GPS信号模拟器卫星状态参数的算法研究(精)
卫星信号模拟器测试高动态GPS精度方法研究
6DIGITCWDI G I T C W技术 研究Technology Study2018.041 引言GNSS 系统以其全球性、全天候、高精度、高可靠性等特点广泛应用于军事、经济、科研和社会生活方方面面。
高动态GPS 定位精度的评定方法因真值难以获得，搭载试验成本高昂等因素制约而无法获得，是急需解决的难点问题，卫星信号模拟器是一种卫星导航测试领域公认的GNSS 性能测试和精度鉴定工具，具备GNSS 定位终端精度评定能力，通过构建测试场景，对被试设备进行精度评定，评定结果并与外场试验结果对比验证，验证卫星信号模拟器方法的科学性和有效性，为高动态GPS 定位精度评定提供一种新的方法。
2 火箭撬搭载试验火箭撬试验是将被试设备安装在火箭滑车撬体上，通过火箭发动机对火箭滑车撬体进行推进，模拟载体实际运行时大过载力学环境下的工作特性，考核撬体上被试设备功能。
[5]火箭撬搭载试验的试验场地隶属某航空救生装备有限公司。
火箭撬滑轨全长6.1千米，直线精度0.2毫米以内，最大承重4吨，最大速度为2.8马赫。
试验测试的高动态GPS 接收机由高动态OEM 板卡（单频L1；最大加速度30g ；最大速度不受限制；数据更新率20Hz ）、MP1270单频航空型GPS 天线，2G 容量数据记录器及12V/4Ah 锂电池组成。
搭载试验共进行两次（第一次2015年7月31日上午10时进行；第二次2015年8月1日上午9时45分进行）。
被试GPS 天线相位中心相对于火箭滑车霍尔器件的位置经测量为长2.4米，宽0.14米，高1.95米。
数据处理时通过坐标转换将天线相位中心点与真值点进行归化解算。
基准点位置坐标为（WGS-84坐标系）：LAT ：32°24′03.3136″N ；LON ：112°08′10.6731″E ；H ：117.716m 。
经过对被试GPS 接收机测量数据与真值数据卫星信号模拟器测试高动态GPS精度方法研究孟 巍（中国人民解放军92941部队43分队，葫芦岛 125001）摘要：GPS接收机高动态下的定位精度评定方法因真值难以获得，搭载试验成本高昂等因素制约而无法广泛应用。
GPS参数的计算与设置
野外地质工作中GPS参数的计算和设置司荣军河南理工大学资源环境学院，焦作市，454000摘要：GPS以全天候、高精度、成本低、操作简单、高效益等显著特点，广泛地应用于野外地质工作中，给定位提供了极大的方便，可是有的地质工作者面对诸多的参数计算和设置感到束手无策。
其实把WGS-84坐标转换到北京54坐标或西安80坐标，虽然需要设置9个转换参数，但其中5个是常数，只有另外4个参数，即L0、DX、DY、DZ随工作区的变化需要不断调整而已。
L0可以通过投影带编号或纬度直接计算，DX、DY、DZ有4种获取方法，简单易学实用。
关键词：GPS，参数设置，中央经线，6°带，3°带GPS以全天候、高精度、成本低、操作简单、高效益等显著特点，广泛地应用于野外地质工作中，给地质点定位提供了极大的方便，大大地提高工作效率。
但是GPS所使用的坐标系是WGS-84坐标系，即1984年世界大地坐标系，而我们使用的地图资源大部分都属于1954年北京坐标系（简称BJ54坐标）或1980年西安坐标系，即1980年国家大地坐标系（简称GD80坐标）。
把WGS-84坐标转换到BJ54坐标或GD80坐标，必须求出当地两个坐标系（WGS-84和BJ54坐标或GD80坐标）之间的9个转换参数。
经过坐标转换后的GPS绝对定位精度才能由80-120m提高到5-10m。
因为全国各地转换参数并不一致，野外工作中每到一个新的工区（数十至上百公里以外）一般要重新计算和设置参数。
关于三参数的计算有很多文献，但文献中介绍的方法多是针对测量专业技术人员的，十分复杂，作为一般地质技术人员，难以掌握[1，2]，有的介绍的过于简单且不全面[3]，加之需要设置的参数较多，有的地质专业技术人员干脆只转换坐标系而不设置转换参数，或者只设置其中的部分参数，造成定位误差偏大。
其实把WGS-84坐标转换到北京54坐标或西安80坐标，虽然需要设置9个转换参数，但其中5个是常数，只是另外4个参数，即L0、DX、DY、DZ随工作区的变化需要不断调整而已。
GPS卫星导航信号模拟器主要误差参数建模与仿真研究
GPS卫星导航信号模拟器主要误差参数建模与仿真研究GPS卫星导航信号模拟器是导航测试与仿真平台的关键设备之一，可在室内环境下为导航接收机的研制与测试以及半实物仿真系统提供高精度导航信号。
GPS卫星导航信号模拟器作为接收产品测试和仿真平台的核心仪器，要能够模拟导航信号在传播过程中的多种误差源对导航信号的影响。
文章介绍了信号生成模型、主要误差模型，并给出了仿真验证结果。
标签：卫星导航；误差模型；仿真引言近年来，卫星导航技术迅猛发展，全球卫星导航系统已经成为了重要的空间信息基础设施，其应用范围逐渐扩大到航空、航天、陆地、海洋等军事和民用领域，是关系到国家的发展和安全的战略产业。
而GPS卫星导航信号模拟器作为接收产品测试和仿真平台的核心仪器也一直受到军事和有关部门的关注。
由于GPS接收机在当前时刻接收到的卫星信号是经过空间传播延之后的信号，同时，空间传播延时由于卫星与接收机之间的距离、电波折射影响等密切相关。
因此，针对卫星导航信号模型和主要误差模型进行研究就必不可少。
文章针对卫星导航信号的主要误差模型记性研究，并完成了误差修正的仿真实验。
1 GPS卫星导航模拟器信号生成模型2.3 电离层误差模型电离层中充满电离子和电子，当卫星信号穿过电离层时，信号的传播速度和传播方向会发生改变。
信号的电离层延迟主要取决于电离层中的电子的浓度，即单位体积内所含自由电子的个数，这里采用Klobuchar模型来模拟电离层误差，通过星历中？琢i、？茁i（i=0，1，2，3）参数得到电离层延迟误差，其修正精度可达到60%左右。
2.4对流层误差模型对流层对信号的延时与电离层不同，其折射率与电磁波的频率无关，故GPS 信号穿过对流层的相速和群速是相等的。
因为对流层的延时与气象数据有关，没有统一精准的数学模型，文章采用Hopfield经验模型。
3 算法验证文章采用MATLAB软件进行主要误差模型仿真验证，卫星数据基于GPS卫星的Rinex导航电文文件，文件包含GPS卫星在2010年10月7日全天的导航数据。
GPS信号仿真器校准方法
校准 规范 。我们在 参 照这些相关 校准规 范及 生产 其 电平会被放大 ，增加 １ Ｂ ０ 。既然 内部噪声主要 ｄ 厂家 的校准手册 的基 础上 ，摸索 行之有效 的校 准 由中放 的第 一级产 生 ，因而输 人衰减器 不影 响内
方 法 ，对 信 号仿 真 器 的主要 项 目：频 率 、电平 、 部 噪声 电平 ，但 输入衰 减器影 响混频器 的信号 电 调制 等参数进行校准 。 平 ，并降低了信 噪 比。
对 于 Ｇ Ｓ仿 真器通 常选 取 １５ ５４ Ｐ ７ ．２ＭＨｚ 和 １２． ｚ ７０ ２ ６ ＭＨ 两个 常用 的频率校准点 。
个 别仪器 仍 旧会 碰到信 号抖动 的情况 ，可 以 使用求平均值的功能来读得相对稳定的信号 。
２ ． 电平准确度校准 ２
通 过 以 上 方 法 ，可 以准 确 、 快 速 地 在 指 定 频 与测 试 合 成 频 率 类 似 ，为 了模 拟 地 面 收 到 率点上测得电平值 。 的 Ｇ Ｓ 信号 ，Ｇ Ｓ 真器 的最 大输 出电平一般 ２３ 数字调制参数校准 Ｐ 小 Ｐ 仿 －
工 业 出版 社 ，２ ０ ． ０ ６
常 ；反 之 ，Ｅ Ｍ 正 常 ，Ｒ ｏ 多 正 常。 因此 ，对 Ｖ ｈ大 ＱＳ Ｐ Ｋ调制而 言 ，Ｒ ｏ只是 反映调制 质量 的一个 侧 ｈ 面 ，仅 以 Ｒ ｏ 判 断 调制 是 否 正 常 是不 全 面 的。 ｈ来
［ 吴幼璋 ，赵海 宁 ，于汇东 ，等． ２ ］ 数字调制质量参数 的校准 和量值
溯源 北京： 计量学报 ，２ ｏ ，２ ３ ０ ５ ６（ ）：２ １２ ４ ７— ７．
如果 Ｒ ｏ ｈ 不与 Ｅ Ｍ及 星座 图相结合 ，往往 不能 比 Ｖ 较客 观地 、完 整地反 映 总 的调制 质 量 。在 Ｃ ＭＡ Ｄ 网络 的测量 中 ，普遍存在 Ｒ ｏ ｈ 合格而 Ｅ Ｍ不合格 Ｖ
GPS信号仿真器方案设计与实现
（） ＝ 巧 ｃｌ ｔ ） ￡ Ｊ （ 一０ ，
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同步高效数据 传输 和处理。
同时 ＡＲ 程序采用模 块化 设计 ， 始设 置模块 载入 用 Ｍ 初
｛（ ￡ ）＝勺 ＋ ｃ（ ， ２，卜 ） Ｊ（一 １ ｊ ２ ＋ ｃ ） ， ３
第ｉ ＧＳ 颗 Ｐ 卫星发射 的民用 ｕ 信号可表示为… ：
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收稿 日期：０ １ ０ — ３ 修 回日期 ： １ — ４ ３ ２１ — ２ ２ ２ １ ０ —１ ０
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式 中： Ｌ一第 ｉ ｓ“ 颗卫 星发射 信号 ； 一 ｃ ，码 的传播 能量 ； Ｐ ／ ４
中 图分 类 号 ：Ｐ ３ Ｔ３７ 文 献 标 识 码 ： Ｂ
Ｄｅ ｉｎ ａ ｄ Ｉ ｐ ｅ ｎ ａ ｉｎ ｏ ｓｇ ｎ ｍ ｌｍｅ ｔ ｔ ｆＧＰＳ Ｓ ｇ ａ ｉ ｌｔ ｒ Ｂａ ｅ ｎ ＡＲＭ ｏ ｉｎ ｌＳ ｍｕ ａ ｏ ｓ ｄ ｏ
ＸＩ ｉ ＨＯＵ Ｂ Ｓ ｎ Ｙ ｈ —ｃ ｅ ｇ Ｅ Ｊｅ ， ｏ ， ＨＩＹａ ｇ ， ＡＯ Ｚ ｉ ｈ ｎ
表示 ：
ｒ
Ａ Ｍ作 系统上位机 ， Ｒ 需完成 系统初始 化 ， 用户初 始状态
及运动轨迹设置 、 初始 导航 电文 生成 、 真过程 中与 下位机 仿 实时通信与数据处理 、 所仿真卫星状态 和用户状 态显示实 时
推进等功 能。
Ａ Ｍ选 择 嵌 入 式 Ｗｉ ｏ ｓＣ 系统 ， 序 利 用 Ｖｓａ Ｒ ｎ ｗ Ｅ ｄ 程 ｉ ｌ ｕ Ｓｕ ｉ ２０ ｔｄｏ ０ ８开发 ， 采用多线程技术 ， 据读取 、 数 处理 和显示 及
GPS信号的测距仿真分析(学习笔记)
GPS 信号体制和精度仿真分析本文主要对GPS 信号的体制进行了一些详细的分析，针对C/A 的产生和GPS 扩频通信系统进行了简单的仿真。
在此基础上又对GPS 的测距精度存在的主要问题进行了一些简单的讨论。
1. GPS 信号体制我们知道从卫星到地面接收机这中间的信号干扰太多，距离也很长，所以如何设置一种GPS 的信号体制成了至关重要的问题。
通常而言，GPS 信号主要由载波、伪随机噪声码、和导航电文组成[1]。
载波有两个频段，L1=1575.42MHz 为民用频段，L2=1227.60MHz 为军用频段。
相应地，伪随机噪声码也有两种，分别用于民用和军用：C/A 码（Coarse/Acquisition Code ）和P(Y)码（Precise Code ）。
C/A 码是用于进行粗略测距和捕获P 码的粗码，也称捕获码。
周期Tc 为1毫秒，一个周期含有码片即码长等于1023，每个码片持续的时间即码片周期Tb=1ms/1023=0.977517微秒，相应的码元宽度为293.25米。
C/A 码是一种公开的明码，可供全球用户免费使用。
但C/A 码一般只调制在L1载波上，所以无法精确地消除电离层延迟。
测距精度一般为±（2~3）米。
P(Y)码是精确测定从GPS 卫星到用户接收机距离的测距码，也称精码。
实际周期为一周，码长约为10e4，码元周期0.097752微秒，相应码元宽度为29.3米。
P 码同时调制到L1载波和L2载波上，测距精度约为0.3米。
导航电文中包含了反应卫星在空间位置、卫星钟的修正参数、电离层延迟改正数等GPS 定位所必要的信息，因此导航电文也称数据码（Data Message ，D 码），其传输速率为50bit/s 。
由于P(Y)码军用周期太长，不便于接收，所以我们本文讨论的基本上都是C/A 码。
又以上信息可看出，C/A 码码率是导航电文的20460倍，但由于C/A 码长为1023，所以每发一比特导航电文，就要发送20次C/A 码，因为它们的时间是同步的。
GPS卫星位置计算方法研究
GPS卫星位置计算方法研究摘要：利用GPS计算卫星位置有两种方法：其一是从接收机中获得卫星的广播星历，从广播星历中提取出有效信息，然后进行卫星位置的计算；其二是从相应的网站中下载得到卫星的精密星历文件，然后利用拉格朗日插值公式计算卫星位置。
由于上述两种计算卫星位置的方法都存在着一定的缺点，因此本文详细介绍了切比雪夫多项式标准化卫星轨道的方法。
本论文对上述两种计算卫星位置的方法进行了详细探讨，并对切比雪夫多项式标准化卫星轨道的方法进行了详细的阐述。
并且通过实验，对上述的方法进行了检验，证明上述方法计算卫星位置的可行性。
关键词：GPS；广播星历；精密星历；拉格朗日插值公式；切比雪夫多项式；卫星位置RESEARCH ON THE CALCULATION OF GPS SATELLITE POSITIONAbstract: GPS satellite position is calculated in two ways：first, effective information was extracted form the broadcast ephemeris which is received form the receiver, and then calculating the satellite position, second, precise ephemeris are downloaded from the relevant web site, and then calculating the satellite position with Lagrange’s interpolation. Due to the above two methods of calculating the sat ellite position exist obvious disadvantages，a detailed presentation about standarding the satellite orbit with Chebyshev polynomial was made in this paper. A detailed discussion about the two methods of calculating the satellite position was made in this paper, and a detailed presentation about standarding the satellite orbit with Chebyshev polynomial was made in this paper. The above methods are validated through the experiment, and the methods above are confirmed feasible in this paper.Key word: GPS; Broadcast ephemeris; Precise ephemeris; Lagra nge’s interpolation; Chebyshev polynomial; Satellite position前言GPS技术中的一个重要内容就是精确确定GPS卫星轨道。
GPS定位算法范文
GPS定位算法范文GPS定位算法是指通过全球定位系统（GPS）接收器获取卫星信号，并通过算法计算出接收器的准确位置信息的过程。
GPS定位算法是GPS技术的核心部分，它结合了多种算法和数据处理技术来实现精确的定位结果。
以下将详细介绍GPS定位算法的原理和常用的定位方法。
GPS多边定位法：多边定位法是GPS定位算法中最常用的方法之一、它基于三角形的几何关系，通过计算接收器到多个卫星的距离差异，来确定接收器的位置。
具体步骤如下：1.接收卫星信号：GPS接收器接收来自多颗卫星的信号。
2.计算卫星和接收器的距离：通过卫星信号的传输时间和光速的近似值，计算出接收器到每颗卫星的距离。
3.构建测量方程：利用接收器到卫星的距离和卫星的位置信息，构建一个多元方程组。
4.求解方程组：通过数值计算方法，求解多元方程组，得到接收器的坐标。
加权平均法：加权平均法是一种改进的多边定位法，它考虑到了卫星的精度和信号强度对定位结果的影响。
具体步骤如下：1.接收卫星信号：GPS接收器接收来自多颗卫星的信号。
2.计算卫星和接收器的距离：通过卫星信号的传输时间和光速的近似值，计算出接收器到每颗卫星的距离。
3.选择可用的卫星：根据卫星信号的强度和预先定义的阈值，选择可用于定位的卫星。
4.加权计算：根据卫星信号的精度和信号强度，对接收器到每颗卫星的距离进行加权计算。
5.构建加权测量方程：利用加权后的距离和卫星的位置信息，构建一个加权多元方程组。
6.求解方程组：通过数值计算方法，求解加权多元方程组，得到接收器的坐标。
信号处理和误差校正：在实际应用中，GPS定位算法还需要进行信号处理和误差校正。
信号处理主要包括卫星信号的解调、解码和误差校正，以提高接收器对信号的处理能力和定位精度。
误差校正主要包括对大气延迟、钟差等误差进行校正，以提高定位结果的准确性。
总结：GPS定位算法是通过计算接收器到多颗卫星的距离，实现接收器位置定位的算法。
多边定位法和加权平均法是常用的GPS定位算法，它们基于三角形的几何关系，通过计算距离差异来确定接收器的位置。
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GPS信号模拟器卫星状态参数的算法研
究
GPS信号模拟器卫星状态参数的算法研究
类别：通信网络
1 轨道参数的计算模拟器的一项关键任务就是要连续生成导航电文，包括星历、历书和UTC数据。
其中，通过GPS接收机接收或从GPS的官方网站上下载得到的历书和UTC参数满足模拟器的设计要求，但接收或下载得到的星历数据则需经过外推。
本节即利用摄动力方程以及拉格朗日行星运行方程推导计算了星历数据中的6个轨道参数(a，e，i，Ω，ω，M)，并对其进行仿真验证。
1.1 轨道参数的计算将V在轨道参数上展开，根据拉格朗日行星运行方程对其求导，最终可得时刻历元t对应的6个轨道参数：式中：X(t0)为初始历元t0对应的X值，其中X∈(a，e，i，Ω，ω，M)；X(t)为仿真历元t对应的X值；a为椭圆轨道长半轴；e为椭圆轨道偏心率；i为轨道面倾角；Ω为升交点赤径；ω为近地点角距；M为平近点角；p=a(1-e2) 为带，J2扰动项的轨道平均角速度最终，历元时刻t对应的所有星历数据均可通过上述6个轨道参数计算得到。
1.
2 仿真验证图1为从IGS网站下载得到的2005-4-20，0：0：0.00历元时刻的RINEX格式的星历文件，设定用户接收机位置(经度、纬度、高程)为(113°19′00″E、39°00′08″N、100 m)，各轨道面相对赤道平面约为55°倾角。
通过推导计算图3中所有参数，可以得到不同轨道面的GPS星座分布图、卫星地迹随时间的变化规律和GDOP值，上述3组仿真结果证明外推得到的卫星轨道参数符合模拟器的性能要求。
1.
3 GPS星座分布图图2为历元时刻2005-4-20，0：00：0.00的轨道参数对应的GPS卫星星座分布图。
该图表明，6个轨道面以60°间隔均匀分布，每个轨道平面上以90°间隔均匀分布4颗工作卫星。
从而外推得到的卫星星座分布符合真实GPS卫星星座分布。
图3为外推得到的1号卫星的仰角(实线)和方位角(虚线)在2
4 h内随时间的变化规律。
由图可知，1号卫星的运行周期为11 h58″，地面观察者可以在第二天提前4′在地球上同一地点看到同样一颗卫星。
这里仅图示了一颗工作卫星仰角和方位角的变化规律，其他工作卫星的仰角和方位角也符合同样的变化规律。
如图所示，外推确定的卫星的仰角和方位角随时间的变化规律与真实GPS卫星变化规律相符。
图4为外推得到的星座分布的GDOP值。
在该仿真过程中，每隔1 800 s计算一组轨道参数，所得GDOP值在1.5和5之间。
因此，外推得到的轨道参数对GPS接收机可用。
综上，外推得到的6个轨道参数确定的卫星星座分布及变化规律符合真实GPS卫星运行规律，其计算方法满足GPS信号模拟器的设计及性能要求。
2 结论通过对作用在GPS卫星上的地球中心引力以及主要摄动力进行分析，本文给出了GPS卫星6个轨道参数的外推计算方法。
最后通过仿真计算，说明了计算得到的卫星轨道参数满足模拟器的设计及性能要求。