廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置和速度

1、“GPS廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置和速度”及“GPS偽距定位”計(jì)算試驗(yàn)1試驗(yàn)內(nèi)容及上交成果1.1 試驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)用C語(yǔ)言按預(yù)定格式（函數(shù)、輸入輸出變量之名稱、類型）編寫“GPS廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置和速度”函數(shù)SatPos_Vel( )、“GPS偽距定位”函數(shù)Positioning( )。將此兩個(gè)函數(shù)組成文件F2.cpp，并包含于文件GPS_Positioning.cpp中。編譯、連接并運(yùn)行文件GPS_Positioning.cpp，逐一時(shí)刻讀取廣播星歷（Ephemeris.dat）、觀測(cè)時(shí)間及偽距、衛(wèi)星號(hào)（Observation.dat）信息，計(jì)算WGS84坐標(biāo)系中觀測(cè)時(shí)刻相應(yīng)的衛(wèi)星位置、速度以及載體位

2、置，結(jié)果保存于文件Position.dat中。1.2 上交成果磁盤文件F2.cpp、Position.dat，并存于“學(xué)號(hào)作者中文姓名”目錄中。2函數(shù)說明2.1 星歷文件讀取函數(shù)void EFileReading(Efile)功能：讀取星歷文件，給星歷數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體Ephemeris賦值。輸入變量：EFile字符串，文件名。2.2 觀測(cè)數(shù)據(jù)讀取函數(shù)int ObsReading(fp_Obs,Time,Rho,Mark)功能：從文件Observation.dat中讀取某一時(shí)刻的偽距、衛(wèi)星號(hào)。讀取成功函數(shù)值返 回“1”，失敗返回“1”（讀錯(cuò)，或至文件尾）。輸入變量：fp_Obs文件指針；輸出變量：Ti

3、medouble，時(shí)間（秒）；Rhodouble12，偽距（米）；Markint12，衛(wèi)星號(hào)，“1”表示此通道無(wú)衛(wèi)星、無(wú)偽距。2.3 最小二乘估計(jì)函數(shù)int LeastSquareEstimation(Y,A,P,m,n, X)功能：最小二乘方法求解觀測(cè)方程Y=AX+，其中觀測(cè)值方差陣的逆陣為P（也稱為權(quán) 陣），得未知參數(shù)X。成功返回“1”，失敗返回“1”（虧秩）。輸入變量：Ydoublem，觀測(cè)方程自由項(xiàng)（米）；Adoublem×n，系數(shù)陣（無(wú)量綱），按第1行第1、2n元素，第2行順序存放；Pdoublem，權(quán)矩陣對(duì)角線元素，0或1（無(wú)量綱）；mint，觀測(cè)值個(gè)數(shù)；nint，未知參

4、數(shù)個(gè)數(shù)；輸出變量：Xdoublen，未知參數(shù)（米）。原理：X=(ATPA)-1ATPY例：Y1,2,3,6,A=1,0,0, 0,1,0, 0,0,1, 1,1,1,P=1,1,1,1,m=4,n=3。調(diào)用LeastSquareEstimation(Y,A,P,m,n, X)，求得X=1,2,3。2.4 計(jì)算衛(wèi)星位置、速度函數(shù)int SatPos_Vel(Num,Time, SatPos,SatVel)功能：計(jì)算WGS84坐標(biāo)系中衛(wèi)星位置、速度。成功返回“1”，失敗返回“1”（無(wú)星 歷）。輸入變量：Numint，衛(wèi)星號(hào)；Timedouble，時(shí)間（秒）。（隱含引用全局變量Ephemeris32

5、，星歷數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體）輸出變量：SatPosdouble3，位置（米，WGS84）；SatVeldouble3，速度（米/秒，WGS84）。2.5 偽距測(cè)量定位int Positioning(Time,Rho,Mark, Pos,dt)功能：由單一時(shí)刻偽距計(jì)算載體位置，并保存接收機(jī)鐘面時(shí)、衛(wèi)星位置、速度及載體 位置于定位結(jié)果文件Position.dat中。成功返回“1”，失敗返回“1”（觀測(cè) 值數(shù)量不夠，虧秩）。輸入變量：Timedouble，偽距觀測(cè)時(shí)刻接收機(jī)鐘面時(shí)（秒）；Rhodouble12，偽距（米）；Markint12，衛(wèi)星號(hào)，“1”表示此通道無(wú)信號(hào)；輸出變量：Posdouble3，載體

6、位置（米，WGS84）；dtdouble，鐘差（秒）。3全局變量說明LightVelocity字符常量，光速（米/秒），299 792 458；PI字符常量，圓周率，3.141 592 653 589 793;MU字符常量，地球引力常數(shù)（米3秒2），3.986005e14；OMEGAE字符常量，地球自轉(zhuǎn)角速度（弧度·秒1），7.292115e-5；fp_Obs文件指針，觀測(cè)數(shù)據(jù)文件；fp_Pos文件指針，位置結(jié)果文件。Structure Eph_StrMark整型，標(biāo)識(shí)，“1”有，“1”無(wú)wn整型，星期數(shù)toc衛(wèi)星鐘差改正參考時(shí)刻（秒）af2衛(wèi)星鐘差改正系數(shù)（秒/秒2）af1（秒/秒

7、）af0（秒）aode數(shù)據(jù)齡期deltan平均角速度改正（半周/秒）m0參考時(shí)刻平近點(diǎn)角（半周）e偏心率；rootaa1/2（米1/2）toe星歷參考時(shí)刻（秒）cic（弧度）crc（米）cis（弧度）crs（米）cuc（弧度）cus（弧度）omega0準(zhǔn)升交點(diǎn)赤經(jīng)（半周）omega近地點(diǎn)角距（半周）i0軌道傾角（半周）omegadot升交點(diǎn)赤經(jīng)變化率（半周/秒）idot軌道傾角變化率（半周/秒）Ephemeris32星歷數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體。注：數(shù)據(jù)類型除注明整型外，其余為雙精度型。4文件說明4.1 觀測(cè)數(shù)據(jù)文件Observation.datTime,n偽距觀測(cè)時(shí)間，衛(wèi)星顆數(shù)Rho_1,n_1偽距（米）

8、，衛(wèi)星號(hào)Rho_n,n_n偽距（米），衛(wèi)星號(hào)Time,n偽距觀測(cè)時(shí)間，衛(wèi)星顆數(shù)4.2 衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)文件Ephemeris.datsvprn整數(shù)，衛(wèi)星號(hào)wn整數(shù)，星期數(shù)idot軌道傾角變化率（半周/秒）（詳細(xì)說明請(qǐng)參見數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體Structure Eph_Str Ephemeris32）svprn整數(shù)，衛(wèi)星號(hào)4.3 位置計(jì)算結(jié)果文件Position.datTime偽距觀測(cè)時(shí)刻（秒）n_1,x_1,y_1,z_1, xdot_1,ydot_1,zdot_1衛(wèi)星號(hào)，衛(wèi)星坐標(biāo)（米，WGS84），速度（米/秒）n_n,x_n,y_n,z_n, xdot_n,ydot_n,zdot_n衛(wèi)星號(hào)，衛(wèi)星坐標(biāo)（米

9、，WGS84），速度（米/秒）x,y,z載體坐標(biāo)（米，WGS84）Time偽距觀測(cè)時(shí)刻（秒）4.4 GPS_Positioning.cpp作為主函數(shù)，調(diào)用Parameter.h、Function.h、F1.cpp、F2.cpp。逐一時(shí)刻讀取廣播星歷、偽距等信息，計(jì)算衛(wèi)星位置、速度及載體位置。4.5 Parameter.h字符常量定義、全局變量說明。4.6 Function.h函數(shù)說明。4.7 F1.cpp包含輔助函數(shù)如下；廣播星歷讀取函數(shù)EFileReading() ；觀測(cè)數(shù)據(jù)（時(shí)間、衛(wèi)星個(gè)數(shù)、偽距、衛(wèi)星號(hào)）讀取函數(shù)ObsReading()；最小二乘法求解函數(shù)LeastSquareEstima

10、tion()；矩陣相乘計(jì)算函數(shù)MatrixMultiply()；高斯選主元消去法矩陣求逆函數(shù)MatrixInverse()；三維向量長(zhǎng)度計(jì)算函數(shù)VectorLength()。4.8 F2.cpp包含函數(shù)如下：衛(wèi)星位置、速度計(jì)算函數(shù)SatPos_Vel()；偽距定位函數(shù)Positioning()。5首歷元觀測(cè)時(shí)刻參考答案（Position.dat）193645.029 -15567798.7 945675.6 21321624.5 249.3 -2743.6 303.3 0 14665363.6 9394841.8 20224091.6 -2310.3 1043.6 1194.920 -10127606.0 21492092.3 -10899994.3 -90.1 -1466.0 -2807.921 -1578334.5 26219741.9 -284477.9 -409.9 -14.9 3151.828 -20375527.0 15214719.7 7639734.1 -975.7 140.2 -2976.324 -2456690.1 16712706.9 207402