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1、- 1 - GPS卫星导航定位技术与方法作业报告之卫星坐标计算- 2 - 1 作业任务- 3 2 作业思想- 3 3 作业条件及数据- 34 作业过程- 4 5 源程序- 5 6 计算结果- 9 7 心得体会与建议- 9- 3 - 1 作业任务根据教材所给广播星历参数，编程计算UTC2004年 1 月 30 日 8 点 0 分 00 秒20分 00 秒，每隔1 分钟的卫星号为7 的卫星坐标。2 作业思想根据教材提供广播星历参数，按照卫星坐标计算步骤一步一步求解表示卫星位置的量，最后求出卫星在地固坐标系中的空间直角坐标。根据历元间隔，计算出共21 个历元的卫星坐标。此次作业的已知条件及计算步骤均
2、为教材提供且思路清晰，简明易懂，只要在编程过程中注意个已知量、中间量和待求量的表示及数据对应正确，涉及角度的计算时小心避免错误即可。3 作业条件及数据由 GPS 卫星导航文件（表3.1）提取出7 号卫星的轨道参数及其摄动改正项表 3.1 提取及整理后的广播星历参数：- 4 - 星历参数参数值参数含义n 4.85305928777E-09 给定的星历参数计算值的平均速度no 之改正数 (弧度 ) a 5.15373039818E+03 卫星轨道长半轴的平方根t0e4.60800000000E+05 星历的参考时刻，从星期日零时开始量度，以秒计M0-2.14992476872E+00 参考时刻t0
3、e的平近点角（弧度）e 1.25958691351E-02 轨道偏心率-1.85137234909E+00 近地点角距（弧度）Cuc 2.75485217571E-06 升交点角距的余弦调和改正项的振幅(弧度 ) Cus 9.03755426407E-06 升交点角距的正弦调和改正项的振幅(弧度 ) Crc 1.91875000000E+02 轨道半径的余弦调和改正项的振幅（弧度）Crs 5.37812500000E+01 轨道半径的正弦调和改正项的振幅（弧度）Cic 2.06753611565E-07 轨道倾角的余弦调和改正项的振幅（弧度）Cis -7.26431608200E-08 轨道倾
4、角的正弦调和改正项的振幅（弧度）IDOT -1.31434044204E-10 轨道倾角的变率i09.37690094716E-01 参考时刻的轨道倾角（弧度）-7.91890109042E-09 升交点赤经的变率（弧度/s）01.93198315097E+00 GPS周开始时刻的升交点经度（弧度）4 作业过程- 5 - （10）升交点经度：t = 0 + （- e）（ t - t0e）- e t0e 式中： e 为地球自转角速度，e =7.2921151467 10-5rad/s ；为升交点赤经变化率，0为 GPS周开始时刻的升交点经度，和0均由星历文件给出；t0为参考时刻，一般取 t0 =
5、 0，为一周的开始（星期日的子夜）；t0e 为广播星历的参考历元时刻，从t0开始起算；（11）卫星在地固坐标系中的空间直角坐标为：()()0kkkkkkkXxYRRiyZ式中：()kR，()kRi为旋转矩阵，将其代入并展开后得coscos sinsincos cossinkkkkkkkkkkkkkkkXxyiYxyiZyi5 源程序#include #include #include #include #include constint k=20; / 历元数double Xk,Yk,Zk;/ 计算所得卫星坐标constdouble GM=3986004.418E8;/ 地球引力常数const
6、double we=7.2921151467E-5; / 地球自转角速度double dn,a05,t0e,M0,e,w,Cuc,Cus,Crc,Crs,Cic,Cis,IDOT,i0,WMG,WMG0;/ 定义广播星历参数/ 广播星历参数导入void Input() ifstream f1(“ 广播星历参数 .txt“); if (!f1) cerrdn; f1a05; f1t0e; f1M0; f1e; f1w; f1Cuc; f1Cus; f1Crc; f1Crs; f1Cic; f1Cis; f1IDOT; f1i0; f1WMG; f1WMG0; f1.close(); / 卫星坐标
7、计算void Compute( double t, int k) double n0,n,tk,Mk,E0,Ek,Vk,fk,du,dr,di,uk,rk,ik,xk,yk,Lt;/ 定义卫星坐标计算过程中间量/ （）计算平均角速度n：n0=sqrt(GM/pow(a05,6); n=n0+dn; / （）计算规化时刻tk ：tk=t-t0e; / （）计算平近点角Mk：Mk=M0+n*tk; / （）迭代计算偏近点角Ek：E0=Mk; do - 7 - Ek=Mk+e*sin(E0); E0=Ek; while (Mk+e*sin(E0)-E0=1e-8); / （）计算真近点角Vk：dou
8、ble v1=sqrt(1-e*e)*sin(Ek); double v2=cos(Ek)-e; Vk=atan2(v1,v2); / （）计算升交角距fk ：fk=Vk+w; / （）摄动改正：du=Cuc*cos(2*fk)+Cus*sin(2*fk);/ 升交角距改正 du dr=Crc*cos(2*fk)+Crs*sin(2*fk);/ 轨道向径改正 dr di=Cic*cos(2*fk)+Cis*sin(2*fk);/ 轨道倾角改正 di uk=fk+du; / 改正后的升交角距uk rk=a05*a05*(1-e*cos(Ek)+dr;/ 改正后的轨道向径rk ik=i0+di+I
9、DOT*tk;/ 改正后的轨道倾角ik / （）计算卫星在升交点轨道直角坐标系的坐标：xk=rk*cos(uk); yk=rk*sin(uk); / （）计算升交点精度：Lt=WMG0+(WMG-we)*(t-t0e)-we*t0e; / （）计算卫星空间直角坐标：Xk=xk*cos(Lt)-yk*cos(ik)*sin(Lt); Yk=xk*sin(Lt)+yk*cos(ik)*cos(Lt); Zk=yk*sin(ik); void main() - 8 - Input(); for ( int i=0;ik;i+) double t=t0e+i*60; Compute(t,i); cou
10、t “ 历元/s 卫星号 X/m Y/m Z/m 卫地距离“endl; for (i=0;ik;i+) cout.precision(11); coutt0e+i*60“ 7 “Xi “ “Yi “ “Zi “ “sqrt(Xi*Xi+Yi*Yi+Zi*Zi)endl; / 输出结果到“卫星坐标计算结果.txt”ofstream outfile; outfile.open(“ 卫星坐标计算结果.txt“); if (outfile.is_open () outfile“ 历元 /s 卫星号 X/m Y/m Z/m 卫地距离 “endl; for ( int i=0;ik;i+) outfile
11、.precision(11); outfilet0e+i*60“ 7 “Xi “ “Yi “ “Zi “ “sqrt(Xi*Xi+Yi*Yi+Zi*Zi)endl; outfile.close(); - 9 - 6 计算结果表 6.1 卫星坐标计算结果历元/s 卫星号X/m Y/m Z/m 460800 7 -13413856.780 16092624.867 16628017.859 460860 7 -13535898.784 16110553.892 16507426.350 460920 7 -13657027.021 16128646.858 16385596.447 460980
12、7 -13777233.046 16146894.386 16262536.953 461040 7 -13896508.546 16165287.016 16138256.762 461100 7 -14014845.333 16183815.202 16012764.866 461160 7 -14132235.351 16202469.318 15886070.351 461220 7 -14248670.673 16221239.658 15758182.394 461280 7 -14364143.505 16240116.437 15629110.267 461340 7 -144
13、78646.186 16259089.796 15498863.336 461400 7 -14592171.191 16278149.799 15367451.057 461460 7 -14704711.126 16297286.439 15234882.978 461520 7 -14816258.739 16316489.636 15101168.738 461580 7 -14926806.913 16335749.242 14966318.067 461640 7 -15036348.668 16355055.042 14830340.783 461700 7 -15144877.166 16374396.755 14693246.795 461760 7 -15252385.710 16393764.036 14555046.099 461820 7 -15358867.742 16413146.476 14415748.781 461880 7 -15464316.851 16432533.610 14275365.013 461940 7 -
