最新卫星运动及定位matlab仿真设计

卫星运动及定位m a t l a b仿真设计

毕业设计论文

GPS卫星运动及定位matlab仿真

摘要

全球定位系统是具有全球性、全能性、全天候优势的导航定位、定时和测速系统，现在在全球很多领域获得了应用。

GPS卫星的定位是一个比较复杂的系统，其包含参数众多，如时间系统、空间坐标系统等。此次设计是针对卫星运动定位的matlab仿真实现，因要求不高，所以对卫星运动做了理想化处理，摄动力对卫星的影响忽略不计（所以为无摄运动），采用开普勒定律及最小二乘法计算其轨道参数，对其运动规律进行简略分析，并使用matlab编程仿真实现了卫星的运功轨道平面、运动动态、可见卫星的分布及利用可见卫星计算出用户位置。

通过此次设计，对于GPS卫星有了初步的认识，对于静态单点定位、伪距等相关概念有一定了解。

关键字：GPS卫星无摄运动伪距 matlab仿真

The movement and location of GPS satellite on

MATLAB

Abstract：Global positioning system is a global, versatility, all-weather advantage of navigation and positioning, timing and speed system, now there has many application in many fields.

GPS satellite positioning is a complex system, which includes many parameters, such as time and space coordinates system. This design is based on the matlab simulation of satellite motion and location, because demand is not high, so to do the idealized satellite movement, and ignore the disturbed motion ( so call it non-disturbed motion ).Using the

Kepler and least-square method for calculating the parameters of orbital motion, for the characteristics of motion to make a simple analysis, and use the matlab simulation to program achieve the orbital plane of satellite, the dynamic motion, the distribution of visible satellites and using visible satellites to calculate the users’home.

Through the design have primary understanding for the GPS satellite, and understanding the static single-point, pseudorange and so on.

Key words：GPS satellite non-disturbed motion pseudorange matlab simulation

目录

第一章前言 (1)

1.1课题背景 (1)

1.2本课题研究的意义和方法 (2)

1.3GPS前景 (2)

第二章 GPS测量原理 (4)

2.1伪距测量的原理 (4)

2.1.1计算卫星位置 (5)

2.1.2用户位置的计算 (5)

2.1.3最小二乘法介绍 (5)

2.2载波相位测量原理 (6)

第三章 GPS的坐标、时间系统 (10)

3.1坐标系统 (10)

3.1.1天球坐标系 (10)

3.1.2地球坐标系 (12)

3.2时间系统 (13)

3.2.1世界时系统 (14)

3.2.2原子时系统 (15)

3.2.3动力学时系统 (16)

3.2.4协调世界时 (16)

3.2.5 GPS时间系统 (16)

第四章卫星运动基本定律及其求解 (18)

4.1开普勒第一定律 (18)

4.2开普勒第二定律 (19)

4.3开普勒第三定律 (20)

4.4卫星的无摄运动参数 (20)

4.5真近点角的概念及其求解 (21)

4.6卫星瞬时位置的求解 (22)

第五章 GPS的MATLAB仿真 (25)

5.1卫星可见性的估算 (25)

5.2GPS卫星运动的MATLAB仿真 (26)

结论 (38)

致谢 (40)

参考文献 (41)

附录 (42)

第一章前言

1.1 课题背景

GPS系统的前身为美军研制的一种子午仪卫星定位系统(Transit），1958年研制，64年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS系统的研制埋下了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统[13]。

1973年12月 ,美国国防部批准它的陆海空三军联合研制新的卫星导航系统: NAVSTAR/GPS。它是英文“Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioni ng System” 的缩写词。其意为“卫星测时测距导航/全球定位系统”,简称GPS。这个系统向有适当接受设备的全球范围用户提供精确、连续的三维位置和速度信息 ,并且还广播一种形式的世界协调时(U TC) 。通过遍布全球的

（21+3）GPS导航卫星，向全球范围内的用户全天候提供高精度的导航、跟踪定位和授时服务。目前，GPS已在地形测量，交通管理，导航，野外勘探，空间宇宙学等诸多领域得到了广泛的应用[11]。

目前全球共有4大GPS系统，分别是：

美国 GPS ，由美国国防部于 20 世纪 70 年代初开始设计、研制，于1993 年全部建成。1994 年，美国宣布在 10 年内向全世界免费提供 GPS使用权，但美国只向外国提供低精度的卫星信号。

欧盟“伽利略”，1999 年欧洲提出计划 ,准备发射 30 颗卫星，组成“伽利略” 卫星定位系统。

俄罗斯“格洛纳斯”，尚未部署完毕。始于上世纪 70年代，需要至少 18 颗卫星才能确保覆盖俄罗斯全境;如要提供全球定位服务，则需要 24 颗卫星。

中国“北斗”2003 年我国北斗一号建成并开通运行，不同于 GPS，“北斗” 的指挥机和终端之间可以双向交流。四川大地震发生后 ,北京武警指挥中心和四