卫星导航 实验01 实时卫星位置解算
卫星坐标计算实验
卫星坐标计算实验
1.准备工作：首先，需要准备一台GPS接收机，该接收机能够接收卫星信号，并能够测量接收机与卫星之间的距离。
同时，需要准备地面控制点，这些点的坐标已经被精确测量过。
2.数据采集：在测量过程中，需要将接收机安装在需要测量的位置，并进行信号接收和数据采集。
通常，需要同时接收至少4颗卫星的信号，以便进行测量。
采集的数据包括每颗卫星的位置和接收机与卫星之间的距离。
3.数据处理：采集到的数据被传输到计算机中进行处理。
首先，通过信号传播速度和接收时间的差异，可以计算出接收机与卫星之间的距离。
然后，利用解算算法，可以计算出接收机的坐标。
4.坐标计算：在计算过程中，需要使用地面控制点的坐标作为参考。
通过对接收机与卫星之间的距离进行多次计算和优化，可以得到更准确的坐标信息。
卫星坐标计算实验的目的是为了确定地球上其中一点的准确位置。
这项实验在地理测量、航海、导航等领域都有广泛的应用。
例如，在地理测量中，通过测量多个地面控制点的坐标，可以绘制出地球的三维模型。
在航海中，通过测量船只的坐标，可以确定船只的位置和航线。
在导航中，通过接收GPS信号，可以确定当前位置并寻找最优路径。
总之，卫星坐标计算实验是一项复杂的技术任务，但它为人们提供了一种准确、高效的方法来确定地球上的位置。
通过这项实验，我们可以更好地了解地球的结构和特征，并且可以在航海、导航等领域中提供准确的位置信息。
GPS导航定位原理以及定位解算算法
GPS导航定位原理以及定位解算算法GPS（全球定位系统）是一种基于卫星信号的导航系统，用于确定地球上任意点的位置和时间。
GPS导航定位的原理基于三个基本原则：距离测量、导航电文和定位解算。
首先，定位解算的基本原理是通过测量卫星与接收器之间的距离差异来确定接收器的位置。
GPS接收器接收卫星发射的信号，并测量信号从卫星到接收器的时间延迟。
通过已知卫星位置和测量时间延迟，可以计算出接收器与卫星之间的距离。
至少需要接收到4个卫星信号才能进行定位解算，因为每个卫星提供三个未知数（x、y、z三个坐标）和一个时间未知数。
其次，GPS导航系统通过导航电文提供的卫星轨道参数来计算卫星的精确位置。
每个卫星通过导航电文向接收器传递关于卫星识别码、卫星轨道和钟差等数据。
接收器使用这些参数来计算卫星的准确位置。
最后，通过定位解算算法，将接收器收到的卫星信号和导航电文中的轨道参数进行计算，可以确定接收器的位置。
定位解算算法主要有两种：三角测量法和最小二乘法。
三角测量法基于三角学原理，通过测量多个卫星与接收器之间的距离差异，然后根据这些距离差异以及卫星的位置信息来计算接收器的位置。
这种算法的优势是计算简单，但受到测量误差的影响较大。
最小二乘法是一种数学优化方法，通过最小化接收器位置与测量距离之间的误差平方和来求解接收器的位置。
该方法考虑到了测量误差的影响，并通过对多个卫星信号进行加权以提高解算的准确性。
除了上述的定位解算算法，GPS导航系统还使用了差分GPS和惯性导航等技术来提高定位精度和可靠性。
差分GPS通过接收器与参考站之间的信号比对，消除了大部分的误差，提高了定位精度。
惯性导航通过测量加速度和角速度来估计接收器的位移，可以在信号丢失或弱化的情况下提供连续的导航定位。
综上所述，GPS导航定位通过距离测量、导航电文和定位解算算法来确定接收器的位置。
通过接收到的卫星信号和导航电文中的轨道参数，定位解算算法能够计算出接收器的位置，并提供准确的导航信息。
卫星导航原理实验报告
卫星导航原理实验报告实验目的本实验旨在通过实际操作，加深对卫星导航原理的理解，掌握卫星导航的基本工作原理、信号接收与处理方法。
实验原理卫星导航是利用人造卫星在太空中运行，通过卫星定位系统向用户提供空间位置、速度和时间等信息的导航方式。
其原理是通过接收多颗人造卫星发射的信号，利用信号的时间差异和测量误差，计算出用户的三维空间位置。
卫星导航系统由地面控制站、卫星和用户终端组成。
地面控制站负责发送导航信号和控制卫星运行，卫星接收地面控制信号并通过天线以无线电信号形式发送到用户终端，用户终端接收并解码信号，计算用户位置。
实验步骤1. 连接设备：将接收天线连接到接收设备上，确保连接正常；2. 打开接收设备：根据具体型号，按下相应按钮或转动开关打开接收设备；3. 接收卫星信号：对设备进行信号搜索，确保接收到卫星信号；4. 信号处理：接收设备将信号传输到计算机或显示屏上，进行信号处理；5. 计算用户位置：根据接收到的信号，使用相应的算法计算用户的三维空间位置。
实验结果经过一系列操作，最终成功接收到卫星信号，并通过计算机显示用户位置。
实验结果表明，卫星导航系统具备高精度和广域覆盖的能力。
实验总结本实验通过操作接收设备，将卫星信号传输到计算机上进行处理，实现了卫星导航的基本功能。
在实验过程中，我们对卫星导航原理有了更加深入的了解，掌握了信号搜索和处理的方法。
卫星导航在交通、军事和民用领域具有广泛应用前景。
它可以为车辆导航、航空航天、灾害救援等提供准确的定位和导航服务。
此外，随着技术的不断发展，卫星导航系统的精度和覆盖范围将会进一步提高，为人们的生活带来更多的便利。
通过本次实验，我们不仅学习了卫星导航的原理和操作方法，还了解了其应用领域和发展前景。
相信在今后的学习和工作中，我们将会更好地运用卫星导航技术，为社会发展做出贡献。
GPS导航定位原理以及定位解算算法
G P S导航定位原理以及定位解算算法TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-GPS导航定位原理以及定位解算算法全球定位系统(GPS)是英文Global Positioning System的字头缩写词的简称。
它的含义是利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。
它是由美国国防部主导开发的一套具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航定位系统。
GPS用户部分的核心是GPS接收机。
其主要由基带信号处理和导航解算两部分组成。
其中基带信号处理部分主要包括对GPS卫星信号的二维搜索、捕获、跟踪、伪距计算、导航数据解码等工作。
导航解算部分主要包括根据导航数据中的星历参数实时进行各可视卫星位置计算；根据导航数据中各误差参数进行星钟误差、相对论效应误差、地球自转影响、信号传输误差(主要包括电离层实时传输误差及对流层实时传输误差)等各种实时误差的计算，并将其从伪距中消除；根据上述结果进行接收机PVT（位置、速度、时间）的解算；对各精度因子(DOP)进行实时计算和监测以确定定位解的精度。
本文中重点讨论GPS接收机的导航解算部分，基带信号处理部分可参看有关资料。
本文讨论的假设前提是GPS接收机已经对GPS卫星信号进行了有效捕获和跟踪，对伪距进行了计算，并对导航数据进行了解码工作。
1 地球坐标系简述要描述一个物体的位置必须要有相关联的坐标系，地球表面的GPS接收机的位置是相对于地球而言的。
因此，要描述GPS接收机的位置，需要采用固联于地球上随同地球转动的坐标系、即地球坐标系作为参照系。
地球坐标系有两种几何表达形式，即地球直角坐标系和地球大地坐标系。
地球直角坐标系的定义是：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向地球赤道面与格林威治子午圈的交点(即0经度方向)，Y轴在赤道平面里与XOZ 构成右手坐标系(即指向东经90度方向)。
实时卫星位置解算和多普勒频移计算
实验01 实时卫星位置解算和多普勒频移计算一、目的1．理解实时卫星位置解算在GPS 接收机导航位置解算过程中的作用及完成卫星位置解算所需的条件。
2．了解卫星导航电文的格式、主要内容及各部分作用。
了解星历的内容、周期。
3．了解多普勒频移产生的原因、作用及根据已知条件预测多普勒频移的方法。
二、内容运行NewStar150 程序，获取可视卫星的实时导航数据（包括 GPS 时间、各卫星的星历等），分析星历的构成、周期，根据卫星的星历，推算出该卫星在 11 小时58 分后的ECEF 坐标系下的大致位置，验证卫星的额定轨道周期。
根据实验数据编程求解多普勒频移。
三、知识准备GPS 实时卫星位置解算方法，导航电文的格式和主要内容，星历表的构成。
多普勒频移计算方法。
四、实习过程1．运行NewStar150 程序，如图 1 所示获取当前可视卫星的星历信息，并作记录；2．分析星历的构成和周期；3．如图2 所示，选择GPS 时刻和卫星号，在“卫星位置信息”列表框中会出现所选卫星在所选的GPS 时刻对应的仰角、ECEF 坐标系下的三维坐标、所选时刻加一秒和加两秒后的GPS 时间所对应的ECEF 坐标系下的三维坐标以及接收机在ECEF 坐标系下的初始位置坐标，根据这些数据求解多普勒频移；4．根据卫星在所选GPS 时间发送的星历推算出这颗卫星在 11 小时58 分后的ECEF 坐标系下的大致位置，验证卫星的额定轨道周期；实验02 GPS接收机单点定位实验一、目的1．掌握GPS 接收机单点定位原理；2．理解将接收机和卫星钟差作为一个参量进行定位解算的原因和目的；3．理解钟差对于多普勒频移求解产生的影响；4．能够根据实验数据编写单点定位解算的相关程序。
二、内容运行NewStar150 程序，同时观测4 颗可视卫星的实时导航数据（包括GPS 时间、各卫星的星历等），实时传输误差、伪距等，建立接收机位置解算方程，解出接收机位置和钟差。
哈工大卫星定位导航原理实验报告
卫星定位导航原理实验专业：班级：学号：姓名：日期：实验一实时卫星位置解算及结果分析一、实验原理实时卫星位置解算在整个GPS接收机导航解算过程中占有重要的位置。
卫星位置的解算是接收机导航解算（即解出本地接收机的纬度、经度、高度的三维位置）的基础。
需要同时解算出至少四颗卫星的实时位置，才能最终确定接收机的三维位置。
对某一颗卫星进行实时位置的解算需要已知这颗卫星的星历和GPS时间。
而星历和GPS 时间包含在速率为50比特/秒的导航电文中。
导航电文与测距码（C/A码）共同调制L1载频后，由卫星发出。
本地接收机相关接收到卫星发送的数据后，将导航电文解码得到导航数据。
后续导航解算单元根据导航数据中提供的相应参数进行卫星位置解算、各种实时误差的消除、本地接收机位置解算以及定位精度因子（DOP）的计算等工作。
关于各种实时误差的消除、本地接收机位置解算以及定位精度因子（DOP）的计算将在后续实验中陆续接触，这里不再赘述。
卫星的额定轨道周期是半个恒星日，或者说11小时58分钟2.05秒；各轨道接近于圆形，轨道半径（即从地球质心到卫星的额定距离）大约为26560km。
由此可得卫星的平均角速度ω和平均的切向速度v s为：ω=2π/(11*3600+58*60+2.05)≈0.0001458rad/s (1.1)v s=rs*ω≈26560km*0.0001458≈3874m/s (1.2) 因此，卫星是在高速运动中的，根据GPS时间的不同以及卫星星历的不同（每颗卫星的星历两小时更新一次）可以解算出卫星的实时位置。
本实验同时给出了根据当前星历推算出的卫星在11小时58分钟后的预测位置，以此来验证卫星的额定轨道周期。
本实验另一个重要的实验内容是对卫星进行相隔时间为1s的多点测量（本实验给出了三点），根据多个点的测量值，可以估计Doppler频移。
由于卫星与接收机有相对的径向运动，因此会产生Doppler效应，而出现频率偏移。
卫星导航实验报告
电子科技犬学通信与信息工程学院本科教学卫星与导航系列实验标准实验报告课程名称：定位与导航原理与应用定位与导航工程电子科技大学通信与信息工程学院标准实验报告实验名称：导航信号传输模型仿真电子科技大学实验报告学生姓名：侯玉皓学号：20120佃030016提交日期：2015・6・24实时卫星位置、速度和时间解算（pvT解算）及结果分析【实验目的】1）理解实时卫星位置解算在卫星导航解算过程中所起的作用，了解为完成卫星位置解算所需的条件；2）了解GPS时间、卫星的额定轨道周期的含义，了解星历的构成、周期及应用条件；3）了解Doppler频移的成因、作用以及根据已知条件预测Doppler频移的方法；4）了解Doppler频移的变化范围及其与卫星仰角之间的关系；5）能够根据实验数据编写求解Doppler频移的相关程序。
【实验原理】实时卫星位置解算在整个导航解算过程中具有举足轻重的作用，通常我们为了获得接收机的地理位置，需要对卫星发射导航电文时的时间及运行速度有所了解，所以可以说，卫星的实时速度和时间是解算卫星实时位置的基础，而卫星的实时位置又是解算接收机三维位置坐标的基础。
可见卫星实时位置、时间及速度在整个定位过程中的重要地位。
一般来说要确定接收机的三维位置，需要同时解算出至少四颗卫星的实时位置。
卫星某一时刻发出的信号可以分为三部分：载波（L1）、测距码（C⑷、导航电文。
对GPS某颗卫星进行实时位置的解算，需要已知这颗卫星的星历和周内时，这些信息都包含在速率为50bps的导航电文中（图3.1中的数据码）。
导航电文通过测距码（C/A码）进行扩频，然后用扩频的信号去调制频率为L1的正弦波载波，然后卫星将调制后的载波信号播发出去。
其模型可以用如下公式表示：S Li（t） =A P（R （t）㊉D i （t）） cos（⑷ Li t + 屮i） +A c（C i（t庖D i （t）） sin（时Li t + （3.1）屮i）川儿打测距码数据码载波其中A和A；是调制幅度，P,C是精码和粗码，它们都是对数据码D的扩频码，数据码经过扩频后分为两路进行调制。
定位解算方法
λi 对于静态测量，只要在观测过程中不存在周跳， 将保持不变，而接收机也将自动对相位小数连续计数。 如果忽略对流层、电离层和卫星时钟所引起的误差，剩下 的关键问题就是如何确定 N i 和接收机与卫星系统时之间 的钟差。( N + φ )λ = (∆X ) 2 + (∆Y ) 2 + (∆Z ) 2 + cδ t
ρ = j
p ( x j − xu ) 2 + ( y j − yu ) 2 + ( z j − zu ) 2 + c ⋅ δ tu − cδ t j + δρ n + δρ j j +v
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用户位置解算方程及求解
其中，j = 1,2, N , N ≥ 4
(x
( xu , y u , z u )
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提纲
一、导航定位基本原理介绍 二、定位解算的含义及解算方法介绍 三、定位相关概念 四、用户位置解算方程及求解 五、定位精度分析 六、实例仿真
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用户位置解算方程及求解
对于选定的4颗卫星，根据广播星历和改正 后的卫星钟时间，计算4颗卫星的空间位置，再 利用改正后的4个伪距观测量，把用户位置的三 个坐标及用户钟钟差作为未知量，列出相应的 位置观测方程，联列，采用线性化的迭代方法， 获得用户位置和用户钟差参数。 根据三星定位原理可以写出伪距定位的基 本定位方程：
i i i i i p
利用相位观测量进行定位的方法较多，其核心是如 何求取载波相位的整周数和修正周跳引起的误差。 但 在单点定位中求取 Ni 是十分困难的，目前一般采用相对 定位和差分GPS技术计算获得。 周跳：接收机由于某种原因(如卫星信号被挡住、高 动态、电离层活动、对流层延迟、接收机设计)对卫星 短时间失去跟踪，在失去跟踪时间内相位的变化就不能 被测出，称为失周或失锁，也称为周跳。
卫星导航实验报告
卫星导航实验报告1. 实验目的本实验主要目的是了解卫星导航系统的基本原理，以及掌握卫星导航系统的使用方法。
2. 实验器材•室外开阔场地•GPS接收机•计算机3. 实验步骤3.1 安装GPS接收机首先需要在室外开阔场地上安装GPS接收机。
将GPS接收机放在开阔的场地上，保证其视野良好。
然后连接计算机和GPS接收机，并启动GPS接收机。
3.2 启动GPS接收机启动GPS接收机后，需要等待其接收到卫星信号。
此时，计算机会自动搜索卫星信息并显示当前卫星位置。
3.3 获取GPS数据获取GPS数据是本实验的重点。
在获取GPS数据之前，需要先确定观测时间和地理位置。
选择合适的观测时间和地理位置能够有效地提高数据精度。
然后，需要在计算机上打开相应的数据接收软件，并连接GPS接收机。
在软件界面中，选择“串口”或“USB串口”并设置正确的参数。
然后，点击“连接”即可。
3.4 分析数据获取GPS数据后，需要对数据进行分析。
可以使用各种分析工具分析数据，如Plotter软件、Matlab等。
在分析过程中，需要注意对数据的各项指标进行逐一分析，以确定数据的准确性。
4. 实验结果通过本次实验，我们成功了解了卫星导航系统的基本原理，并掌握了卫星导航系统的使用方法。
同时，我们还获得了一系列GPS数据，并使用分析工具对数据进行了逐一分析。
通过分析，我们得到了准确的导航数据，并确保数据的可靠性和准确性。
5. 实验本次实验中，我们了解了卫星导航系统的基本原理并掌握了卫星导航系统的使用方法。
同时，我们还通过实际操作获得了大量的GPS数据，并使用分析工具对数据进行了逐一分析。
通过本次实验，我们深入了解了卫星导航系统的原理和使用方法，并对数据分析有了更深刻的认识。
基于卫星遥感的卫星导航解算算法研究
基于卫星遥感的卫星导航解算算法研究1.引言卫星导航是利用卫星进行定位导航的技术，能够提供高精度、实时的定位导航服务。
在卫星导航系统中，卫星遥感技术是实现定位导航的重要手段之一，通过卫星遥感数据获取地面信息，为卫星导航解算提供支持。
本文从卫星导航解算角度出发，对基于卫星遥感的卫星导航解算算法进行研究。
2.卫星导航解算基本原理卫星导航解算基本原理是通过测量卫星与接收机之间的距离和时间差计算出接收机的位置。
测量距离的方法有伪距测量和载波相位测量两种。
在卫星导航系统中，每颗卫星都有一个精确的轨道参数和时间参考系统，接收机通过卫星发出的无线电信号可获得卫星的位置信息，从而计算接收机在三维空间中的位置。
3.卫星遥感技术在卫星导航解算中的应用卫星遥感技术是通过对卫星信号进行数字信号处理和图像处理，获取卫星与地面之间的信息。
主要应用于以下三个方面：3.1地形高程数据获取卫星遥感技术可以获取地面的高程数据，这对卫星导航解算非常重要。
通过对地形高程数据的获取和分析，可以确定接收机的高度和位置，提高卫星导航解算的精度。
3.2地面特征识别卫星遥感技术可以对地面的特征进行识别，从而使卫星导航解算更加准确。
例如在城市中，建筑物的位置和高度会对卫星信号的传播产生影响，卫星遥感技术可以识别建筑物的位置和高度信息，从而对卫星信号传播进行修正。
3.3天气数据获取卫星遥感技术可以获取到大气的湿度、温度、压力等天气数据，这些数据对卫星导航解算的精度也有很大影响。
通过对大气数据的获取和分析，可以修正卫星信号传播的误差，提高卫星导航解算的精度。
4.基于卫星遥感的卫星导航解算算法研究在卫星导航解算算法中，基于卫星遥感技术的解算算法可以提高解算的精度和可靠性。
常用的卫星导航解算算法有最小二乘法、卡尔曼滤波法、扩展卡尔曼滤波法等。
4.1最小二乘法最小二乘法是处理超定方程组的经典方法，可以用于卫星导航解算的处理。
最小二乘法的基本思路是：通过求解最小化残差平方和的方程组解，得到卫星导航解算的位置、速度等参数。
gnss卫星位置的计算方法
gnss卫星位置的计算方法好，咱们今天来聊聊GNSS卫星位置的计算方法。
这听起来可能有点儿高深，但其实就像做一道简单的数学题，解开它其实并不复杂，想象一下，你就像在玩一场大冒险，目标是找到那些在天上飞的卫星。
什么是GNSS呢？嘿，GNSS就是全球导航卫星系统的缩写，听起来是不是特别酷炫？其实就是一群卫星在空中转来转去，给我们提供定位服务，像个忠实的导航员，随时为你指路。
这些卫星就像星星一样，成群结队，按照一定的轨道在天上飞。
为了计算它们的位置，咱们得用到几个聪明的数学公式，真是好玩得很。
卫星是怎么知道自己在哪儿呢？每颗卫星都有一个专门的“家”——它的轨道。
这些轨道在天上是精确计算出来的，像是为卫星量身定制的跑道。
卫星每天都在不断地发射信号，这些信号就像是它们的“呼喊”，在空中四处传播。
当你的手机或导航设备接收到这些信号时，就能根据卫星的位置来确定你的坐标。
是不是很神奇？说到这里，大家可能会问，怎么计算卫星的位置呢？嘿，这里有个小秘密，那就是“三角测量法”。
想象一下你在一片开阔的草地上，周围有三棵大树。
你站在某个地方，想知道自己离每棵树有多远。
你就能用简单的几何知识，通过测量距离和角度，计算出自己所在的位置。
卫星也是这样，只不过是用更复杂的数学公式来实现。
它们会发出信号，地面接收器再根据这些信号的到达时间和强度来算出卫星的位置。
再说说时间。
时间在这里可是个大角色。
卫星发出的信号里藏着时间戳，这个时间戳就像卫星给自己拍的“身份证”照片，标明了它发信号的确切时刻。
通过比较地面接收器收到信号的时间和卫星发出的时间，就能精确算出距离。
这个过程就像你在打电话，先打出去的声音和后面接收到的回音，之间的时间差就能告诉你距离有多远。
卫星的轨道不是一成不变的，它们会受到地球引力、气候变化等多种因素的影响，就像我们每天的心情一样，时好时坏。
科学家们利用各种方法来实时监测这些变化，确保卫星的位置尽量精确。
就像是对朋友的关心，时刻保持联系，不让他们走失。
bds卫星位置计算过程及公式
bds卫星位置计算过程及公式BDS 卫星位置计算可是个相当复杂但又超级有趣的事儿。
咱先来说说为啥要算这卫星位置。
想象一下，你在一个陌生的城市迷路了，这时候手机上的导航能准确地告诉你该往哪儿走，这得多牛啊！而能实现这么精准的导航，靠的就是对卫星位置的准确计算。
那到底咋算呢？这就得提到一堆复杂的公式和方法啦。
首先得有卫星的轨道参数，这就像是卫星的“行动指南”。
然后通过各种数学魔法，比如开普勒定律、三角函数等等，来一步步推算出卫星在特定时刻的位置。
我给您举个例子哈，就像我之前参加过一次户外探险活动。
当时我们在深山老林里，手机信号时有时无，就靠着专业的卫星定位设备来确定位置。
我就看着那些专家们拿着设备，嘴里念叨着各种公式和参数，眼睛还紧盯着屏幕上的数据变化，那认真的劲儿，就好像在解一道关乎生死的谜题。
这计算过程中，每个数据都得精确到小数点后好多位，一点马虎都不行。
要是算错了一点点，那结果可能就差了十万八千里。
再来说说这公式，什么轨道半长轴、偏心率、真近点角等等，一个个概念都得搞得清清楚楚。
就拿轨道半长轴来说，它决定了卫星轨道的大小和形状。
要是这个参数搞错了，那卫星位置就不知道偏到哪儿去了。
还有计算过程中的误差修正也特别重要。
比如说大气层的影响、地球自转的影响，这些都得考虑进去，不然算出来的位置也不准。
总之，BDS 卫星位置计算是个极其精细又严谨的工作。
每一个环节都不能出错，每一个数据都得认真对待。
就像我们在生活中做任何重要的事情一样，得用心、细心，才能得到准确又可靠的结果。
希望您能通过我这简单的介绍，对 BDS 卫星位置计算有个初步的了解。
这可真是个充满挑战和乐趣的领域，值得咱们不断去探索和学习！。
北斗导航系统中基于概率论的位置解算算法
北斗导航系统中基于概率论的位置解算算法北斗导航系统是中国自主研发的卫星导航系统，始于1994年，已成为我国重要的国家战略和基础设施之一。
北斗卫星导航系统可以为用户提供高精度、高可靠、全天候的导航、定位、时间及短报文服务，广泛应用于交通运输、电力、气象、农业、渔业等行业。
北斗导航系统的核心是卫星定位技术，要实现准确的定位，需要解决位置解算问题。
位置解算就是利用卫星的测量信号，通过计算，确定接收设备所在的地理位置，在北斗导航系统中，通常采用基于概率论的位置解算算法。
基于概率论的位置解算算法主要分为两类：静态定位和动态定位。
静态定位指接收设备在静止状态下进行位置解算，适用于定位精度要求高的应用场景，如测绘和精准农业等。
动态定位指接收设备在运动状态下进行位置解算，适用于交通运输、物流、航空等应用场景，动态定位对定位速度和精度要求较高。
在基于概率论的位置解算算法中，最重要的概念是误差椭球。
误差椭球是指在确定接收设备位置时，由于各种误差的影响，导致位置解算结果存在一定的误差，这些误差会构成一个椭球型的空间区域，这个空间区域就称为误差椭球。
误差椭球的大小和形状与卫星位置、观测时间、信号传播状况等因素有关。
在静态定位中，通常采用最小二乘法进行位置解算。
最小二乘法指根据观测值的平均值，以最小化观测值与预测值之间的偏差为目标，通过不断调整预测值来逼近真实值的一种数学方法，最小二乘法可以有效地减小噪声干扰和误差影响。
最小二乘法在进行静态定位时，需要通过接收卫星信号获取卫星位置、时间差等信息，并通过观测值和参考数据计算误差椭球，最后通过最小二乘法计算接收设备的位置。
在动态定位中，由于接收设备的运动速度和方向变化，误差椭球也会不断变化。
因此，采用动态定位算法可以更精确地确定接收设备的实时位置。
动态定位算法需要同时考虑卫星的位置、时间差、信号传播时间、接收设备的运动状态等因素，利用卡尔曼滤波算法对数据进行处理，得到接收设备的实时位置。
卫星导航系统中的位置解算算法研究
卫星导航系统中的位置解算算法研究卫星导航系统是一种基于卫星信号的定位技术，通过卫星信号的接收与处理，能够准确计算出接收设备的位置信息。
在这个过程中，位置解算算法起到了至关重要的作用，它能够将卫星信号转化为精准的位置信息。
位置解算算法的研究旨在提高卫星导航系统的定位精度和鲁棒性，提供可靠的位置信息给用户，满足不同领域的定位需求。
本文将围绕卫星导航系统中的位置解算算法展开讨论，包括最小二乘解算算法、扩展卡尔曼滤波算法和粒子滤波算法等。
最小二乘解算算法是一种常用的位置解算算法，它通过最小化测量残差的平方和，估计出接收设备的位置。
为了实现最小二乘解算算法，需要首先建立数学模型，包括卫星的轨道信息、接收设备的位置和钟差等参数。
然后，利用已知的测量值和数学模型，通过最小化残差来估计位置参数。
最小二乘解算算法具有较高的精度和计算效率，已在实际应用中得到广泛应用。
扩展卡尔曼滤波算法是一种基于状态估计的位置解算算法，它通过动态模型和测量模型，对位置进行连续的预测和观测更新。
在扩展卡尔曼滤波算法中，将卫星导航系统看作是一个状态模型，接收设备的位置作为系统状态，通过不断更新状态估计值，得到精确的位置解算结果。
扩展卡尔曼滤波算法能够有效处理非线性问题，具有较高的鲁棒性和稳定性。
粒子滤波算法是一种基于蒙特卡罗模拟的位置解算算法，它通过一系列粒子的随机采样和重要性权重计算，来估计位置的概率分布。
粒子滤波算法根据粒子的权重来更新位置估计值，能够适应复杂的误差分布和非线性问题。
相比于其他位置解算算法，粒子滤波算法在处理非线性问题和非高斯误差时具有更好的适应性和精度。
除了上述位置解算算法，还有其他一些算法也在卫星导航系统中得到了广泛应用，如差分定位算法、无线电测向算法和多路径干扰消除算法等。
这些算法在不同的应用场景下具有各自的优势和特点，可以根据实际需求选择合适的算法进行位置解算。
在卫星导航系统中，位置解算算法的研究一直是一个不断发展和完善的领域。
哈工大卫星定位导航原理实验报告
卫星定位导航原理实验专业：班级：学号：姓名：日期：实验一实时卫星位置解算及结果分析一、实验原理实时卫星位置解算在整个GPS接收机导航解算过程中占有重要的位置。
卫星位置的解算是接收机导航解算（即解出本地接收机的纬度、经度、高度的三维位置）的基础。
需要同时解算出至少四颗卫星的实时位置，才能最终确定接收机的三维位置。
对某一颗卫星进行实时位置的解算需要已知这颗卫星的星历和GPS时间。
而星历和GPS 时间包含在速率为50比特/秒的导航电文中。
导航电文与测距码（C/A码）共同调制L1载频后，由卫星发出。
本地接收机相关接收到卫星发送的数据后，将导航电文解码得到导航数据。
后续导航解算单元根据导航数据中提供的相应参数进行卫星位置解算、各种实时误差的消除、本地接收机位置解算以及定位精度因子（DOP）的计算等工作。
关于各种实时误差的消除、本地接收机位置解算以及定位精度因子（DOP）的计算将在后续实验中陆续接触，这里不再赘述。
卫星的额定轨道周期是半个恒星日，或者说11小时58分钟2.05秒；各轨道接近于圆形，轨道半径（即从地球质心到卫星的额定距离）大约为26560km。
由此可得卫星的平均角速度ω和平均的切向速度v s为：ω=2π/(11*3600+58*60+2.05)≈0.0001458rad/s (1.1)v s=rs*ω≈26560km*0.0001458≈3874m/s (1.2)因此，卫星是在高速运动中的，根据GPS时间的不同以及卫星星历的不同（每颗卫星的星历两小时更新一次）可以解算出卫星的实时位置。
本实验同时给出了根据当前星历推算出的卫星在11小时58分钟后的预测位置，以此来验证卫星的额定轨道周期。
本实验另一个重要的实验内容是对卫星进行相隔时间为1s的多点测量（本实验给出了三点），根据多个点的测量值，可以估计Doppler频移。
由于卫星与接收机有相对的径向运动，因此会产生Doppler效应，而出现频率偏移。
实时卫星位置解算和多普勒频移计算
实验01 实时卫星位置解算和多普勒频移计算一、目的1．理解实时卫星位置解算在GPS 接收机导航位置解算过程中的作用及完成卫星位置解算所需的条件。
2．了解卫星导航电文的格式、主要内容及各部分作用。
了解星历的内容、周期。
3．了解多普勒频移产生的原因、作用及根据已知条件预测多普勒频移的方法。
二、内容运行NewStar150 程序，获取可视卫星的实时导航数据（包括 GPS 时间、各卫星的星历等），分析星历的构成、周期，根据卫星的星历，推算出该卫星在 11 小时58 分后的ECEF 坐标系下的大致位置，验证卫星的额定轨道周期。
根据实验数据编程求解多普勒频移。
三、知识准备GPS 实时卫星位置解算方法，导航电文的格式和主要内容，星历表的构成。
多普勒频移计算方法。
四、实习过程1．运行NewStar150 程序，如图 1 所示获取当前可视卫星的星历信息，并作记录；2．分析星历的构成和周期；3．如图2 所示，选择GPS 时刻和卫星号，在“卫星位置信息”列表框中会出现所选卫星在所选的GPS 时刻对应的仰角、ECEF 坐标系下的三维坐标、所选时刻加一秒和加两秒后的GPS 时间所对应的ECEF 坐标系下的三维坐标以及接收机在ECEF 坐标系下的初始位置坐标，根据这些数据求解多普勒频移；4．根据卫星在所选GPS 时间发送的星历推算出这颗卫星在 11 小时58 分后的ECEF 坐标系下的大致位置，验证卫星的额定轨道周期；实验02 GPS接收机单点定位实验一、目的1．掌握GPS 接收机单点定位原理；2．理解将接收机和卫星钟差作为一个参量进行定位解算的原因和目的；3．理解钟差对于多普勒频移求解产生的影响；4．能够根据实验数据编写单点定位解算的相关程序。
二、内容运行NewStar150 程序，同时观测4 颗可视卫星的实时导航数据（包括GPS 时间、各卫星的星历等），实时传输误差、伪距等，建立接收机位置解算方程，解出接收机位置和钟差。
卫星导航定位解算与误差处理方法
t0 ti ti t0
f dr f ri r0 dt (ri r0 ) c dt c
由此可见，该积分值ni 就是ti时刻卫星至 接收机的距离ri与t0时刻卫星至接收机的距离 r0 之差中所包含的载波数（包括整数和分数 ）.于是就可以求得ti时刻载波相位测量的量测 值：
载波相位测量原理
前面说过，伪距测量和码相位测量都是以测距 码作为量测信号的。量测的精度大约是一个码元长 度的百分之一。由于测距码的码元长度较长，因而 量测的精度不高。 而载波的波长要短得多， ， L 19cm L 24cm 。因而如果把载波作为量测信号，对载波进行相位 量测，就可以达到很高的精度。目前的大地型接收 机的载波相位测量精度一般为1~2mm，有的接收 机（如Ashtech）声称每毫秒进行一次载波相位测 量，每秒给出的平均值的分辨率已优于0.01mm。
~
~
• 设在某一瞬间卫星发出一个信号，该瞬间卫星 钟的读数为 t a ，但正确的标准时应为 a ；该 信号在正确的标准时 b 到达接收机，但根据 接收机钟读得的时间为 Tb 。伪距测量中所测 得的时延 实际上为 Tb 和 t a 之差，即
1~ Tb t a c
• 设发射时刻卫星钟的改正数为 Vt ，接收时刻 接收机钟的改正数为 VT 。即
1.2 伪距法定位
伪距法定位是导航及低精度测量中所用 的一种定位方法。它具有速度快、无多值性 问题等优点,其精度已满足部分用户的需要。 在进行载波相位测量时，精确的伪距测量资 料也是极有用的辅助资料。 优越性 ① 速度快、无多值性问题，利用增加观测 时间可以提高定位精度 ② 虽然测量定位精度低，但足以满足部分 用户的需要。
卫星导航实验报告
卫星导航实验报告实验报告：卫星导航系统一、实验目的：掌握卫星导航系统的基本原理和实验操作；了解实际卫星定位的应用场景和方法；实践卫星导航系统在车辆导航、航空航天和军事领域的应用。
二、实验设备和器材：卫星导航接收器、计算机、GPS卫星（全球定位系统）。
三、实验原理：卫星导航系统是一种利用卫星进行地面定位和导航的系统，其中最常见和广泛应用的就是全球定位系统（GPS）。
GPS系统由一组分布在地面轨道上的卫星组成，接收器通过接收卫星发出的无线信号，计算机利用接收到的信号进行地面导航和定位。
卫星导航系统的原理分为三个步骤：接收、计算和显示。
接收：接收器接收来自卫星的无线信号，并将信号转换为电信号进行后续处理。
计算：计算机利用收到的卫星信号计算出接收器所处的位置坐标，即导航解算。
这个过程中需要对卫星信号进行解码和时钟同步。
显示：计算机将计算出的导航结果进行处理，通过显示器或其他设备将导航信息传达给用户。
例如，在车辆导航系统中，会通过显示屏显示车辆所处位置、导航路线等信息。
四、实验步骤：1.将卫星导航接收器与计算机连接，并保证连接正常。
2.打开卫星导航接收器，并等待接收到卫星信号。
3.在计算机上安装相应的卫星导航软件，并进行初始化设置。
4.根据实际需求，选择相应的导航模式，例如车辆导航或步行导航。
5.开始导航，并观察导航结果。
五、实验结果和分析：在实验过程中，我们成功地完成了卫星导航系统的操作。
通过接收器接收到的卫星信号，计算机准确地计算出了我们所处的位置，并显示在屏幕上。
通过导航软件，我们可以选择不同的导航模式，并获得相应的导航路线和导航指示。
实验结果表明，卫星导航系统具有较高的精度和可靠性，并可以满足不同领域的导航需求。
六、实验总结：通过本次实验，我们进一步了解了卫星导航系统的原理和应用。
卫星导航系统具有很广泛的应用场景，如车辆导航、航空航天和军事领域。
卫星导航系统在现代化社会中扮演着重要的角色，并为人们提供了方便和安全的导航服务。
卫星导航定位算法与程序的设计——实验报告
2013 级测绘工程专业卫星导航定位算法与程序设计实验报告实验名称：卫星导航基本程序设计班级：学号：姓名：实验时间： 2016年6月28日~2016年6月30中国矿业大学目录实验一时空基准转换 (2)一、实验目的 (2)二、实验容 (2)三、实验过程 (2)四、实验感想 (6)实验二 RINEX文件读写 (7)一、实验目的 (7)二、实验容 (7)三、实验过程 (7)实验三卫星轨道计算 (12)一、实验目的 (12)二、实验容 (12)三、实验过程 (12)四、实验感想 (15)实验一时空基准转换一、实验目的1、加深对时空系统及其之间转换关系的理解2、掌握常用时空基准之间的转换模型与软件实现3、每人独立完成实验规定的容二、实验容本实验容包括：容一：编程实现GPS起点1980年1月6日0时对应的儒略日容二：编程实现2011年11月27日对应的GPS周数与一周的秒数容三：在WGS84椭球的条件下，编程实现当中央子午线为117度时，计算高斯坐标x = 3548910.811290287, y = 179854.6172135982 对应的经纬度坐标？容四：WGS84椭球下，表面x=-2408000; y=4698000;z= 3566000处的地平坐标系坐标为: e=704.8615;n=114.8683;u=751.9771的点对应的直角坐标为多少？三、实验过程1.针对第一、二部分容：1.1解决思路：先建立” TimeStruct.h”的头文件，将格里高利历、GPS 时间结构、儒略日时间结构共结构体的方式放在里面；在建立“TimeTr”的头文件，建立类“CTimeT r”，创建变量“GPS Time”、“Time”、”JulDay”，并且申明函数“TIME2JUL”、“TIME2GTIME”等，用这些函数分别实现所需要的转换。
1.2具体的实现函数：“TIME2JUL”函数：double CTimeTr::TIME2JUL()//TIME Time,JULIANDAY &JulDay{double m,y;double D;//h =Time.byHour+Time.byMinute/60.0+Time.dSecond/3600.00;if(Time.byMonth<=2){y=Time.wYear-1;m=Time.byMonth+12;}else{y=Time.wYear;m=Time.byMonth;}D=floor(365.25*(y+4716))+floor(30.6001*(m+1))+Time.byDay+Time.byHour/24.0-1537 .5;JulDay.lDay = int(D);JulDay.lSecond = D-int(JulDay.lDay);return 0;}“TIME2GTIME”：void CTimeTr::TIME2GTIME(){double JD;long m,y;int WN;double Wsecend;//UT=Time.byHour+Time.byMinute/60.0+Time.dSecond/3600.00;if(Time.byMonth<=2){y=Time.wYear-1;m=Time.byMonth+12;}else{y=Time.wYear;m=Time.byMonth;}JD=int(365.25*y)+int(30.6001*(m+1))+Time.byDay+Time.byHour/24.0+1720981.5;WN = floor((JD-2444244.5)/7.0);GpsTime.lWeek=WN;Wsecend=(JD-2444244.5-7*WN)*604800;GpsTime.lSecond=Wsecend;}1.3实验结果：2 针对第三部分容：2.1解决思路：运用实验指导书中提供的matlab高斯反算的代码，进行解算；将高斯反算的公式直接输成matlab代码，绕后在函数“function [B,L] = gauss_fansuan （x,y,L0）”中，将坐标x = 3548910.811290287，y = 179854.6172135982，L0 = 117，带入函数的坐边，即可得到所需要的经纬度。
哈工大GPS卫星导航实验报告4
实验四接收机位置解算及结果分析（选作）一、实验原理GPS接收机位置的导航解算即解出本地接收机的纬度、经度、高度的三维位置，这是GPS 接收机的核心部分。
GPS接收机位置求解的过程如下：前序实验已经提到，导航电文与测距码（C/A码）共同调制L1载频后，由卫星发出。
卫星上的时钟控制着测距信号广播的定时。
本地接收机也包含有一个时钟，假定它与卫星上的时钟同步，接收机接收到一颗卫星发送的数据后，将导航电文解码得到导航数据。
定时信息就包含在导航数据中，它使接收机能够计算出信号离开卫星的时刻。
同时接收机记下接收到卫星信号的时刻，便可以算出卫星至接收机的传播时间。
将其乘以光速便可求得卫星至接收机的距离R，这样就把接收机定位于以卫星为球心的球面的某一个地方。
如果同时用第二颗卫星进行同样方法的测距，又可将接收机定位于以第二颗卫星为球心的第二个球面上。
因此接收机就处在两个球的相交平面的圆周上。
当然也可能在两球相切的一点上，但这种情况只发生在接收机与两颗卫星处于一条直线时，并不典型。
于是，我们需要同时对第三颗卫星进行测距，这样就可将接收机定位于第三个球面上和上述圆周上。
第三个球面和圆周交于两个点，通过辅助信息可以舍弃其中一点，比如对于地球表面上的用户而言，较低的一点就是真实位置，这样就得到了接收机的正确位置。
在上述求解过程中，我们假定本地接收机与卫星时钟同步，但在实际测量中这种情况是不可能的。
GPS星座内每一颗卫星上的时钟都与一个叫做世界协调时（UTC，即格林尼至时间）的内在系统时间标度同步。
卫星钟差可根据导航电文中给出的有关钟差参数加以修正，其基准频率的频率稳定度为10-13左右。
而本地接收机时钟的频率稳定度只有10-5左右，而且其钟差一般难以预料。
由于卫星时钟和接收机时钟的频率稳定度没有可比性，这样，就会在卫星至接收机的传播时间上增加一个很大的时间误差，严重影响定位精度。
为解决这一问题，我们通常将接收机的钟差也作为一个未知参数，与本地接收机的ECEF坐标（ECEF坐标系的定义在前序实验中已经给出）一起求解。
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实验一 GPS实时卫星位置解算和多普勒频移计算
一、目的
1．理解实时卫星位置解算在GPS接收机导航位置解算过程中的作用及完成卫星位置解算所需的条件。
2．了解卫星导航电文的格式、主要内容及各部分作用。
了解星历的内容、周期。
3．了解多普勒频移产生的原因、作用及根据已知条件预测多普勒频移的方法。
二、内容
运行NewStar150程序，获取可视卫星的实时导航数据（包括GPS时间、各卫星的星历等），分析星历的构成、周期，根据卫星的星历，推算出该卫星在11小时58分后的ECEF坐标系下的大致位置，验证卫星的额定轨道周期。
根据实验数据编程求解多普勒频移。
三、知识准备
GPS实时卫星位置解算方法，导航电文的格式和主要内容，星历表的构成。
多普勒频移计算方法。
四、实习过程
1．运行NewStar150程序，如图1所示获取当前可视卫星的星历信息，并作记录；
2．分析星历的构成和周期；
3．如图2所示，选择GPS时刻和卫星号，在“卫星位置信息”列表框中会出现所选卫星在所选的GPS时刻对应的仰角、ECEF坐标系下的三维坐标、所选时刻加一秒和加两秒后的GPS时间所对应的ECEF坐标系下的三维坐标以及接收机在ECEF坐标系下的初始位置坐标，根据这些数据求解多普勒频移；
4．根据卫星在所选GPS时间发送的星历推算出这颗卫星在11小时58分
后的ECEF坐标系下的大致位置，验证卫星的额定轨道周期；
图1
图2
图3 卫星轨道与地球在ECEF坐标系下的相对位置及各个参量示意图。