GPS卫星坐标计算.docx

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GPS卫星坐标计算

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

*******

班级：

测绘二班

*******

学生学号：

20080783

作业日期：

2010年12月08日

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。

ComputethecoordinateofPRN7withintervalof1minute.

Navigationdata:

卫星导航文件格式：

二.计算步骤：

Thestepsforsatellitecoordinates

1.平均角速度（meanangularspeed）：

n由广播星历获得,GM=3.986005e+14

2.规化时刻（normaltime）：

t0已知（由广播星历获得），t为GPS周秒

3.平近点角（meananomaly）：

M0已知（由广播星历获得）

4.偏近点角（eccentricanomaly）：

迭代求解：

初始值取E=M，以弧度为单位

5.真近点角（trueanomaly）：

6.升交距角（argumentofascendingnode）：

近地点角距（argumentofperigee）

7.轨道向径（Orbitalradius）：

8.扰动改正（Perturbedcorrection）：

•升交角距（Argumentofascendingnode）

•

•轨道向径（Orbitalradius）

•轨道顷角（Orbitalinclination）

是升交角距（theargumentofascendingnode）

9.改正后升交角距、轨道向径、轨道倾角

改正后升交角距（Correctedargumentofascendingnod）

改正后的轨道向径（Correctedorbitalradius）

改正后的轨道倾角（Correctedorbitalinclination）

10.卫星在升交点轨道直角坐标系中的坐标：

如下图所示

11.升交点经度（Longitudeofascendingnode）：

如下图所示

12.在地固坐标系中的卫星位置（Expressedinsphericcoordinatesystem）

三.源程序：

usingSystem;

usingSystem.Collections.Generic;

usingSystem.ComponentModel;

usingSystem.Data;

usingSystem.Drawing;

usingSystem.Text;

usingSystem.Windows.Forms;

usingSystem.IO;

usingSystem.Text.RegularExpressions;

namespaceTest

{

publicpartialclassForm1:

Form

{

publicForm1（）

{

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.Clickable;//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

}

privatevoidbutton1_Click（objectsender,EventArgse）

{

//读取相对路径

stringstr1=AppDomain.CurrentDomain.SetupInformation.ApplicationBase;

stringfilename=str1+"navigationdata.txt";

//读取卫星广播星历文件

StreamReadermyreader=newStreamReader（filename,Encoding.Default）;

stringmyinfo=myreader.ReadToEnd（）;

myreader.Close（）;

//把卫星广播星历里的D改为e，以便后续计算

stringmystring=myinfo;

stringmyinfor=mystring;

myinfor=mystring.Replace（"D","e"）;

//把数据分开读入到一个数组中存储

string[]split=newstring[]{""};

string[]arrs=myinfor.Split（split,StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries）;

double[]M=newdouble[arrs.Length];

//星历代码

string[]N=newstring[arrs.Length];

N[0]="PRN";N[1]="Yer";N[2]="Mon";N[3]="day";N[4]="H";N[5]="M";N[6]="sec";N[7]="a0";N[8]="a1";N[9]="a2";

N[10]="IODE";N[11]="Crs";N[12]="delta-n";N[13]="M0";

N[14]="Cuc";N[15]="e";N[16]="Cus";N[17]="sqrt（a）";

N[18]="t0e";N[19]="Cic";N[20]="omega0";N[21]="Cis";

N[22]="i0";N[23]="Crc";N[24]="omega";N[25]="omega-spot";

N[26]="IDOT";N[27]="CodesonL2channel";N[28]="GPSWeek";N[29]="L2Pdataflag";

N[30]="SVaccuracy";N[31]="SVhealth";N[32]="TGD";N[33]="IODCIssueofData";

N[34]="Transmissiontimeofmessage";

//把卫星广播星历读入到数组中

for（inti=0;i

{

ListViewItemli=newListViewItem（）;

li.Text=（i+1）.ToString（）;

li.SubItems.Add（N[i]）;

li.SubItems.Add（arrs[i]）;

listView1.Items.Add（li）;

M[i]=double.Parse（arrs[i]）;

}

doublet0e=460800.00;

doublet;

double[]XK=newdouble[21];

double[]YK=newdouble[21];

double[]ZK=newdouble[21];

for（intl=0;l<21;l++）

{

//计算平均角速度

doubleGM=3986004.418e008;

doublen,n0;

n0=Math.Sqrt（GM/（Math.Pow（M[17],6）））;

n=M[12]+n0;

//规划时刻

t=t0e+l*60;

doubletk=t-t0e;

doubleMk=M[13]+n*tk;

//迭代计算平近点角的计算

doubleEk,Ek1;

Ek=Mk;

Ek1=Mk+M[15]*Math.Sin（Ek）;

do

{

Ek=Ek1;

Ek1=Mk+M[15]*Math.Sin（Ek）;

}

while（Math.Abs（Ek1-Ek）>1e-15）;

//计算真近点角

doubleVk=Math.Atan（（（Math.Sqrt（1-M[15]*M[15]）*Math.Sin（Ek）））/（Math.Cos（Ek）-M[15]））;

//反正切值的象限处理

doubleA1=Math.Atan（（（Math.Sqrt（1-M[15]*M[15]）*Math.Sin（Ek））））;

doubleA2=Math.Cos（Ek）-M[15];

if（Vk<0）

{

if（A1<0&&A2>0）

{

Vk+=2*Math.PI;

}

if（A1>0&&A2<0）

{

Vk+=Math.PI;

}

}

else

{

if（A1<=0&&A2<=0）

Vk=Vk+Math.PI;

}

//计算升交角距

doublefk=Vk+M[24];

//摄动改正值的计算

doubledu=M[14]*Math.Cos（2*fk）+M[16]*Math.Sin（2*fk）;

doubledr=M[23]*Math.Cos（2*fk）+M[11]*Math.Sin（2*fk）;

doubledi=M[19]*Math.Cos（2*fk）+M[21]*Math.Sin（2*fk）;

//摄动改正

doubleuk=fk+du;

doublerk=Math.Pow（M[17],2）*（1-M[15]*Math.Cos（Ek））+dr;

doubleik=M[22]+di+M[26]*tk;

//计算卫星在升交点轨道直角坐标系的坐标

doublexk=rk*Math.Cos（uk）;

doubleyk=rk*Math.Sin（uk）;

//计算升交点经度

doublewe=7.2921151467e-05;

doublejdt=M[20]+（M[25]-we）*tk-we*M[18];

//卫星在地固坐标系中的空间直角坐标

XK[l]=xk*Math.Cos（jdt）-yk*Math.Cos（ik）*Math.Sin（jdt）;

YK[l]=xk*Math.Sin（jdt）+yk*Math.Cos（ik）*Math.Cos（jdt）;

ZK[l]=yk*Math.Sin（ik）;

}

//输出卫星在地固坐标系中的空间直角坐标

for（inti=0;i<21;i++）

{

ListViewItemlist=newListViewItem（）;

list.Text="第"+i.ToString（）+"分钟";

list.SubItems.Add（XK[i].ToString（））;

list.SubItems.Add（YK[i].ToString（））;

list.SubItems.Add（ZK[i].ToString（））;

listView2.Items.Add（list）;

}

}

privatevoidbutton2_Click（objectsender,EventArgse）

{

//读取相对路径

stringstr1=AppDomain.CurrentDomain.SetupInformation.ApplicationBase;

stringfilename=str1+"navigationdata.txt";

//读取卫星广播星历文件

StreamReadermyreader=newStreamReader（filename,Encoding.Default）;

stringmyinfo=myreader.ReadToEnd（）;

myreader.Close（）;

//把卫星广播星历里的D改为e，以便后续计算

stringmystring=myinfo;

stringmyinfor=mystring;

myinfor=mystring.Replace（"D","e"）;

//把数据分开读入到一个数组中存储

string[]split=newstring[]{""};

string[]arrs=myinfor.Split（split,StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries）;

//星历代码

string[]N=newstring[arrs.Length];

N[0]="PRN";N[1]="Yer";N[2]="Mon";N[3]="day";N[4]="H";N[5]="M";N[6]="sec";N[7]="a0";N[8]="a1";N[9]="a2";

N[10]="IODE";N[11]="Crs";N[12]="delta-n";N[13]="M0";

N[14]="Cuc";N[15]="e";N[16]="Cus";N[17]="sqrt（a）";

N[18]="t0e";N[19]="Cic";N[20]="omega0";N[21]="Cis";

N[22]="i0";N[23]="Crc";N[24]="omega";N[25]="omega-spot";

N[26]="IDOT";N[27]="CodesonL2channel";N[28]="GPSWeek";N[29]="L2Pdataflag";

N[30]="SVaccuracy";N[31]="SVhealth";N[32]="TGD";N[33]="IODCIssueofData";

N[34]="Transmissiontimeofmessage";

//把卫星广播星历文件内容输出到listView进行查看

for（inti=0;i

{

ListViewItemli=newListViewItem（）;

li.Text=（i+1）.ToString（）;

li.SubItems.Add（N[i]）;

li.SubItems.Add（arrs[i]）;

listView1.Items.Add（li）;

}

}

}

}

四．程序运行结果：

星历内容的读取、显示：

卫星坐标计算结果：

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。