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。
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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。