忽，在真近点角的计算时忘了处理象限，导致做后的结果都差了一个负号，所以不管做什么都得认真、细心；想要做好一件事情，必须有百分百的投入，有足够的专注度；发现自己16对 GPS 卫星定位技术与方法这方面知识越来越感兴趣，以后要多加学习。由于教材上、老师的课件上都有明细的计算步骤，作业起来很方便，不容易出错，经过计算，发现程序运行出来的卫星坐标结果与教材上给的坐标有较大的差距，这个差距达到几十米，检查程序也没有发现问题，问了班上几个同学，他们也都说存在这样的问题，所以，恳请老师给予指点。