GPS卫星定位—python实现

基于导航文件的GPS定位——python实现

模型建立：

# coding:utf-8import math as m
with open('brdm0320.22p','r') as f:data=f.readlines()# print(data)f.close()
#文件时间不同可取消此处注释
# def o_data_line():
#     for i in range(len(data)):
#         if data[i].find('END OF HEADER') != -1:
#             o_data_line = i + 1
#     return o_data_line
# print(o_data_line())
ff=[]
ff=data[207:3359]
# print(ff)# file_write_obj = open("GPS_data.txt", 'w')   # 新文件写入GPS_data
# for i in range(3359-207) :
#     file_write_obj.write(ff[i])   # 逐行写入
#     # file_write_obj.write('\n')
# file_write_obj.close()
# print("保存文件成功")#文件读取
with open('GPS_data.txt','r') as G:GPS_data=G.readlines()f.close()# print(GPS_data)
data_num=int(len(GPS_data)/8)         #数据组数
# print(data_num)
for j in range(data_num):for i in range(8):data_l = GPS_data[8 * j +i]if i==0:#卫星PRN号PRN=data_l[0:3]# 历元 TIMETIME=data_l[4:24]year = int(TIME[0:4])month = int(TIME[5:7])day = int(TIME[8:10])hour = int(TIME[11:13])minute = int(TIME[14:16])second = float(TIME[17:19])# print(TIME)# 卫星钟偏差(s)S=float(data_l[23:42])#卫星钟漂(s/s)S_s=float(data_l[42:62])print(S_s)# 卫星钟漂移速度(s / s * s)S_ss=float(data_l[62:81])elif i==1:IODE=float(data_l[4:23])C_rs=float(data_l[23:42])n=float(data_l[43:61])mo=float(data_l[61:81])elif i==2:C_uc=float(data_l[4:23])# print(C_uc)# print(float(row[4:23]))e=float(data_l[23:42])C_us=float(data_l[42:62])sqrt_A=float(data_l[62:81])elif i == 3:TEO=float(data_l[4:23])C_ic=float(data_l[23:42])OMEGA=float(data_l[42:61])C_is=float(data_l[62:81])elif i== 4:I_0=float(data_l[4:23])C_rc=float(data_l[23:42])w=float(data_l[43:61])OMEGA_DOT=float(data_l[62:81])elif i == 5:IDOT = float(data_l[4:23])L2_code = float(data_l[23:42])PS_week_num = float(data_l[42:62])L2_P_code = float(data_l[62:81])elif i == 6:# 卫星精度(m)=2# 卫星健康状态=0TGD = float(data_l[42:62])IODC = float(data_l[62:81])# print(IODC)elif i==7:pass
# print(PRN, S,S_s,S_ss,
#       IODE,C_rs,n,mo, C_uc,
#       e, C_us, sqrt_A,
#       TEO, C_ic, OMEGA,C_is,
#       I_0, C_rc, w, OMEGA_DOT,
#       IDOT,L2_code,PS_week_num,L2_P_code,
#       TGD,IODC)def CulLocation(PRN, year, month, day, hour, minute, second, S, S_s, S_ss, IDOT, C_rs, n, mo, C_uc, e, C_us, sqrt_A,TEO, C_ic, OMEGA, C_is, I_0, C_rc, w, OMEGA_DOT,t1):# 1.计算卫星运行平均角速度 GM:WGS84下的引力常数 =3.986005e14，a:长半径GM = 398600500000000n_0 = m.sqrt(GM) / m.pow(sqrt_A, 3)n = n_0 + n# 2.计算归化时间t_k 计算t时刻的卫星位置  UT：世界时 此处以小时为单位UT = hour + (minute / 60.0) + (second / 3600);if month <= 2:year = year - 1month = month + 12  # 1，2月视为前一年13，14月# 需要将当前需计算的时刻先转换到儒略日再转换到GPS时间JD = (365.25 * year) + int(30.6001 * (month + 1)) + day + UT / 24 + 1720981.5;WN = int((JD - 2444244.5) / 7);  # WN:GPS_week number 目标时刻的GPS周t_oc = (JD - 2444244.5 - 7.0 * WN) * 24 * 3600.0;  # t_GPS:目标时刻的GPS秒# 对观测时刻t1进行钟差改正,注意：t1应是由接收机接收到的时间if t1 is None:t_k = 0else:δt = a_0 + a_1(t1 - t_oc) + a_2(t1 - t_oc) ^ 2t = t1 - δtt_k = t - TEOif t_k > 302400:t_k -= 604800else :t_k += 604800# 3.平近点角计算M_k = M_0+n*t_kprint(mo)M_k = mo + n * t_k  # 实际应该是乘t_k，但是没有接收机的观测时间，所以为了练手设t_k=0# 4.偏近点角计算 E_k  (迭代计算) E_k = M_k + e*sin(E_k)E = 0;E1 = 1;count = 0;while abs(E1 - E) > 1e-10:count = count + 1E1 = E;E = M_k + e * m.sin(E);if count > 1e8:print("计算偏近点角时未收敛！")break# 5.计算卫星的真近点角V_k = m.atan((m.sqrt(1 - e * e) * m.sin(E)) / (m.cos(E) - e));# 6.计算升交距角 u_0(φ_k), ω:卫星电文给出的近地点角距u_0 = V_k + w# 7.摄动改正项 δu、δr、δi :升交距角u、卫星矢径r和轨道倾角i的摄动量δu = C_uc * m.cos(2 * u_0) + C_us * m.sin(2 * u_0)δr = C_rc * m.cos(2 * u_0) + C_rs * m.sin(2 * u_0)δi = C_ic * m.cos(2 * u_0) + C_is * m.sin(2 * u_0)# 8.计算经过摄动改正的升交距角u_k、卫星矢径r_k和轨道倾角 i_ku = u_0 + δur = m.pow(sqrt_A, 2) * (1 - e * m.cos(E)) + δri = I_0 + δi + IDOT * (t_k);  # 实际乘t_k=t-t_oe# 9.计算卫星在轨道平面坐标系的坐标,卫星在轨道平面直角坐标系（X轴指向升交点）中的坐标为：x_k = r * m.cos(u)y_k = r * m.sin(u)# 10.观测时刻升交点经度Ω_k的计算，升交点经度Ω_k等于观测时刻升交点赤经Ω与格林尼治恒星时GAST之差  Ω_k=Ω_0+(ω_DOT-omega_e)*t_k-omega_e*t_oeomega_e = 7.292115e-5  # 地球自转角速度OMEGA_k = OMEGA + (OMEGA_DOT - omega_e) * t_k - omega_e * TEO;  # 星历中给出的Omega即为Omega_o=Omega_t_oe-GAST_w# 11.计算卫星在地固系中的直角坐标lX_k = x_k * m.cos(OMEGA_k) - y_k * m.cos(i) * m.sin(OMEGA_k)Y_k = x_k * m.sin(OMEGA_k) + y_k * m.cos(i) * m.cos(OMEGA_k)Z_k = y_k * m.sin(i)# 12.计算卫星在协议地球坐标系中的坐标，考虑级移# [X,Y,Z]=[[1,0,X_P],[0,1,-Y_P],[-X_p,Y_P,1]]*[X_k,Y_k,Z_k]# XYZ=[X,Y,Z]if month > 12:  # 恢复历元year = year + 1month = month - 12print("历元：", year, "年", month, "月", day, "日", hour, "时", minute, "分", second, "秒", "\n卫星PRN号:", PRN, "\n平均角速度:", n,"\n卫星平近点角:", M_k, "\n偏近点角:", E, "\n真近点角:", V_k, "\n升交距角:", u_0, "\n摄动改正项:", δu, δr, δi, "\n经摄动改正后的升交距角、卫星矢径和轨道倾角:", u, r,i, "\n轨道平面坐标X,Y:", x_k, y_k, "\n观测时刻升交点经度:", OMEGA_k, "\n地固直角坐标系X:", X_k, "\n地固直角坐标系Y:", Y_k, "\n地固直角坐标系Z:", Z_k,'\n地固坐标系的位置')if __name__ == '__main__':for i in range(data_num):t1=NoneCulLocation(PRN, year, month, day, hour, minute, second, S, S_s, S_ss, IDOT, C_rs, n, mo, C_uc, e, C_us,sqrt_A, TEO,C_ic, OMEGA, C_is, I_0, C_rc, w, OMEGA_DOT,t1)

由于我近期在完成GNSS课程的一个作业，无论是专业知识还是编程语言都是初学阶段，本着提高自己的原则，借鉴网上一些大神的资料，完成了本次作业。主要是借鉴了python读取导航电文并计算卫星位置_Small Cube的博客-CSDN博客_python卫星定位

该作者给与了很大帮助，经过该作者同意，上传本人第一个CSDN作品！！！

但是此次由于搞出来太激动了还未来得及完成结果准确性的检验，会在后续继续补充完善，如果有什么不妥，请各位大佬批评指正。

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