卫星导航定位算法与程序设计_单点定位程序流程培训讲学
卫星导航定位算法与程序设计_常用参数和公式讲解
《卫星导航定位算法与程序设计》课程常用参数和常用公式一览编制人：刘晖最后更新：2010年11月26日1、常用参考框架的几何和物理参数1.1 ITRFyy 主要的大地测量常数长半轴a=6.3781366×106m；地球引力常数（含大气层）GM=3.986004418×1014 m3/s2；地球动力因子J2=1.0826359×10-3；地球自转角速度ω=7.292115×10-5 rad/s。
扁率1/f =298.25642；椭球正常重力位U0=6.26368560×107 m2/s2；γ=9.7803278 m/s2；赤道正常重力e光速c=2.99792458×108 m/s。
1.2 GTRF主要的大地测量常数长半轴a=6.37813655×106 m；地球引力常数GM=3.986004415×1014 m3/s2；地球动力因子J2=1.0826267×10-3；扁率1/f =298.25769。
1.3 WGS84（Gwwww）主要的大地测量常数长半轴a=6.3781370×106 m；地球引力常数（含大气层）GM=3.986004418×1014 m3/s2；地球自转角速度ω=7.292115×10-5 rad/s。
扁率1/f =298.257223563；椭球正常重力位U0=62636860.8497 m2/s2；γ=9.7803267714m/s2；赤道正常重力e短半轴b=6356752.3142m；引力位二阶谐系数2,0C=-484.16685×10-6；第一偏心率平方2e=0.00669437999013；e'=0.006739496742227。
第二偏心率平方21.4 PZ90 主要的大地测量常数长半轴a=6.378136×106m；地球引力常数GM=3.9860044×1014 m3/s2；fM=3.5×108 m3/s2；地球大气引力常数a地球自转角速度ω=7.292115×10-5 rad/s。
卫星导航定位算法与程序设计(2014) - 第1课
12
软件开发前的准备工作
• 问题定义
– 必须弄清楚你想要解决的问题是什么 – 本课程的问题定义：实现事后处理的GPS标准单点定 位、测速的软件。
13
准备工作
• 需求分析
– 需求详细描述了一个软件系统需要解决的问题
• 明确的需求可以保证是由用户而不是程序员决定系统的功能。 • 明确的需求也可以避免引起争议。 • IBM、GTE、TRW 的数据表明．修正在总体结构阶段发现的 需求错误，将比当时就发现并 修正的成本要高出 5 倍，如果 是在编码阶段，要高出 10 倍，在单元或系统测试阶段，高 20 倍， 在验收测试阶段，高 50 倍，而在维护阶段，竟要比原来 高出多达 100 倍！ • 充分进行需求分析是一个项目成功的关键
时间与坐标转换算法 卫星位置与速度计算方法 误差改正算法 。。。。。。
掌握C/C++程序设计方法
项目设计方法 数据结构 编码方法 调试方法
3
课程内容①
软件创建方法与基本过程 C/C++程序设计方法：开发工具,编译,调试 C/C++编码标准 基本算法
5
课程安排①
讲 课 内 容 及 时 数 日/月 至 日/月 周 次 学 时 练习内容及时数 习题课 等 课堂 时数 课外 时数 实验（上机）内容及时数 课堂实习（实验、上 机）内容 课堂 时数 （教 材 章 节 、 名 称）
课 外 时 数
17/1021/10 24/1028/10 31/104/11 7/1111/11 14/1118/11 21/1125/11 28/112/12 5/129/12
有关时间的算法 有关坐标的算法 矩阵运算
卫星导航定位算法与程序设计_单点定位程序流程
卫星导航定位算法与程序设计_单点定位程序流程(总5页)本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.MarchGPS 单点定位程序流程一、计算流程1、 读取RINEX N 文件，将所有星历放到一个列表（数组）ephlst 中。
2、 读取RINEX O 文件,读取一个历元观测值epoch3、数据预处理根据epoch 中的卫星号和历元时刻R T 在ephlst 查找相应的卫星星历, 准则3600.0R T TOE -<s 。
4、程序初始化，置测站概略位置为r X ，接收机钟差初值r dt 。
000r r r X X Y X cdt Z cdt ⎡⎤⎢⎥⎡⎤⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎣⎦第一次迭代，取000000X ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 5、 选择epoch 中一颗卫星i S 观测值，设其伪距为i S ρ 6、计算卫星i S 的信号发射的概略时刻i s T 方法如下：a) 卫星i S 的信号传播时间：0/i i i S S S r c dt dt τρ=-+;i S dt 为卫星钟差，需要进行相对论改正；b) 卫星i S 的信号发射时刻：0i i S S R T T τ=-； c) 卫星i S 在i S T 时刻的位置()()i i iiiS iT S S S S S T X T X Y Z =；d) 对卫星位置()i i S S X T 进行地球自转改正，得到()ii S S w X T ； e) 根据()i i S S w X T 和测站概略位置r X 计算卫星和测站的几何距离i S Rf) 根据几何距离i S R 求信号传播时间1/i i S S R c τ=。
g) 如果10710i i S S ττ--< ,则退出迭代。
11i i S S R T T τ=-即为卫星信号发射时刻。
h) 否则01i i S S ττ= ，回带到b)进行迭代。
卫星导航定位算法与程序设计_第16课_单点定位数学模型与程序实现
P2 ( X s2 X )2 (Ys2 Y )2 ( Z s2 Z )2 atmos 2 dt dT 2 P3 ( X s3 X )2 (Ys3 Y )2 ( Z s3 Z )2 atmos3 dt dT 3 P4 ( X s4 X )2 (Ys4 Y )2 ( Z s4 Z )2 atmos 4 dt dT 4
m1 n1 m2 n2 mn nn
1 dT 1 atmos1 P1 R0 1 dX 2 2 dY 2 2 R 1 P dT atmos ；x ；L 0 dZ n n n n 1 dt P dT atmos R0 2 Dx m0 ( AT PA) 1 0
卫星导航定位算法与程序设计
主讲： 刘晖 副教授
武汉大学卫星导航定位技术研究中心
单点定位算法的课程路线
关于单点定位数据 模型回顾
矩阵函数
单点定位总体设计
GNSS中的协议
时间算法 坐标算法
编码实现各个模块
文件I/O 卫星位置计算 各项改正计算
联合调试 提交成果
第十六讲 单点定位数学模型 与程序设计
内容
x ( AT PA) 1 AT PL
VTV n4
(X Y
Z )T ( X 0 Y0 Z0 )T (dX
dY
dZ )T
数学模型——小节
已知： 伪距观测值P，卫星坐标( X S , YS , Z S )，卫星钟差( dT )
待求： 测站坐标( X , Y , Z )，接收机钟差(dt )
数学形式 特点
卫星导航定位算法与程序设计_单点定位程序流程
GPS 单点定位程序流程、计算流程读取RINEX N 文件，将所有星历放到一个列表（数组） ephlst 中。
数据预处理根据epoch 中的卫星号和历元时刻T R 在ephlst 查找相应的卫星星历，1、 2、 读取RINEX 以件,读取一个历元观测值epoch3、 4、 准则T R TOE3600.0s 。
程序初始化，置测站概略位置为X r ,接收机钟差初值dt r 。
X oX 0 X YdtZ 第一次迭代，取X 。
o cdt r 00 05、选择epoch 中一颗卫星S i 观测值，设其伪距为 S6、计算卫星§的信号发射的概略时刻T*方法如下:a ）卫星S i 的信号传播时间：0S Si / c dt r dt Si ;dt Si 为卫星钟差，需要进行相对论改正;b ）卫星S i 的信号发射时刻：T S T RSi；c ）卫星S i在T Si 时刻的位置X ST SiX SY SiZ Sid ）对卫星位置X Si T Si 进行地球自转改正，得到Xje ）根据X W i T Si 和测站概略位置X r 计算卫星和测站的几何距离 R Sf ）根据几何距离R Si 求信号传播时间IS R S /cg ） 如果/ o S 10 7，则退出迭代。
T 1SiT R :即为卫星信号发射时刻h ）否则0siSi，回带到b ）进行迭代。
7、 求卫星§方向余弦V V siVW S77Ss入入 I S 丫丫 sZZ s At o'S —，b iS ，炬’S，b ； 1R iR S R S8、 求卫星S 在观测方程式中的余数项：其中:Si ——卫星S j 的伪距观测值；R Si ——卫星S 到测站的几何距离；c dt S 以米表示的卫星S i 的钟差；d trop ——对流层延迟改正量，单位米，用简化的hopfield 模型计算；diono ——电离层延迟改正量，单位米，采用无电离层伪距组合观测值时，此项为 0;D RTCM ——对伪距的差分改正值，此处为 0；10、 重复第6— 9步，计算每颗卫星的系数和余数项11、 将所有卫星的系数组成误差方程，以x,y,z,cdt r为未知参数进行求解，形式应该是：AX Lb S 0 t 1So 玻。
卫星导航定位算法与程序设计_常用参数和公式讲解
卫星导航定位算法与程序设计_常用参数和公式讲解卫星导航定位算法是通过接收多颗卫星发出的信号来确定接收器的位置的算法。
常用的卫星导航系统有美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯系统和欧洲的伽利略系统等。
下面将讲解卫星导航定位算法中的常用参数和公式。
1.GPS系统参数GPS系统中的常用参数包括信号传播速度、卫星时钟频率、卫星位置、接收机时钟误差等。
信号传播速度是指电磁波在真空中传播的速度，约为3×10^8米/秒。
卫星时钟频率是指卫星发射信号的频率，它与卫星位置和传播速度有关。
卫星位置是指卫星在天空中的位置坐标，它是通过星历数据确定的。
接收机时钟误差是指接收器时钟与它所处的卫星系统时钟之间的差异。
2.GPS接收机参数GPS接收机中的常用参数包括接收机观测量、接收机时钟和接收机位置等。
接收机观测量是指接收机接收到的卫星信号的信息，包括卫星信号的到达时间、信号强度等。
接收机时钟是指接收机内部的时钟，它用于测量到达时间和计算位置信息。
接收机位置是指接收机的地理位置坐标，它是待求解的定位参数，通过卫星信号的到达时间和卫星位置计算得出。
3.定位算法卫星导航定位算法主要包括距离测量和位置计算两个步骤。
距离测量是通过测量接收机与卫星之间的距离，从而确定接收机与卫星的空间几何关系。
常用的距离测量方法有伪距测量和载波相位测量两种。
伪距测量是通过测量卫星信号的传播时间来计算距离，利用的是卫星信号中的导航消息和接收机观测量。
载波相位测量是通过测量卫星信号的相位差来计算距离，具有更高的精度，但需要更复杂的算法和硬件支持。
位置计算是根据距离测量结果和卫星位置信息，利用三角测量原理来计算接收机的位置。
常用的位置计算方法有单点定位和差分定位两种。
单点定位是通过接收机与至少四颗卫星之间的距离测量结果，利用三边测量原理计算接收机的位置。
差分定位是在单点定位的基础上，利用额外的参考站测量数据对接收机的位置进行修正，提高定位精度。
GPS导航定位原理培训讲义
Slide 12
伪距定位观测方程
测码伪距观测方程的常用形式如下：
X s X 2 Ys Y 2 Zs Z 2 1/2 cti
~ j ji I g (t) jiT (t)
式中j为卫星数，j＝1，2，3…。
Slide 2
GPS定位方法分类
按用户接收机作业时所处的状态划分：
（1）静态定位：在定位过程中，接收机位置 静止不动，是固定的。静止状态只是相对的， 在卫星大地测量中的静止状态通常是指待定点 的位置相对其周围点位没有发生变化，或变化 极其缓慢，以致在观测期内可以忽略。
（2）动态定位：在定位过程中，接收机天线 处于运动状态。
j k
t
k
j k
t
k
k
t
k
Slide 17
载波相位测量观测方程
通常的相位测量或 相位差测量只是测 Sj(t0)
出一周以内的相位 0 值，实际测量中，
如果对整周进行计
数，则自某一初始
N0
取样时刻（t0）以 后就可以取得连续
的相位观测值。
k
Sj(ti) i
Int(φ) N0
Slide 18
载波相位测量观测方程
Slide 28
第三部分 GPS导航定位原理
伪距测量 载波相位测量 绝对定位和相对定位 导航原理与方法 GPS测量误差来源
Slide 29
绝对定位方法概述
绝对定位也称单点定位，是指在协议地球坐 标系中，直接确定观测站相对于坐标原点（ 地球质心）绝对坐标的一种方法。 绝对定位的基本原理：以GPS卫星和用户接 收机天线之间的距离（或距离差）观测量为 基础，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定接 收机天线所对应的点位，即观测站的位置。 GPS绝对定位方法的实质是测量学中的空间 距离后方交会。原则上观测站位于以3颗卫 星为球心，相应距离为半径的球与观测站所 在平面交线的交点上。
卫星导航定位算法与程序设计讲义
卫星导航定位算法与程序设计讲义导航定位是指通过卫星导航系统获取位置信息的过程。
在卫星导航系统中，定位算法和程序设计起着至关重要的作用。
本讲义将介绍卫星导航定位算法的基本原理和程序设计的要点。
一、卫星导航定位算法基本原理接收信号：接收器接收到卫星发射的信号，通过测量信号的到达时间来计算接收器与卫星之间的距离。
由于信号传播速度是已知的，所以可以通过测量时间的差异来计算距离。
伪距测量：伪距是指信号从卫星发射到接收器接收到的时间乘以光速。
接收器以测量接收信号的到达时间为基础，通过乘以光速得到信号传播的距离。
位置计算：通过接收到的多颗卫星的伪距测量结果，结合卫星的位置和钟差等信息，使用三角定位或者加权最小二乘法等方法来计算出接收器的位置。
二、卫星导航定位程序设计要点接收信号的处理：接收信号的处理包括信号接收和时间测量两个方面。
在接收信号的过程中，需要考虑信号的衰减和干扰等问题，可以通过信号处理算法来提高信号的质量。
时间测量可以使用硬件设备或者操作系统提供的时间戳功能来实现。
伪距测量的计算：伪距测量的计算需要根据接收到的信号和接收器的时钟同步信息来计算出信号传播的时间，并乘以光速得到伪距。
在计算过程中需要考虑钟差和多径干扰等因素，并使用滤波算法来提高测量的准确性。
位置计算的实现：位置计算的实现可以使用三角定位或者加权最小二乘法等方法。
在使用三角定位时，需要知道至少三颗卫星的位置信息和伪距测量结果。
在使用加权最小二乘法时，可以通过考虑误差权重来提高位置计算的精度。
三、总结卫星导航定位算法和程序设计是卫星导航系统的核心部分。
通过了解卫星导航定位算法的基本原理和程序设计的要点，可以更好地理解和实现卫星导航定位功能。
同时，还可以通过改进算法和程序设计来提高定位的准确性和稳定性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
卫星导航定位算法与程序设计_单点定位程
序流程
GPS 单点定位程序流程
一、计算流程
1、 读取RINEX N 文件，将所有星历放到一个列表（数组）ephlst 中。
2、 读取RINEX O 文件,读取一个历元观测值epoch
3、
数据预处理
根据epoch 中的卫星号和历元时刻R T 在ephlst 查找相应的卫星星历, 准则3600.0R T TOE -<s 。
4、
程序初始化，置测站概略位置为r X ，接收机钟差初值r dt 。
000r r r X X Y X cdt Z cdt ⎡⎤⎢⎥
⎡⎤⎢⎥
==⎢⎥⎢⎥
⎣⎦⎢⎥
⎣⎦第一次迭代，取000000X ⎡⎤
⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 5、 选择epoch 中一颗卫星i S 观测值，设其伪距为i S ρ 6、
计算卫星i S 的信号发射的概略时刻i s T 方法如下：
a) 卫星i S 的信号传播时间：0/i i i S S S r c dt dt τρ=-+;i S dt 为卫星钟差，需要进行
相对论改正；
b) 卫星i S 的信号发射时刻：0i i S S R T T τ=-； c) 卫星i S 在i S T 时刻的位置()()
i i i
i
i
S i
T S S S S S T X T X Y Z =；
d) 对卫星位置()i i S S X T 进行地球自转改正，得到()
i
i S S w X T ； e) 根据()
i i S S w X T 和测站概略位置r X 计算卫星和测站的几何距离i S R
f) 根据几何距离i S R 求信号传播时间1/i i S S R c τ=。
g) 如果10710i i S S ττ--< ,则退出迭代。
11i i S S R T T τ=-即为卫星信号发射时刻。
h) 否则01i i S S ττ= ，回带到b)进行迭代。
7、
求卫星i S 方向余弦
()()()01
2
3
,,,1i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
S S S S S S S S S S X X Y Y Z Z b b
b
b
R
R
R
---====
8、
求卫星i S 在观测方程式中的余数项：
i i i i S S S S trop iono RTCM l R c dt d d D ρ=-+⋅--+
其中：
hopfield 0i
i i S i S i S i trop iono RTCM S R S c dt S d d D ρ⋅——卫星的伪距观测值；
——卫星到测站的几何距离；——以米表示的卫星的钟差；
——对流层延迟改正量，单位米，用简化的模型计算；
——电离层延迟改正量，单位米，采用无电离层伪距组合观测值时，此项为；——对伪距的差分改正值，此处为0；
9、
选择epoch 中下一颗卫星j S 观测值，设其伪距为j S
ρ
10、 重复第6—9步，计算每颗卫星的系数和余数项
11、 将所有卫星的系数组成误差方程，以(),,,r x y z cdt 为未知参数进行求解，
形式应该是：AX L =
[]
()
0001110
1
0120120121110,1,,1i i i i S S S S S S T
S S S S S S b b b b b b A X x
y
z cdt L l l l b b b i svnum ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎡⎤===⎣
⎦
⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦=-
12、 求解法方程()()1ˆT T X
A PA A PL -=，求出定位结果 0000ˆˆˆi r r i X X x
Y Y y X Z Z z cdt cdt cdt ⎡⎤+⎡⎤⎢⎥
⎢⎥+⎢⎥⎢
⎥==⎢⎥⎢⎥+⎢
⎥⎢⎥+⎢⎥⎣⎦⎣⎦
13、 与0X 进行比较，判断位置差值，
a) 如果各分量差值>0.001m ，则令0i X X =，返回第6步继续迭代计算。
b) 若小于则退出迭代。
14、 输出该历元定位结果。
15、 继续下一历元计算，下一历元的坐标初始值= 上一历元的定位结果。
16、 返回2，直到全部历元计算完毕。
二、程序流程图
2.1总体流程图
2.2 卫星信号发射时刻迭代的流程图。