卫星导航定位程序设计
《卫星导航定位教案》教案-教案
参考资料
《GPS测量原理及应用》第三版，徐绍铨、张华海编，武汉大学出版社，2008
《GPS测量原理及应用》，郑加柱，王永弟，石杏喜，孙小荣等编著，科学出版社，2014
教学后记
系统误差是GPS定位误差的主要部分。
上课日期
2014年9月16日
第5讲
章节
第4章GPS定位中的误差源
2.周跳的探测
3.整周模糊度的确定
4.本讲小结
时间分配
10分钟
35分钟
50分钟
5分钟
主要教学方法与
手段
多媒体+板书+提问
课后作业
1.周跳的探测的常见方法有哪几种？。
2.整周模糊度确定的常见方法有哪几种？
3.确认整周模糊度正确的主要指标有哪几个？
参考资料
《GPS测量原理及应用》第三版，徐绍铨、张华海编，武汉大学出版社，2008
2.写出宽巷、窄巷和无电离层影响的线性组合观测值。
参考资料
《GPS测量原理及应用》第三版，徐绍铨、张华海编，武汉大学出版社，2008
《GPS测量原理及应用》，郑加柱，王永弟，石杏喜，孙小荣等编著，科学出版社，2014
教学后记
线性组合观测值是消除或减弱了某些公共影响或误差的观测值。
上课日期
2014年9月30日
难点及处理方法
同类型不同频率观测测的组合板书推导加深理解
授课方式
讲授
教学内容
1.上讲内容复习
2.单差、双差、三差观测值
3.其他一些常用的线性组合观测值
4.本讲小结
时间分配
15分钟
50分钟
30分钟
5分钟
卫星导航定位算法与程序设计_第4课_伪距单点定位数学模型
5% 50% 95% 分布
5cm 10cm 20cm 50cm 1m 2m 5m 10m 20m 50m 100m
引用
定位精度与用户需求的关系
精密 工程 监控
地壳 形变 工程 监控
精密 大地 定位
工程与大 地定位
地理 信息 更新
地理 信息 更新
精密 交通 监控
交通 近海 自引导 监控 交通 导航
控制
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
课程讲授次序中的位置
软件设计相关 编程语言相关 定位算法相关
•建立起软件设计的宏观概念（战略层次）; •巩固软件设计方法的知识; •训练从设计到实现的工作流程;
•掌握软件编程平台的使用（战术层次）; •培养良好的编程习惯 •编程技巧的训练
GDOP – Geometry Dilution of Precision
PDOP – Position Dilution of Precision
TDOP – Time Dilution of Precision
HDOP – Horizontal Dilution of Precision
内容
GNSS定位技术回顾
定位技术的分类及发展 定位技术及其精度 定位精度与用户需求的关系 当前技术热点
伪距单点定位数学模型 伪距差分定位数学模型
概述
GNSS可提供全天候、高精度、高可用性、 高时效的三维空间定位
GNSS：3G+1C
3G：GPS、GLONASS、Galileo 1C：COMPASS
P ( X s X )2 (Ys Y )2 (Zs Z )2 atmos dt dT
航空航天工程中的卫星导航系统设计
航空航天工程中的卫星导航系统设计在航空航天工程领域中，卫星导航系统的设计是一个至关重要的环节。
卫星导航系统利用卫星和地面设备，提供精确的位置信息和导航服务，为航空航天器的准确导航和飞行提供支持。
本文将重点讨论航空航天工程中卫星导航系统的设计。
首先，航空航天工程中的卫星导航系统设计需要考虑的核心要素之一是系统的精度和可靠性。
航空航天器的飞行需要高度精确的导航定位，因此卫星导航系统必须能够提供高精度的位置和速度信息。
此外，系统的可靠性也是至关重要的，航天器的飞行环境极其恶劣，系统必须具备抗干扰和故障容忍能力，确保其稳定运行，以确保航天器安全。
其次，卫星导航系统设计还需要考虑系统的时效性和实时性。
航空航天器的飞行需要实时的导航和定位信息，航天器必须能够准确地感知当前位置和速度，及时做出飞行控制决策。
因此，在卫星导航系统的设计中，需要充分考虑信号传输的延迟和数据处理的速度，以确保系统能够及时准确地提供导航信息。
此外，卫星导航系统设计也需要考虑系统的覆盖范围和连续性。
航空航天器的飞行路径可能跨越多个地理区域和国家，因此卫星导航系统必须具备全球性的覆盖能力。
同时，为了保证连续性，系统必须设计成具有多颗卫星，以确保在任何时间和地点都能接收到足够数量的卫星信号，从而提供准确的导航服务。
另外，卫星导航系统设计还需要考虑系统的安全性和保密性。
在航空航天工程中，飞行器的安全至关重要，任何对卫星导航系统的未经授权访问或干扰都可能对飞行器的安全造成严重威胁。
因此，在系统设计中，需要采取适当的加密和认证措施，确保系统的安全性和保密性，防止非法使用或攻击。
最后，卫星导航系统设计还需要考虑与其他相关系统的集成和互操作性。
在航空航天工程中，卫星导航系统往往与其他关键系统，如飞行控制、通信和地面控制系统等进行集成。
因此，在卫星导航系统设计中，需要考虑与这些系统之间的接口和通信方式，确保各系统之间能够正常协作和交换数据，共同实现飞行任务的顺利进行。
GPS卫星定位坐标计算及程序设计
GPS卫星定位坐标计算及程序设计GPS卫星定位是一种利用全球定位系统（GPS）卫星接收并处理信息来确定位置的技术。
它使用三个或更多GPS卫星的信号来计算接收器的位置。
GPS卫星发送包括时间和位置信息的无线电信号，接收器接收这些信号并通过计算信号的传播时间，确定接收器所在的位置。
GPS坐标系统使用经度和纬度来表示地理位置。
经度是指地球上其中一点距离本初子午线（格林尼治子午线）的角度，取值范围为0-180度，东经为正，西经为负。
纬度是指地球上其中一点距离赤道的角度，取值范围为0-90度，北纬为正，南纬为负。
通过计算GPS卫星的信号传播时间，我们可以确定接收器所在位置的经度和纬度，并将其表示为GPS坐标。
要进行GPS卫星定位坐标计算，可以按照以下步骤进行：1.获取GPS卫星信号：使用GPS接收器接收GPS卫星发送的信号。
每个GPS接收器一般都能接收多达24颗卫星的信号。
2.计算信号传播时间：通过记录信号发送和接收的时间差，可以计算出信号从卫星到达接收器的传播时间。
由于信号的传播速度是已知的（约为300,000公里/秒），可以根据传播时间计算出信号传播的距离。
3.确定卫星位置：由于我们知道每个GPS卫星的位置信息，可以根据信号传播距离计算出接收器和每个卫星之间的距离差。
通过多个卫星的距离差，可以确定接收器所在的位置。
4.计算经度和纬度：使用三角函数和数学模型，通过接收器和卫星之间的距离差，可以计算出接收器的经度和纬度。
5.显示位置信息：将计算得到的经度和纬度转换为可读的格式，并显示在GPS接收器或其他设备上。
1.数据传输：首先需要确保GPS接收器能够接收和传输卫星信号的数据。
可以使用串行通信接口（如RS-232）或USB接口，将接收器与计算机或其他设备连接起来。
2.数据接收和处理：编写程序来读取接收器传输的信号数据，包括卫星信号的传播时间、卫星位置信息等。
根据所选的编程语言和平台，可以使用相应的库和函数来实现数据读取和处理的功能。
GPS卫星位置的计算(C++程序计算)
GPS卫星位置的计算利用C++编写了一段能计算单一瞬时卫星坐标的程序，在运行程序之前，需做部分准备工作：（1）在F盘下建立一名为“单一卫星广播星历”的txt文件。
（2）从“广播星历.txt”文件中拷贝从卫星PRN号开始的8行数据到“单一卫星广播星历.txt”中（3）在编辑选项中，将全部的“D”替换为“E”。
下面为我所选取的一个广播星历：18 06 8 25 6 0 0.0-2.472363412380E-04-1.023*********E-12 0.000000000000E+001.410000000000E+02-1.721875000000E+01 4.502687555010E-09 1.413760604187E+00-7.990747690201E-07 7.598234573379E-03 1.118145883083E-05 5.153709835052E+034.536000000000E+05-1.303851604462E-08-1.095067942661E-01 1.527369022369E-079.571235745530E-01 1.640000000000E+02-2.656176299285E+00-8.0374********E-09-5.193073455211E-10 1.000000000000E+00 1.389000000000E+03 0.000000000000E+002.000000000000E+00 0.000000000000E+00-1.024*********E-08 1.410000000000E+024.464490000000E+05 4.000000000000E+00程序设计部分：#include<stdio.h>#include<math.h>int main(){int i = 0;double n[50], n0, nn, t, tk, Mk, Ek, Vk, Yk, Gu, Gr, Gi, uk, rk, ik, xk, yk, zk, X, Y, Z, Lk, UT, yy, mm, JD, gpsz;FILE *fp;fp = fopen("F:\\单一卫星广播星历.txt", "r");if (fp == NULL){printf ("文件打开失败!\n");return 0;}while (! feof (fp)){fscanf(fp, "%lf", &n[i]);i++;}n0 = (sqrt(3986005E+8))/pow(n[17], 3);nn = n0 + n[12];/*计算卫星运行的平均角速度*/UT = n[4] + (n[5] / 60) + (n[7] / 3600);/*民用日的时分秒化为实数时*/if (n[1] >= 80)/*广播星历中年只有后两位，化为4位，参考1980年1月6日0点*/ {if (n[1] == 80 && n[2] == 1 && n[3] < 6){n[1] = n[1] + 2000;}n[1] = n[1] + 1900;}else{n[1] = n[1] + 2000;}if (n[2] <= 2){yy = n[1] - 1;mm = n[2] + 12;}if (n[2] > 2){yy = n[1];mm = n[2];}JD = (int)(365.25 * yy) + (int)(30.6001 * (mm + 1)) + n[3] + (UT / 24) + 1720981.5;/*化为儒略日*/gpsz = (int)((JD - 2444244.5) / 7);/*计算GPS周*/t = (JD - 2444244.5 - 7 * gpsz) * 24 * 3600;/*得出GPS秒*/tk = t - n[18];/*tk1为中间值，用以判断tk与正负302400的关系，然后返回到tk上*/ while (tk > 302400 || tk < -302400){if (tk > 302400){tk = tk - 604800;}else{tk = tk + 604800;}}/*计算归化观测时间*/Mk = n[13] + nn * tk;/*观测时刻的卫星平近点角*/Ek = Mk;Ek = Mk + n[15] * sin(Ek);Ek = Mk + n[15] * sin(Ek);/*迭代两次计算观测时刻的偏近点角*/Vk = atan(sqrt(1 - n[15] * n[15]) * sin(Ek)) / (cos(Ek) - n[15]);/*真近点角*/Yk = Vk + n[24];/*升交距角*/Gu = n[14] * cos(2 * Yk) + n[16] * sin(2 * Yk);Gr = n[23] * cos(2 * Yk) + n[11] * sin(2 * Yk);Gi = n[19] * cos(2 * Yk) + n[21] * sin(2 * Yk);/*摄动改正项*/uk = Yk + Gu;rk = n[17] * n[17] * (1 - n[15] * cos(Ek)) + Gr;ik = n[22] + Gi + n[26] * tk;/*经摄动改正后的升交距角、卫星矢径、轨道倾角*/xk = rk * cos(uk);yk = rk * sin(uk);zk = 0;/*卫星在轨道坐标系的坐标*/Lk = n[20] + (n[25] - 7.29211515E-5) * tk - 7.29211515E-5 * n[18];/*观测时刻t的升交点经度*/X = xk * cos(Lk) - yk * cos(ik) * sin(Lk);Y = xk * sin(Lk) + yk * cos(ik) * cos(Lk);Z = yk * sin(ik);/*卫星在WGS-84坐标系的坐标*/printf("该卫星在WGS-84坐标系中的坐标为：\nX = %lf m\nY = %lf m\nZ = %lf m\n", X, Y, Z);fclose(fp);return 0;}计算结果：该卫星在WGS-84坐标系中的坐标为：X = 9223153.692525 mY = 24133486.931401 mZ = 6032585.919385 m。
《基于S3C2410的北斗卫星定位终端的设计与实现》范文
《基于S3C2410的北斗卫星定位终端的设计与实现》篇一一、引言随着科技的飞速发展，卫星定位技术在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。
北斗卫星定位系统作为我国自主研发的全球卫星导航系统，其应用领域日益广泛。
S3C2410作为一种常用的嵌入式处理器，具有高性能、低功耗等优点，非常适合用于北斗卫星定位终端的设计。
本文将详细介绍基于S3C2410的北斗卫星定位终端的设计与实现过程。
二、系统设计1. 硬件设计系统硬件设计主要包括S3C2410处理器、北斗卫星接收模块、电源模块、存储模块等。
S3C2410处理器作为核心部件，负责整个系统的控制与数据处理。
北斗卫星接收模块用于接收卫星信号，是定位的关键部分。
电源模块为整个系统提供稳定的电源保障，存储模块则用于存储定位数据和系统参数。
2. 软件设计软件设计包括操作系统、驱动程序、应用程序等。
操作系统采用嵌入式Linux，具有较好的稳定性和兼容性。
驱动程序负责与硬件设备进行通信，实现数据的读取和写入。
应用程序则是用户与系统交互的接口，包括定位、导航、数据传输等功能。
三、关键技术实现1. 卫星信号接收与处理北斗卫星定位终端的核心是卫星信号的接收与处理。
通过S3C2410处理器的GPS模块，实时接收北斗卫星信号，并进行数据处理，最终实现定位。
在信号处理过程中，需要采用滤波、解调等技术，以提高信号的信噪比和准确性。
2. 数据传输与存储数据传输与存储是北斗卫星定位终端的重要功能之一。
通过无线通信技术，将定位数据传输至服务器或手机等设备。
同时，系统还需要具备本地存储功能，以便在无网络环境下保存定位数据。
在数据传输过程中，需要保证数据的可靠性和安全性。
四、实验与测试为了验证基于S3C2410的北斗卫星定位终端的设计与实现效果，我们进行了大量的实验与测试。
实验结果表明，该终端具有良好的定位精度和稳定性，能够实时接收和处理北斗卫星信号，实现快速定位。
同时，该终端还具有较低的功耗和较高的可靠性，满足了实际应用的需求。
卫星导航定位算法与程序设计_第13课_卫星位置钟差计算
卫星位置的计算（2）
• 任意时刻t卫星位置的计算
– 原理：插值法 – 方法：拉格朗日插值法、切比雪夫多项式、三次样 条内插、三角多项式内插等 已知函数y f ( x)的n个结点x0 , x1 ,..., xn 及其对应的
函数值y0 , y1 ,..., yn 对于插值区间内的任一点x，其函数 值为 x xi f ( x) ( ) yk k 0 i 0 xk xi ik
xk rk cos uk yk rk sin uk
18
计算卫星位置(5/5)
14 计算改正后的升交点经度
Lk 0 earth t toe
15计算在地固坐标系下的位置
xk X Y RZ ( k ) Rx (ik ) yk Z 0
GM
e 7.2921151467 105 rad s
地球自转角速度
卫星星历
toe , A , e, M 0 , , i0 , n, i IDOT , Cus , Cuc , Crs , Crc , Cis , Cic toc , ClkBias, ClkDrift , ClkDriftRate
星历计算中常用常量和参数 星历参数详解
广播星历参数
精密星历参数
根据广播星历计算卫星位置等参数 根据精密星历计算卫星位置等参数 上机实习
星历计算中常用常数和符合
3.1415926535898
c 2.99792458 108 m s
真空中的光速
2
3.9860047 1014 m3 s
9
广播星历
A , e, M 0 , , i0 , toe , 轨道根数 n, i IDOT , Cus , Cuc , Crs , Crc , Cis , Cic 轨道摄动量
高精度北斗导航定位系统设计与实现
高精度北斗导航定位系统设计与实现导语：随着卫星导航技术的快速发展，全球定位系统（GPS）在生活中的应用越来越广泛。
而作为我国自主研发的全球卫星导航系统，北斗导航系统在提供导航定位服务方面具备独特的优势。
为了满足用户对于高精度定位需求，高精度北斗导航定位系统的设计与实现成为一个重要的研究方向。
本文将介绍高精度北斗导航定位系统的设计原理与实现方法。
一、设计原理高精度北斗导航定位系统主要包括信号接收与处理、数据计算与校正、定位算法与精度优化等模块。
下面将详细介绍这些模块的设计原理。
1. 信号接收与处理高精度北斗导航定位系统首先需要接收卫星发射的导航信号。
一般情况下，系统会选择多颗卫星进行信号接收，以提高定位精度。
接收到的信号需要进行预处理，包括频率同步、码相对齐等操作，以便后续的数据计算与校正。
2. 数据计算与校正接收到的导航信号中包含了多种参数，如卫星位置、钟差等。
系统需要对这些参数进行计算和校正，以获得更精确的定位结果。
数据计算与校正主要涉及导航星历解算、钟差修正等算法，采用高精度的数学模型来提高定位精度。
3. 定位算法与精度优化根据接收到的导航信号和经过计算与校正的参数，系统可以通过定位算法来估计用户的位置。
定位算法有多种，常用的包括最小二乘法（LS）、卡尔曼滤波（KF）等。
为了提高定位精度，系统还可以采用精度优化的方法，如差分定位、多智能体定位等技术。
二、实现方法高精度北斗导航定位系统的实现需要考虑多个方面的因素，包括硬件设备、软件算法以及系统架构等。
下面将介绍高精度北斗导航定位系统的实现方法。
1. 硬件设备高精度北斗导航定位系统的硬件设备包括天线、接收机、信号处理器等。
天线用于接收导航信号，接收机负责信号的放大和处理，信号处理器用于对信号进行解调和解码。
为了提高定位精度，硬件设备要具备高灵敏度和低噪声的特点。
2. 软件算法高精度北斗导航定位系统的软件算法是实现高精度定位的关键。
根据设计原理中提到的信号接收与处理、数据计算与校正、定位算法与精度优化等模块，可以选择合适的算法来实现系统功能。
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• 时间系统
– 太阳时、恒星时、力学时、原子时等
• 时间与卫星导航定位的关系
时间算法 > 时间的表示方法(1/2)
• 历法（日历表示法）
– 表示方法：年、月、日、时、分、秒。 – 基础：建立在地球绕日公转、月球绕地公转等 – 特点：反映季节变化，与日常生活密切相关；
非连续，不利于数学表达。
• 新儒略日（Modified Julian Date - MJD）
– 定义：从儒略日中减去2,400,000.5天来得到， 给出的是从1858年11月17日子夜开始的天数。
– 特点：连续的，利于数学表达，数值比儒略日 小。
• 年积日
– 定义：从当年1月1日开始的天数。
• GPS时
– 定义：以1980年1月6日子夜为起点，用周数和 周内的秒数来表示。
时间算法 > 时间结构（类）(5/5)
• 自定义时间结构（2）
– 儒略日
适用于卫星导航定位的时间结构 － 儒略日
时间算法 > 常用时间算法(1/4)
• 日历时间与儒略日间的相互转换(1/2)
– 由日历时间转换到儒略日
JD INT365.25y INT 30.6001m 1
D UT 24 1720981.5 其中：
时间算法 > 时间结构（类）(1/5)
• C/C++中有关时间的类型(1/2)
– time_t
– sturct tm
时间算法 > 时间结构（类）(2/5)
• C/C++中有关时间的类型(2/2)
– sturct _timeb
时间算法 > 时间结构（类）(3/5)
• 为何要自己定义（实现）时间结构（类）
– GPS时与年积日间的相互转换
• 参照上面方法进行
如果M 2，则y Y 1，m M 12 如果M 2，则y Y，m M JD为儒略日， Y 为年，M 为月，D为日，UT 为世界时。
INT 表示取实数的整数部分。
时间算法 > 常用时间算法(2/4)
• 日历时间与儒略日间的相互转换(2/2)
– 由儒略日转换到日历时间
a INTJD 0.5
概述 > 教学
• 教学方法：课堂讲授＋实习
– 课堂讲授 － 每周3学时 – 实习 － 每周4学时
• 要求
– 必须参加所有教学过程
• 考核方法
– 平时实习成果（30％） – 综合成果（40％） – 出勤（30％）
概述 > 参考文献
• 刘基余等，全球定位系统原理及其应用， 测绘出版社，1993。
• 李征航，空间定位技术及应用，武汉大学 讲义，2001。
• 李洪涛等，GPS应用程序设计，科学出版 社，1999。
• 本课程授课资料。
补充内容 > C/C++语言编码标准
• C/C++语言编码标准
– 文件组织
• 头文件 • 源文件
– 编码风格
• 命名规则 • 美学原理 • 注释 • 常量 • 变量 •类 • 流控制
补充内容 > 程序调试
• 插入调试语句 • 跟踪
卫星导航定位程序设计
卫星应用工程本科适用
第一章 概述
概述 > 课程目的
• 深入了解、掌握并实现GPS导航定位基本 算法
– GPS常用数据格式 – GPS导航定位常用算法
• 掌握C/C++程序设计方法
– 数据结构 – 编码方法 – 调试方法
概述 > 课程内容
• C/C++编码标准 • 基本常数和基本数值算法 • 有关时间的算法 • 有关坐标的算法 • RINEX和SP3格式数据的读取 • GPS卫星位置计算 • 电离层折射改正算法 • 对流层折射模型改正算法 • 伪距定位算法
N modINT JD 0.5,7 星期几
时间算法 > 常用时间算法(3/4)
• 日历时间与GPS时间间的相互转换
– 由日历时间转换到GPS时间（两步）
• 第一步：计算GPS周
GPS WEEK INT JD 2444244.5 7
• 第二步：计算一周内的秒数
– 由GPS时间转换到日历时间（两步）
– C/C++所提供的结构（类）无法满足要求，秒 为整型
– 在卫星导航定位中计算卫星位置时，时间至少 要求表示到10-6
– 在卫星导航定位中计算卫星到接收机天线之间 的距离时，时间至少要求表示到10-12
时间算法 > 时间结构（类）(4/5)
• 自定义时间结构（1）
– 日历时间
适用于卫星导航定位的时间结构 －ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ日历时间
• 儒略日（Julian Date）
– 定义：是指从-4712年1月1日（即公元前4713 年1月1日）正午开始的天数。
– 提出：由J. J. Scaliger在1583年提出的，所以 该系统的名称源自Julius Scaliger（注意，不是 Julius Caesar）。
时间算法 > 时间的表示方法(2/2)
b a 1537
c INT b 122.1 365.25 d INT365.25.c e INT b d 30.6001 D b d INT 30.6001e FRAC JD 0.5 日 M e 112 INTe 14 月
Y c 4715 INT 7 M 10 年
– 设断点（Breakpoint） – 查看内容
实习题
• 采用C/C++语言，实现矩阵的加、减和乘 法运算，要求每种运算用函数实现。
第二章 时间算法
时间算法 > 概述
• 时间的概念
– 时间，是过程的意识经验，是动作或事件发生 时所经历的过程。
– 时间还是表示这些动作或事件的连续性的一维。
• 时间度量的两要素
• 第一步：由GPS时间转换到儒略日 • 第二步：由儒略日转换到日历时间
时间算法 > 常用时间算法(4/4)
• 年积日的计算
– 儒略日转换到年积日
• 第一步：计算出日历时间 • 第二步：计算出当年1月1日的儒略日 • 第三步：两个儒略日求差加1，得出年积日
– 年积日转换到儒略日
• 第一步：计算出当年1月1日的儒略日JD1 • 第二步：年积日加JD1减1得儒略日