GPS广播星历计算卫星位置和速度

“GPS广播星历计算卫星位置和速度” 及“GPS伪距定位”计算试验 1．试验内容及上交成果 1.1 试验内容 应用C语言按预定格式(函数、输入输出变量之名称、类型)编写“GPS广播星历计算卫星位置和速度”函数SatPos_Vel( )、“GPS伪距定位”函数Positioning( )。将此两个函数组成文件F2.cpp，并包含于文件GPS_Positioning.cpp中。编译、连接并运行文件GPS_Positioning.cpp，逐一时刻读取广播星历(Ephemeris.dat)、观测时间及伪距、卫星号(Observation.dat)信息，计算WGS84坐标系中观测时刻相应的卫星位置、速度以及载体位置，结果保存于文件Position.dat中。 1.2 上交成果 磁盘文件F2.cpp、Position.dat，并存于“学号作者中文姓名”目录中。 2．函数说明 2.1 星历文件读取函数 void EFileReading(Efile) 功能：读取星历文件，给星历数据结构体Ephemeris赋值。 输入变量：EFile字符串，文件名。 2.2 观测数据读取函数 int ObsReading(fp_Obs,Time,Rho,Mark) 功能：从文件Observation.dat中读取某一时刻的伪距、卫星号。读取成功函数值返 回“1”，失败返回“－1”(读错，或至文件尾)。 输入变量：fp_Obs文件指针； 输出变量：Timedouble，时间(秒)； Rhodouble[12]，伪距(米)； Markint[12]，卫星号，“－1”表示此通道无卫星、无伪距。 2.3 最小二乘估计函数 int LeastSquareEstimation(Y,A,P,m,n, X) 功能：最小二乘方法求解观测方程Y=AX+ε，其中观测值方差阵的逆阵为P(也称为权 阵)，得未知参数X。成功返回“1”，失败返回“－1”(亏秩)。 输入变量：Ydouble[m]，观测方程自由项(米)； Adouble[m×n]，系数阵(无量纲)，按第1行第1、2……n元素， 第2行……顺序存放； Pdouble[m]，权矩阵对角线元素，0或1(无量纲)； mint，观测值个数； nint，未知参数个数； 输出变量：Xdouble[n]，未知参数(米)。 原理：X=(ATPA)-1ATPY 例：Y＝[1,2,3,6],A=[1,0,0, 0,1,0, 0,0,1, 1,1,1],P=[1,1,1,1],m=4,n=3。 调用LeastSquareEstimation(Y,A,P,m,n, X)，求得X=[1,2,3]。 2.4 计算卫星位置、速度函数 int SatPos_Vel(Num,Time, SatPos,SatVel) 功能：计算WGS84坐标系中卫星位置、速度。成功返回“1”，失败返回“－1”(无星 历)。 输入变量：Numint，卫星号； Timedouble，时间(秒)。 (隐含引用全局变量Ephemeris[32]，星历数据结构体) 输出变量：SatPosdouble[3]，位置(米，WGS84)； SatVeldouble[3]，速度(米/秒，WGS84)。 2.5 伪距测量定位 int Positioning(Time,Rho,Mark, Pos,dt) 功能：由单一时刻伪距计算载体位置，并保存接收机钟面时、卫星位置、速度及载体 位置于定位结果文件Position.dat中。成功返回“1”，失败返回“－1”(观测 值数量不够，亏秩)。 输入变量：Timedouble，伪距观测时刻接收机钟面时(秒)； Rhodouble[12]，伪距(米)； Markint[12]，卫星号，“－1”表示此通道无信号； 输出变量：Posdouble[3]，载体位置(米，WGS84)； dtdouble，钟差(秒)。 3．全局变量说明 LightVelocity字符常量，光速(米/秒)，299 792 458； PI字符常量，圆周率，3.141 592 653 589 793; MU字符常量，地球引力常数(米3秒－2)，3.986005e14； OMEGAE字符常量，地球自转角速度(弧度·秒－1)，7.292115e-5； fp_Obs文件指针，观测数据文件； fp_Pos文件指针，位置结果文件。 Structure Eph_Str { Mark整型，标识，“1”有，“－1”无 wn整型，星期数 toc卫星钟差改正参考时刻(秒) af2卫星钟差改正系数(秒/秒2) af1(秒/秒) af0(秒) aode数据龄期 deltan平均角速度改正(半周/秒) m0参考时刻平近点角(半周) e偏心率； rootaa1/2(米1/2) toe星历参考时刻(秒) cic(弧度) crc(米) cis(弧度) crs(米) cuc(弧度) cus(弧度) omega0准升交点赤经(半周) omega近地点角距(半周) i0轨道倾角(半周) omegadot升交点赤经变化率(半周/秒) idot轨道倾角变化率(半周/秒) }Ephemeris[32]星历数据结构体。 注：数据类型除注明整型外，其余为双精度型。 4．文件说明 4.1 观测数据文件Observation.dat Time,n伪距观测时间，卫星颗数 Rho_1,n_1伪距(米)，卫星号 …… Rho_n,n_n伪距(米)，卫星号 Time,n伪距观测时间，卫星颗数 …… 4.2 卫星星历数据文件Ephemeris.dat svprn整数，卫星号 wn整数，星期数 …… idot轨道倾角变化率(半周/秒) (详细说明请参见数据结构体Structure Eph_Str Ephemeris[32]) svprn整数，卫星号 …… 4.3 位置计算结果文件Position.dat Time伪距观测时刻(秒) n_1,x_1,y_1,z_1, xdot_1,ydot_1,zdot_1卫星号，卫星坐标(米，WGS84)，速度(米/秒) …… n_n,x_n,y_n,z_n, xdot_n,ydot_n,zdot_n卫星号，卫星坐标(米，WGS84)，速度(米/秒) x,y,z载体坐标(米，WGS84) Time伪距观测时刻(秒) …… 4.4 GPS_Positionin