卫星导航定位算法与程序设计(讲义)-王坚.pdf_卫星导航算法程序设计

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卫星导航定位

算法与程序设计

王坚

中国矿业大学

二〇一一年十月

卫星导航定位 ...................................................................................................... 1

目录 ................................................................................................................ 2

第 1 章绪论 ...................................................................................................... 1

1.1 GPS 算法与程序设计 .......................................................................................... 1

1.2 MATLAB ................................................................................................................ 1

1.3 课程目的及内容 ................................................................................................. 3

第 2 章程序设计基础 ........................................................................................ 4

2.1 程序设计基本思想 ............................................................................................. 4

2.1.1 面向过程程序设计 ................................................................................................. 4

2.1.2 面向对象程序设计 ................................................................................................. 5

2.1.3 面向过程程序设计与面向对象程序设计对比 ..................................................... 6

2.1.4 程序开发过程 ......................................................................................................... 7

2.1.5 MATLAB 程序应用基础 ........................................................................................... 7

2.2 矩阵、变量、运算和表达式 ............................................................................. 8

2.2.1 矩阵的输入 ............................................................................................................. 8

2.2.2 矩阵运算 ................................................................................................................. 9

2.2.3 变量与表达式 ......................................................................................................... 9

2.2.4 矩阵的其他简单运算: .......................................................................................... 10

2.2.5 数组及其运算 ....................................................................................................... 11

2.3 基本数学函数 ................................................................................................... 12

2.4 图形 ................................................................................................................... 12

2.4.1 创建二维图形 ....................................................................................................... 14

2.4.2 subplot 函数 .......................................................................................................... 15

2.4.3 网格和曲面 ........................................................................................................... 16

2.5 符号运算 ........................................................................................................... 18

2.6 语句结构 ........................................................................................................... 20

2.7 MATLAB 函数定义 ............................................................................................. 25

2.8 字符数组和字符串操作 ................................................................................... 28

2.8.1 MATLAB 的字符数组 ............................................................................................. 28

2.8.2 字符串的比较 ....................................................................................................... 29

2.8.3 字符串的归类 ....................................................................................................... 29

2.8.4 字符串的查找与替换 ........................................................................................... 30

2.8.5 字符串运算 ........................................................................................................... 30

2.8.6 一般通用字符串操作 ........................................................................................... 30

2.9 MATLAB 工具箱简介 ......................................................................................... 31

第 3 章时空基准 .............................................................................................. 32

3.1 时间基准转换 ................................................................................................... 32

3.1.1 时间系统 ............................................................................................................... 32

3.1.2 时间转换 ............................................................................................................... 33

3.1.3 不同时间表示法间的转换 ................................................................................... 35

3.2 坐标转换 ........................................................................................................... 37

3.2.1 常用坐标系 ........................................................................................................... 38

3.2.2 高斯正反算 ........................................................................................................... 40

3.2.3 大地坐标与直角坐标转换 ................................................................................... 43

3.2.4 ECEF2ENU ............................................................................................................... 45

第 4 章标准格式数据读取 ............................................................................... 48

4.1 RINEX 格式 ......................................................................................................... 48

4.1.1 概述 ....................................................................................................................... 48

4.1.2 RINEX 文件的类型及命名规则 ............................................................................. 49

4.1.3 RINEX 文件的结构 ................................................................................................. 51

4.1.4 RINEX 文件实例 ..................................................................................................... 53

4.2 SP3 格式 ............................................................................................................. 55

4.2.1 概述 ....................................................................................................................... 55

4.2.2 SP3 文件命名规则 ................................................................................................. 55

4.2.3 SP3 文件格式及特点 ............................................................................................. 56

4.2.4 SP3 实例 ................................................................................................................. 56

4.3 重要 MATLAB 函数的使用及讲解 ................................................................... 58

4.3.1 读取 N 导航文件： .............................................................................................. 58

4.3.2 读取 O 数据文件 .................................................................................................. 58

4.3.3 读取 SP3 数据文件 ............................................................................................... 59

4.4 MATLAB 代码读取标准数据的程序结构 ......................................................... 59

第 5 章卫星坐标计算 ....................................................................................... 61

5.1 开普勒定律 ....................................................................................................... 61

5.2 开普勒轨道参数 ............................................................................................... 62

5.2.1 开普勒轨道参数 ................................................................................................... 62

5.2.2 卫星运动力学方程 ............................................................................................... 63

5.3 卫星轨道计算 ................................................................................................... 65

5.3.1 卫星轨道方程 ....................................................................................................... 65

5.3.2 开普勒方程 ........................................................................................................... 66

5.3.3 卫星坐标计算 ........................................................................................................ 66

5.4 卫星坐标计算算法步骤 ................................................................................... 67

5.4.1 算法 ....................................................................................................................... 67

5.4.2 重要 MATLAB 函数说明 ....................................................................................... 69

5.4.3 重要代码及标注 ................................................................................................... 71

第 6 章伪距定位及 DOP 值计算 ...................................................................... 74

6.1 引言 ................................................................................................................... 74

6.2 伪距定位 ........................................................................................................... 74

6.3 定位精度因子 DOP 的计算 .............................................................................. 76

6.4 重要 MATLAB 函数说明 ................................................................................... 77

第 7 章电离层延迟和对流层延迟 .................................................................... 79

7.1 电离层延迟 ....................................................................................................... 79

7.1.1 电离层模型 ........................................................................................................... 79

7.1.2 程序用到的有关函数 ........................................................................................... 82

7.1.3 程序说明 ............................................................................................................... 85

7.1.4 程序完整过程 ....................................................................................................... 86

7.2 对流层延迟 ....................................................................................................... 88

7.2.1 延迟模型 ............................................................................................................... 88

7.2.2 程序 ....................................................................................................................... 89

第 8 章整周模糊度解算 ................................................................................... 93

8.1 整周模糊度 ....................................................................................................... 93

8.2 Z 变换 ................................................................................................................. 96

8.3 重排列 ............................................................................................................... 97

8.4 搜索 ................................................................................................................... 99

8.5 模糊度搜索空间尺寸的确定 ......................................................................... 100

8.6 程序包使用说明 .............................................................................................. 101

8.6.1 求取浮点解和固定解 .......................................................................................... 101

8.6.2 LAMBDA 可视化程序 ........................................................................................... 103

8.6.3 LAMBDA 程序分解 ............................................................................................... 104

第 9 章 GPS 高程的多项式曲面拟合 ............................................................... 105

9.1 拟合模型 ......................................................................................................... 105

9.2 X，Y 坐标重心化 ............................................................................................. 105

9.3 结果评价 ......................................................................................................... 106

9.4 实例应用 ......................................................................................................... 106

9.5 程序代码及说明 ............................................................................................. 108

第 10 章 GPS 通信协议——NMEA-0183 .......................................................... 114

10.1 NMEA 通信协议 ............................................................................................. 114

10.2 NMEA 通讯协议硬件接口 ............................................................................. 114

10.3 GPS 测量中 NMEA 语句解析 ........................................................................ 115

10.4 NMEA 数据处理中的注意事项 ..................................................................... 118

第 11 章实验数据模拟 ................................................................................... 120

11.1 加载 GPS 轨道参数 ...................................................................................... 120

11.2 卫星位置的计算 ........................................................................................... 120

11.3 卫星天空分布图的绘制 ............................................................................... 121

11.4 卫星在天空中的运动情况 ........................................................................... 122

11.5 DOP 值的计算 ................................................................................................ 122

第 12 章 TEQC 软件介绍 ................................................................................. 124

12.1 TEQC 功能简介 .............................................................................................. 124

12.2 TEQC 命令介绍 .............................................................................................. 124

12.2.1 RINEX 格式转换 ................................................................................................. 125

12.2.2 数据编辑 ........................................................................................................... 126

12.2.3 质量检核 ........................................................................................................... 129

12.2.4 各历元伪距单点定位计算 ............................................................................... 131

第 13 章 TEQC 处理实例 ................................................................................. 132

13.1 格式转换 ....................................................................................................... 132

13.2 质量检查 ....................................................................................................... 132

13.3 视图文件查看 ............................................................................................... 133

13.4 各历元伪距单点定位计算 ........................................................................... 144

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李道道

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