GPS广播星历计算卫星位置和速度

“GPS广播星历计算卫星位置和速度”

及“GPS伪距定位”计算试验

1．试验内容及上交成果

1.1试验内容

应用C语言按预定格式（函数、输入输出变量之名称、类型）编写“GPS广播星历计算卫星位置和速度”函数SatPos_Vel()、“GPS伪距定位”函数Positioning()。将此两个函数组成文件F2.cpp，并包含于文件GPS_Positioning.cpp中。编译、连接并运行文件GPS_Positioning.cpp，逐一时刻读取广播星历（Ephemeris.dat）、观测时间及伪距、卫星号（Observation.dat）信息，计算WGS84坐标系中观测时刻相应的卫星位置、速度以及载体位置，结果保存于文件Position.dat中。

1.2上交成果

磁盘文件F2.cpp、Position.dat，并存于“学号作者中文姓名”目录中。

2．函数说明

2.1星历文件读取函数

void EFileReading(Efile)

功能：读取星历文件，给星历数据结构体Ephemeris赋值。

输入变量：EFile字符串，文件名。

2.2观测数据读取函数

int ObsReading(fp_Obs,Time,Rho,Mark)

功能：从文件Observation.dat中读取某一时刻的伪距、卫星号。读取成功函数值返回“1”，失败返回“－1”（读错，或至文件尾）。

输入变量：fp_Obs文件指针；

输出变量：Time double，时间（秒）；

Rho double[12]，伪距（米）；

Mark int[12]，卫星号，“－1”表示此通道无卫星、无伪距。

2.3最小二乘估计函数

int LeastSquareEstimation(Y,A,P,m,n,X)

功能：最小二乘方法求解观测方程Y=AX+ε，其中观测值方差阵的逆阵为P（也称为权阵），得未知参数X。成功返回“1”，失败返回“－1”（亏秩）。

输入变量：Y double[m]，观测方程自由项（米）；

A double[m×n]，系数阵（无量纲），按第1行第1、2……n元素，

第2行……顺序存放；

P double[m]，权矩阵对角线元素，0或1（无量纲）；

m int，观测值个数；

n int，未知参数个数；

输出变量：X double[n]，未知参数（米）。

原理：X=(A T PA)-1A T PY

例：Y＝[1,2,3,6],A=[1,0,0,0,1,0,0,0,1,1,1,1],P=[1,1,1,1],m=4,n=3。

调用LeastSquareEstimation(Y,A,P,m,n,X)，求得X=[1,2,3]。

2.4计算卫星位置、速度函数

int SatPos_Vel(Num,Time,SatPos,SatVel)

功能：计算WGS84坐标系中卫星位置、速度。成功返回“1”，失败返回“－1”（无星历）。

输入变量：Num int，卫星号；

Time double，时间（秒）。

（隐含引用全局变量Ephemeris[32]，星历数据结构体）输出变量：SatPos double[3]，位置（米，WGS84）；

SatVel double[3]，速度（米/秒，WGS84）。

2.5伪距测量定位

int Positioning(Time,Rho,Mark,Pos,dt)

功能：由单一时刻伪距计算载体位置，并保存接收机钟面时、卫星位置、速度及载体位置于定位结果文件Position.dat中。成功返回“1”，失败返回“－1”（观测

值数量不够，亏秩）。

输入变量：Time double，伪距观测时刻接收机钟面时（秒）；

Rho double[12]，伪距（米）；

Mark int[12]，卫星号，“－1”表示此通道无信号；

输出变量：Pos double[3]，载体位置（米，WGS84）；

dt double，钟差（秒）。

3．全局变量说明

LightVelocity字符常量，光速（米/秒），299792458；

PI字符常量，圆周率，3.141592653589793;

MU字符常量，地球引力常数（米3秒－2），3.986005e14；

OMEGAE字符常量，地球自转角速度（弧度·秒－1），7.292115e-5；

fp_Obs文件指针，观测数据文件；

fp_Pos文件指针，位置结果文件。

Structure Eph_Str

{

Mark整型，标识，“1”有，“－1”无

wn整型，星期数

toc卫星钟差改正参考时刻（秒）

af2卫星钟差改正系数（秒/秒2）

af1（秒/秒）

af0（秒）

aode数据龄期

deltan平均角速度改正（半周/秒）

m0参考时刻平近点角（半周）

e偏心率；

roota a1/2（米1/2）

toe星历参考时刻（秒）

cic（弧度）

crc（米）

cis（弧度）

crs（米）

cuc（弧度）

cus（弧度）

omega0准升交点赤经（半周）

omega近地点角距（半周）

i0轨道倾角（半周）

omegadot升交点赤经变化率（半周/秒）

idot轨道倾角变化率（半周/秒）

}Ephemeris[32]星历数据结构体。

注：数据类型除注明整型外，其余为双精度型。

4．文件说明

4.1观测数据文件Observation.dat

Time,n伪距观测时间，卫星颗数

Rho_1,n_1伪距（米），卫星号

……

Rho_n,n_n伪距（米），卫星号

Time,n伪距观测时间，卫星颗数

……

4.2卫星星历数据文件Ephemeris.dat

svprn整数，卫星号

wn整数，星期数

……

idot轨道倾角变化率（半周/秒）

（详细说明请参见数据结构体Structure Eph_Str Ephemeris[32]）svprn整数，卫星号

……