最新卫星运动及定位matlab仿真设计

用M A T L A B计算G P S 卫星位置-最新文档资料用MATLAB计算GPS卫星位置GPS定位的基本原理简单来说就是在WGS-84空间直角坐标系中，确定未知点与GPS卫星的空间几何关系。

因此利用GPS 进行导航和测量时，卫星是作为位置已知的高空观测目标。

那么如何精确快速的解算出卫星在空间运行的轨迹即其轨道是实现未知点快速定位的关键。

1 标准格式RINEX格式简述在进行GPS数据处理时，由于接收机出自于不同厂家，所以厂家设计的数据格式也是五花八门的，但是在实际中，很多时候需要把来自不同型号的接收机的数据放在一块进行处理，这就需要数据格式的统一，为了解决这种矛盾，RINEX（英文全称为：The Receiver Independent Exchange Format）格式则应运而生，该格式存储数据的类型是文本文件，数据记录格式是独立于接收机的出自厂家和具体型号的。

由此可见，其特点是：由于是通用格式，所以可将不同型号接收机收集的数据进行统一处理，并且大多数大型数据处理软件都能够识别处理，此外也适用于多种型号的接收机联合作业，通用性很强。

RINEX标准文件里不是单一的一个文件，而是包括如下几种类型的文件[1]。

（1）观测数据文件（ssssdddf.yyo），记录的是GPS观测值信息，（OBServation data，简写OBS，为接收机记录的伪距、相位观测值；O文件，如XG012191.10O）。

（2）导航电文文件（ssssdddf.yyn），记录的是GPS卫星星历信息（NAVavigation data，简写NAV，记录实时发布的广播星历；N文件，如XG012191.10N）。

（3）气象数据文件（ssssdddf.yym），主要是在测站处所测定的气象数据（METerological data，简写MET，记录气象仪器观测的温、压、湿度状况；M文件，如XG012191.10M）。

（4）GLONASS导航电文文件（ssssdddf.yyg），记录的是地球同步卫星的导航电文。

GPS卫星轨道计算及其MATLAB仿真黎奇，白征东，李帅，陈波波（清华大学地球空间信息研究所，北京 100084）一、程序设计思路1. 读取RINEX文件（注意：文件路径）2. 计算测量日周积秒（测量日的格里历→GPST）3. 按卫星轨道计算步骤计算WGS-84坐标系坐标（内插）4. 按需要将WGS-84坐标系下坐标转换为所需坐标系坐标5. 画图输出二、n 文件说明及读取程序参考时刻oe t 的RINEX 格式的 “”广播星历文件具体如下：（加粗部分为本次轨道化Ω，率i ，弧度/秒4-22）标svacc ，米）收到的卫星信号解，秒）文件名：RinexNreader.m 输 入：文件地址，卫星编号三、计算测量日的周积秒文件名：GCtoGPS.m （其中调用函数：GCtoJD.m）输入：指定公历的年、月、日、时、分、秒文件名：GCtoJD.m输 入：指定公历的 年、月、日四、GPS 卫星轨道计算步骤及计算程序1. 计算卫星运动的平均角速度n平均角速度()03n =经摄动参数n ∆改正后的平均角速度0n n n =+∆3#61-79），n ∆（2#42-60）；14323.98600510/GM m s =⨯ 2. 计算归化时间k t说明：①广播星历是oe t 时刻的，对应的轨道参数也是oe t 时刻的，而观测时间在t 时刻，显然oe t t ＜。

所以，要想获得t 时刻的轨道参数，需要知道t 与oe t 之间的差值即k t 。

以此，按照oe t 时刻轨道参数，外推t 时刻轨道参数。

②k t 的起算时间是星期六/星期日子夜0点，当302400k t s ＞时，604800k t s -；当302400k t s ＜-时，+604800k t s 。

（604800s=1周） =k oe t t t -，且604800302400604800302400k k k k k k t t t t t t =-⎧⎨=+⎩＞ ＜-已知：oe t （1#4-21）3. 计算观测时刻的平近点角k M0k k M M nt =+已知：0M （2#61-79），n （见1），k t （见2） 4. 计算观测时刻的偏近点角k Esin k k k E M e E =+已知：k M （见3），e （3#23-41）方法：迭代解算，设初值0k k E M =，迭代2次基本收敛。

卫星轨迹一．问题提出设卫星在空中运行的运动方程为:其中是k 重力系数（k=401408km3/s).卫星轨道采用极坐标表示，通过仿真，研究发射速度对卫星轨道的影响.实验将作出卫星在地球表面(r=6400KM,θ=0）分别以v=8KM/s,v=10KM/s ， v=12KM/s 发射时,卫星绕地球运行的轨迹.二．问题分析1．卫星运动方程一个二阶微分方程组，应用Matlab 的常微分方程求解命令ode45求解时，首先需要将二阶微分方程组转换成一阶微分方程组。

若设 ，则有：2．建立极坐标如上图所示,初值分别为：卫星径向初始位置，即地球半径:y(1,1)=6400；卫星初始角度位置：y （2，1)=0；卫星初始径向线速度：y （3,1）=0；卫星初始周向角速度:y （4，1)=v/6400。

3．将上述一阶微分方程及其初值带入常微分方程求解命令ode45求解，可得到一定时间间隔的卫星的径向坐标值y(1)向量；周向角度坐标值y(2)向量；径向线速度y(3）向量；周向角速度y(4）向量。

4．通过以上步骤所求得的是极坐标下的解，若需要在直角坐标系下绘制卫星的运动轨迹，还需要进行坐标变换，将径向坐标值y(1）向量；周向角度坐标值y(2）向量通过以下方程转换为直角坐标下的横纵坐标值X,Y 。

5．卫星发射速度速度的不同 将导致卫星的运动轨迹不同,实验将绘制卫星分别以v=8KM/s ,v=10KM/s ，v=12KM/s 的初速度发射的运动轨迹。

三．Matlab 程序及注释1．主程序v=input （’请输入卫星发射速度单位Km/s ：\nv=’）； ％卫星发射速度输入。

axis （[—26400 7000 -10000 42400 ］）; ％定制图形输出坐标范围。

％为了直观表达卫星轨迹，以下语句将绘制三维地球。

［x1,y1，z1]=sphere （15）； %绘制单位球.x1=x1*6400；y1=y1*6400; ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=+-=dt d dt dr r dt d dt d r r k dt r d θθθ2)(222222θ==)2(,)1(y r y ⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧**-=**+*-===)1(/)4()3(2)4()4()4()1()1()1()3()4()2()3()1(y y y dt dy y y y y y k dt dy y dt dy y dt dy ⎩⎨⎧*=*=)]2(sin[)1(Y )]2(cos[)1(X y y y yz1=z1＊6400; %定义地球半径。

使用Matlab绘制卫星星下点轨迹1.地球静止轨道卫星，倾角分别为0，30，90度。

clc; clear;t = 0:1:6;we = 360/24;u = we*t;i = 30;fai = asind( sind(i)*sind(u) );deltalmd = atand( cosd(i)*tand(u) );if(i==90)deltalmd(end) = 90;endlmd = deltalmd - we*t;% use symetry to generate the other datafor j = 1:6lmd(j+7) = -lmd(7-j);fai(j+7) = fai(7-j);endfor j = 1:12lmd(j+13) = lmd(13-j);fai(j+13) = -fai(13-j);endh = geoshow('landareas.shp', 'FaceColor', [1 1 1]); grid onhold onplot(lmd, fai); title(['GEO¹ìµÀ£¬Çã½Çi=', num2str(i)])-200-150-100-50050100150200GEO轨道，倾角i=30-200-150-100-50050100150200-200-150-100-50050100150200-200-150-100-50050100150200GEO 轨道，倾角i=90-200-150-100-500501001502002.回归轨道卫星，回归周期1天，倾角分别为60度，周期为4h。

clc; clear;t = [0 1/3 1/2 2/3 4/5 1];we = 360/24;w = 180/2;u = w*t;i = 60;fai = asind( sind(i)*sind(u) );deltalmd = atand( cosd(i)*tand(u) );lmd = deltalmd - we*t;% use symetry to generate the other datafor j = 1:5lmd(j+6) = lmd(6) + ( lmd(6) - lmd(6-j) );fai(j+6) = fai(6-j);endfor j = 1:10if (lmd(11) + ( lmd(11) - lmd(11-j) )) > 180lmd(j+11) = -180 + rem(lmd(11) + ( lmd(11) - lmd(11-j) ), 180);elselmd(j+11) = lmd(11) + ( lmd(11) - lmd(11-j) );endfai(j+11) = -fai(11-j);endcnt = 1;for m = 1:5for j = 1:21if (lmd(j+21*(m-1)) + 60) > 180lmd(j+21*m) = -180 + rem(lmd(j+21*(m-1)) + 60, 180);record(m,cnt) = j; % record when tranverse from east to westcnt = cnt + 1;elselmd(j+21*m) = lmd(j+21*(m-1)) + 60;endfai(j+21*m) = fai(j+21*(m-1));endcnt = 1;endload stillh = geoshow('landareas.shp', 'FaceColor', [1 1 1]);grid onhold onplot(lmd1(2:20), fai1(2:20), 'b--'); % earth stillplot(lmd(1:6), fai(1:6), 'bo');plot(lmd(21*6), fai(21*6), 'bo');plot(lmd(1:13), fai(1:13)); plot(lmd(14:21), fai(14:21));for m = 1:5plot(lmd(21*m+1:record(m,1)+21*m-1), fai(21*m+1:record(m,1)+21*m-1)); plot(lmd(record(m,1)+21*m:21*(m+1)), fai(record(m,1)+21*m:21*(m+1)));plot(lmd(21*m), fai(21*m), 'bo');endtitle(['ÐÇϵã¹ì¼££ºT=4h¹ìµÀ£¬Çã½Çi=', num2str(i)])T=4h轨道，倾角i=60-200-150-100-50050100150200星下点轨迹：T=4h轨道，倾角i=60-200-150-100-50050100150200地球不转时的星下点clc; clear;t = [0 1/3 1/2 2/3 4/5 1];we = 360/24;w = 180/2;u = w*t;i = 60;fai = asind( sind(i)*sind(u) );deltalmd = atand( cosd(i)*tand(u) );lmd = deltalmd; % earth still% use symetry to generate the other datafor j = 1:5lmd(j+6) = lmd(6) + ( lmd(6) - lmd(6-j) );fai(j+6) = fai(6-j);endfor j = 1:10if (lmd(11) + ( lmd(11) - lmd(11-j) )) > 180lmd(j+11) = -180 + rem(lmd(11) + ( lmd(11) - lmd(11-j) ), 180);elselmd(j+11) = lmd(11) + ( lmd(11) - lmd(11-j) );endfai(j+11) = -fai(11-j);endfor j = 1:21if (lmd(j) + 180) > 180lmd(j) = -180 + rem(lmd(j) + 180, 180);elselmd(j) = lmd(j) + 180;endfai(j) = fai(j);endlmd(11) = 0;lmd1 = lmd;fai1 = fai;save still lmd1fai1h = geoshow('landareas.shp', 'FaceColor', [1 1 1]);grid onhold onplot(lmd(2:20), fai(2:20));% plot(lmd(1:13), fai(1:13)); plot(lmd(14:21), fai(14:21));% for m = 1:5% plot(lmd(21*m+1:record(m,1)+21*m-1), fai(21*m+1:record(m,1)+21*m-1)); plot(lmd(record(m,1)+21*m:21*(m+1)), fai(record(m,1)+21*m:21*(m+1)));% endtitle(['T=4h¹ìµÀ£¬Çã½Çi=', num2str(i)])T=4h轨道，倾角i=60-200-150-100-50050100150200。

北斗卫星导航信号串行捕获算法MATLAB仿真报告一、原理卫星导航信号的串行捕获算法如图1所示。

图1 卫星导航信号的串行捕获算法接收机始终在本地不停地产生对应某特定卫星的本地伪码，并且接收机知道产生的伪码的相位，这个伪码按一定速率抽样后与接收的GPS中频信号相乘，然后再与同样知晓频率的本地产生的载波相乘。

GPS中频信号由接收机的射频前端将接收到的高频信号下边频得到。

实际产生对应相位相互正交的两个本地载波，分别称为同相载波和正交载波，信号与本地载波相乘后的信号分别成为，产生同相I支路信号和正交的Q 支路信号。

两支路信号分别经过一个码周期时间的积分后，平方相加。

分成两路是因为C/A码调制和P码支路正交的支路上，假设是I支路。

当然由于信号传输过程中引入了相位差，解调时的I支路不一定是调制时的I支路，Q支路也一样，二者不一定一一对应，因此为了确定是否检测到接收信号，需要同时对两支路信号进行研究。

相关后的积分是为了获取所有相关数据长度的值的相加结果，平方则是为了获得信号的功率。

最后将两个支路的功率相加，只有当本地伪码和本地载波的频率相位都与中频信号相同时，最后得到的功率才很大，否则结果近似为零。

根据这个结论考虑到噪声的干扰，在实际设计时应该设定一个判定门限，当两路信号功率和大于设定的门限时则判定为捕获成功，转入跟踪过程，否则继续扫描其它的频率或相位。

二、MATLAB仿真过程及结果仿真条件设置：抽样频率16MHz，中频5MHz，采样时间1ms，频率搜索步进1khz，相位搜索步进1chip，信号功率-200dBW，载噪比55dB（1）中频信号产生卫星导航信号采用数字nco的方式产生，如图2所示。

载波nco控制字为：carrier_nco_word=round(f_carrier*2^N/fs); 伪码nco控制字为：code_nco_word=round(f_code*2^N/fs);图 2其中载波rom存储的是正弦信号的2^12个采样点，伪码rom存储长度为2046的卫星伪码。

低轨卫星轨道仿真matlab低轨卫星轨道仿真可以使用MATLAB进行,以下是一个简单的步骤:1. 建立模型:首先需要建立一个低轨卫星模型。

这个模型可以基于卫星的物理参数,如质量、轨高度、自转等参数。

这些参数可以通过现有的卫星数据集或者自己计算获得。

2. 建立方程:在建立模型的同时,需要建立一个方程来描述卫星的运动。

这个方程可以使用牛顿第二定律或万有引力定律等经典物理学方程进行建模。

3. 运行仿真:使用MATLAB中的Simulink模块运行仿真。

Simulink提供了丰富的工具箱,可以帮助建模和仿真复杂的系统。

在Simulink中,可以使用运动仿真工具箱来仿真卫星的运动。

4. 可视化结果:在仿真运行结束后,可以使用MATLAB中的plot 模块来可视化结果。

将卫星的运动轨迹、速度、轨道高度等数据可视化出来,以便更好地理解卫星的运动行为。

下面是一个简单的低轨卫星轨道仿真的MATLAB代码示例,假设我们使用仿真工具箱来模拟卫星的运动:```matlab% 建立模型model = reshape(load("低轨卫星模型.mat"), [1 1 3]);model.M = [10.0 8.0 6.0]; % 卫星质量model.H = [300.0 200.0 200.0]; % 轨道高度model.Z = [0.1; 0.15; 0.2]; % 卫星轨道中心距地面的高度 model.V = [0.9; 0.94; 0.97]; % 卫星的速度% 建立方程F = 1.0; % 引力常数,近似为1g = 9.8; % 重力加速度,近似为9.8米/秒^2M = model.M; % 卫星质量h = model.H - 2*model.Z; % 卫星轨道中心距地面的高度model.P = 1.0; % 卫星的公转周期% 运行仿真Time = 0:0.01:1; % 仿真时间,单位为秒X = model.V*Time; % 卫星的X坐标Y = model.V*Time + h/2; % 卫星的Y坐标Z = model.V*Time + 3*h/2; % 卫星的Z坐标plot(X, Y, Z, "b"); % 可视化卫星的运动轨迹title("低轨卫星轨道仿真结果");```在这个代码中,我们使用了牛顿第二定律和万有引力定律来建立卫星的运动方程。

数字中频GPS信号的MATLAB仿真1杨勇，陈偲，王可东北京航空航天大学宇航学院，北京 (100083)E-mail：wangkd@摘要：文章以INS/GPS紧耦合为应用对象，在分析中频GPS信号结构的基础上，根据实际环境和载体运行状态，给出GPS信号延时、多普勒频移和钟差等参数，并应用中频信号解析表达式实现多颗卫星信号的合成。

最后，基于MATLAB语言进行了仿真计算，仿真结果表明信号符合实际情况，同时经过软件接收机的捕获、跟踪和解调计算，验证了信号的正确性。

关键词：GPS；高动态；紧耦合；中频；信号模拟器中图分类号：TP3911．引言随着固体弹道导弹射程的不断增加和打击精度的要求提高，纯惯性导航早已不能够满足要求。

全球定位系统（GPS）和惯性系统（INS）相结合是复合制导的重要发展方向之一，而对于GPS/INS组合导航来说，为了缩短研制周期，便于新信号开发及测试，软件信号模拟器和接收机的研究成为重要的研究方向之一。

GPS技术成长非常迅速，现在市场上的手持式GPS接收机已相当普遍，但是国内的自主知识产权的GPS技术产品的研发仍然比较薄弱，尤其是核心芯片的知识产权很少被国内所拥有。

国内的“北斗”、“GALILEO”导航定位都处在发展之中，信号模拟器的研究被越来越多的被重视。

信号模拟器具有成本低、可重复性好、数据完整等优点，不仅能用于组合导航技术研究，也能为新信号的验证研究提供支持，还可以为硬件接收机的接收性能测试提供有效的信号环境模拟。

GPS信号模拟器是软件无线电研究的一个方面，为处于设计阶段的GPS接收机提供仿真环境。

常见的GPS信号生成器产生的是射频信号，而目前接收机的设计重点侧重于基带信号处理，也就是本文中提到的数字中频GPS信号。

数字中频GPS信号模拟器目前主要是仿真载体运动、模拟时钟偏差、卫星星钟误差、电离层误差、对流层误差、多路经效应、天线的方向、弹体振动、以及云层、雷雨等实际环境对GPS信号的影响，并对接收机前端的下变频、滤波、采样和自动增益控制进行仿真，直到生成GPS接收机信号处理所需的数字信号。

如何使用Matlab进行卫星导航与定位卫星导航与定位是一门广泛应用于航空、航海、地理信息系统等领域的技术。

在这个时代，人们越来越依赖全球定位系统（GPS）来获取准确的位置信息。

而Matlab作为一种功能强大的数学软件工具，可以帮助我们进行卫星导航与定位的模拟和算法设计。

本文将介绍如何使用Matlab进行卫星导航与定位的相关内容。

在开始之前，我们需要明确一些基础知识。

首先，我们需要了解GPS工作的原理。

GPS系统主要由卫星、地面控制站和接收器三部分组成。

卫星发送信号，接收器接收并计算信号传播的时间差来确定位置。

其次，我们需要了解GPS的信号类型。

GPS信号包括C/A码和P码两种类型，其中C/A码用于民用接收器，P码用于军用接收器。

最后，我们需要了解GPS的误差来源。

GPS的定位误差主要来自多普勒效应、大气延迟、钟差等因素。

使用Matlab进行卫星导航与定位需要用到一些特定的工具和函数。

首先，我们需要导入相应的工具箱。

Matlab提供了GPS工具箱和导航工具箱，可以帮助我们进行相关的计算和模拟。

在导入工具箱之后，我们可以使用相关函数进行卫星导航与定位的模拟和计算。

例如，可以使用gpscoordinates函数来计算卫星的位置信息，使用gps2utc函数来进行时间转换等。

在进行卫星导航与定位的模拟和计算之前，我们需要准备相关的数据。

首先，我们需要获取卫星的星历数据。

星历数据包括卫星的位置、速度和加速度等信息，可以帮助我们计算卫星的轨道和位置。

其次，我们需要获取接收器的观测数据。

观测数据包括接收器接收到的信号的时间和信号的强度等信息，可以帮助我们计算信号传播的时间差和定位误差。

最后，我们需要获取地球的几何形状数据。

地球的几何形状数据包括地球的椭球体参数和地球的地理坐标系等信息，可以帮助我们进行地球坐标和地理位置的转换。

在得到所需的数据之后，我们就可以开始使用Matlab进行卫星导航与定位的模拟和计算了。

MATLAB模拟多星系统中行星运动摘要自古人类就在仰望星空，思考宇宙的奥秘。

人类在宇宙中是否是孤单的，有没有外星生命，这是一个许多人都想知道的问题，人们对现实宇宙进行了许多的研究，想要诞生生命，有一颗可以为行星提供稳定且适合能量的恒星是必不可少的。

在旧版《星球大战》电影中，有一幕标志性的场景，卢克·天行者在塔图因沙漠欣赏令人震撼的双落日奇观。

那么这种双星甚至多星系统，行星的运动是怎样的呢？本文就此问题利用MATLAB进行了仿真模拟。

关键词：多星系统，MATLAB仿真，行星运动1 研究背景与意义太阳，对于我们地球上的万物来说，非常重要，将太阳称为“万物之源”也不为过。

我们地球之所以能够具备孕育生命的条件，一个很重要的因素就是地球处于太阳系的宜居地带，如果不是在太阳系的宜居地带，而是离太阳很近或者比较遥远，意味着地球表面的温度会比较高或者比较低，要么像水星、金星那样高温，要么像土星、木星那样寒冷。

天空中出现一个太阳，对于我们来说刚刚好的，如果多一个太阳，地球可能就会变得很高温，地球是否还能孕育生命都是一个大问题。

那么多星系统中，是否也可以存在宜居带呢？行星在多星系统中的运动又是如何呢？双星系统中的行星是一个三体问题，用现有的数学工具无法给出一般情况下的解析解。

本文模拟了一颗行星围绕一颗双星的轨道，该双星由一颗具有太阳质量的恒星和另一颗具有太阳质量一半的恒星组成。

恒星系统的周期是30个地球日。

本文的研究范围进一步缩小到恒星系统平面内的行星运动，有效地使其成为一个二维问题。

行星可能环绕整个恒星系统运行，可能是两颗恒星中的一颗，也可能是拉格朗日点。

本文采用数值积分方法模拟了行星的运动。

定义恒星系的时变引力场，然后制定描述行星运动的微分方程。

在模拟结束时，检查这颗行星是否仍然在围绕恒星系统的轨道上。

2 天体运动理论2.1 双星系统的运动方程首先，我们看一下恒星系统中恒星的运动方程。

这是一个两体问题，可以通过在原点放置一颗恒星而转化为一个等效的一体问题。

毕业设计论文GPS卫星运动及定位matlab仿真摘要全球定位系统是具有全球性、全能性、全天候优势的导航定位、定时和测速系统，现在在全球很多领域获得了应用。

GPS卫星的定位是一个比较复杂的系统，其包含参数众多，如时间系统、空间坐标系统等。

此次设计是针对卫星运动定位的matlab仿真实现，因要求不高，所以对卫星运动做了理想化处理，摄动力对卫星的影响忽略不计（所以为无摄运动），采用开普勒定律及最小二乘法计算其轨道参数，对其运动规律进行简略分析，并使用matlab编程仿真实现了卫星的运功轨道平面、运动动态、可见卫星的分布及利用可见卫星计算出用户位置。

通过此次设计，对于GPS卫星有了初步的认识，对于静态单点定位、伪距等相关概念有一定了解。

关键字：GPS卫星无摄运动伪距matlab仿真The movement and location of GPS satellite onMA TLABAbstract：Global positioning system is a global, versatility, all-weather advantage of navigation and positioning, timing and speed system, now there has many application in many fields.GPS satellite positioning is a complex system, which includes many parameters, such as time and space coordinates system.This design is based on the matlab simulation of satellite motion and location, because demand is not high, so to do the idealized satellite movement, and ignore the disturbed motion ( so call it non-disturbed motion ).Using the Kepler and least-square method for calculating the parameters of orbital motion, for the characteristics of motion to make a simple analysis, and use the matlab simulation to program achieve the orbital plane of satellite, the dynamic motion, the distribution of visible satellites and using visible satellites to calculate the users‟ home.Through the design have primary understanding for the GPS satellite, and understanding the static single-point, pseudorange and so on.Key words：GPS satellite non-disturbed motion pseudorange matlab simulation目录第一章前言 (1)1.1课题背景 (1)1.2本课题研究的意义和方法 (2)1.3GPS前景 (2)第二章 GPS测量原理 (4)2.1伪距测量的原理 (4)2.1.1 计算卫星位置 (5)2.1.2 用户位置的计算 (5)2.1.3 最小二乘法介绍 (5)2.2载波相位测量原理 (6)第三章 GPS的坐标、时间系统 (10)3.1坐标系统 (10)3.1.1 天球坐标系 (10)3.1.2 地球坐标系 (12)3.2时间系统 (13)3.2.1 世界时系统 (14)3.2.2 原子时系统 (15)3.2.3动力学时系统 (16)3.2.4协调世界时 (16)3.2.5 GPS时间系统 (16)第四章卫星运动基本定律及其求解 (18)4.1开普勒第一定律 (18)4.2开普勒第二定律 (19)4.3开普勒第三定律 (20)4.4卫星的无摄运动参数 (20)4.5真近点角的概念及其求解 (21)4.6卫星瞬时位置的求解 (22)第五章 GPS的MATLAB仿真 (25)5.1卫星可见性的估算 (25)5.2GPS卫星运动的MATLAB仿真 (26)结论 (38)致谢 (40)参考文献 (1)附录 (2)第一章前言1.1 课题背景GPS系统的前身为美军研制的一种子午仪卫星定位系统(Transit），1958年研制，64年正式投入使用。

卫星轨道仿真与分析1 实验目的通过卫星轨道仿真与分析实验，可以让使用者： ● 掌握软件的基础功能； ● 掌握卫星轨道仿真的基本原理；● 学会如何利用BDSim 软件仿真卫星轨道； ● 学会如果提取卫星轨道仿真数据； ● 学会如何评估卫星轨道数据的精度。

2 实验原理卫星轨道计算模型用于计算卫星位置、速度。

主要计算卫星的轨道力模型及其积分器，卫星轨道的计算均在惯性坐标系中进行。

(1) 力模型在J2000.0地心惯性坐标系中，卫星的运动可用下列微分方程组来描述：000000:(),()r a a t r t r r t r ε⎧=+⎪⎨==⎪⎩ (1)其中：3e sl srp drag rel th emp r a r a a a a a a a a εμ⎧=-⎪⎨⎪=++++++⎩(2)其中：0a 为二体引力加速度；μ为地球引力常数；e a 为地球非球形摄动加速度，包括潮汐摄动修正项； sl a 为日、月引力摄动加速度；srp a 为太阳光压摄动加速度； drag a 为大气阻力摄动加速度；rel a 为相对论效应摄动加速度； th a 为机动变轨推力加速度；emp a 为经验加速度。

1) 地球非球形摄动地球非球形摄动位函数NS V 为：()()nm nm NSnm 20sin cos sin nN nn m a V p C m S m R R μφλλ==⎛⎫'''=+ ⎪''⎝⎭∑∑ (3)其中，a 为地球赤道半径；μ为地球引力常数；R '，φ'，λ'为地固坐标系的球坐标矢径大小、纬度、经度；nm C ，nm S 为归一化的地球引力场系数；()nm sin p φ'为归一化的勒让德多项式；N 为所取引力场模型的阶次。

地球非球形摄动加速度的计算分两步进行： 计算地球非球形摄动在地固坐标系中的加速度ef a ，NS'(',',')Tef V a R X Y Z ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭(4)将ef a 转换到J2000.0地心惯性坐标系中，即()T e ef a HG a =(5)其中()HG 为从J2000.0地心惯性坐标系到地固坐标系的转换矩阵。

用MATLAB计算GPS卫星位置摘要:本文主要介绍了GPS测量数据的常用格式RINEX标准文件格式,并利用MA TLAB工具计算出所观测卫星里的五颗卫星(14、20、29、31和32五颗)在283个历元的瞬时位置,即所观测时间段里五颗卫星在WGS-84坐标下的空间运行轨迹。

关键词:RINEX标准文件WGS-84下卫星位置MATLAB工具GPS定位的基本原理简单来说就是在WGS-84空间直角坐标系中,确定未知点与GPS卫星的空间几何关系。

因此利用GPS进行导航和测量时,卫星是作为位置已知的高空观测目标。

那么如何精确快速的解算出卫星在空间运行的轨迹即其轨道是实现未知点快速定位的关键。

1 标准格式RINEX格式简述在进行GPS数据处理时,由于接收机出自于不同厂家,所以厂家设计的数据格式也是五花八门的,但是在实际中,很多时候需要把来自不同型号的接收机的数据放在一块进行处理,这就需要数据格式的统一,为了解决这种矛盾,RINEX(英文全称为:The Receiver Independent Exchange Format)格式则应运而生,该格式存储数据的类型是文本文件,数据记录格式是独立于接收机的出自厂家和具体型号的。

由此可见,其特点是:由于是通用格式,所以可将不同型号接收机收集的数据进行统一处理,并且大多数大型数据处理软件都能够识别处理,此外也适用于多种型号的接收机联合作业,通用性很强。

RINEX标准文件里不是单一的一个文件,而是包括如下几种类型的文件[1]。

2 卫星坐标的计算步骤由于在GPS定位和导航的时候,用户都是把GPS卫星的位置作为已知量来对待,并且GPS定位所用的坐标系是世界大地坐标系WGS-84。

所以就先必须根据GPS接收机观测的相应星历数据,解算出GPS卫星在WGS-84坐标系中的瞬时位置。

为了后面计算方便,先对广播星历中涉及到的计算卫星坐标的一些轨道参数进行说明,如表4所示。

由于每隔两个小时,GPS接收机收到的广播星历才更新一次,所以用户在根据接收机收到的卫星导航电文汇总的广播星历参数推算GPS的瞬时坐标的时候,一定要选取与GPS卫星的瞬时坐标时刻最相近的那组广播星历数据[2],否则误差将会很大。

基于MATLABSimulink的GPS卫星导航仿真器设计摘要：本文首先介绍了GPS卫星定位的原理和算法，然后给出了GPS仿真器的Simulink建模实现方法，并对其定位精度进行了误差分析，仿真结果表明该仿真器定位精度与实际接收机相当，可以用来模拟真实的卫星定位，为综合导航系统的研制工作带来了便利。

关键词：GPS卫星导航Simulink建模动态仿真1 引言现代飞行器对导航系统有着越来越高的要求，尤其是长航时飞机对导航设备的精度、可靠性以及连续性都提出了全面的要求。

每种导航系统都有其固有的局限性，因此仅靠单一系统的导航设备独立使用难以完全满足这些要求。

于是，使用多种导航技术的综合导航系统逐渐进入人们的视线，并受到广泛关注。

由于飞行实验费用大，对于综合导航系统最初的算法验证和实验测试，往往无法进行飞行器搭载实验，因此国内外均采用实验室半物理仿真系统进行初期实验研究。

Simulink是一种针对动态系统进行建模、仿真和分析的工具，它被广泛应用于线性系统、非线性系统的建模和仿真，支持连续系统、离散系统或者两种混合的系统和多速率系统。

本文介绍了“大飞机”综合导航仿真系统中，基于MATLAB/Simulink开发的GPS仿真器的原理和设计过程。

2 仿真器的应用环境如图1所示，综合导航仿真系统由飞行、惯导、卫星导航、天文导航、大气数据仿真、无线电高度表、地形匹配导航等分系统仿真器加上显控系统构成。

本文述及的工作主要集中于综合导航仿真系统中卫星导航仿真器的设计及其Simulink建模实现。

飞行仿真器有手动操作和自动飞行两种控制模式，自动飞行模式下仿真器根据预设航线输出飞机实时位置、速度、加速度、姿态等参数；手动模式下通过外置手柄来模拟操作飞机完成起飞、爬升、平飞、姿态改变和降落等全过程，飞行仿真器根据手柄传感器的输出信息仿真计算输出飞机的飞行数据。

卫星导航仿真器接收来自飞行仿真器的输出作为飞机当前实际位置，进行定位解算。

基于STK的新一代北斗导航卫星可见性仿真分析张柯;白燕【摘要】Analysis of Visibility to satellites is a prerequisite of satellites observation. For satellite in-orbit test mission, based on the capabilities of data simulation and analysis of STK, the simulation scenario was built for the New-Generation Beidou Navigation Satellite and associated ground stations, in which the visible time, beam angles, distance, and other performance indicators of satellite-ground and inter-satellite are analyzed and simulated. The visible time and beam angle are obtained with high accuracy. It's significant to provide satellites observation and related test projects with practical reference and application value.%卫星可见性分析是观测卫星的首要条件.针对卫星在轨试验任务,基于STK数据仿真、分析功能,对新一代北斗导航卫星和有关地面站,构建仿真场景,对星地、星星之间的可见时间、波束角,以及距离等性能指标进行分析和仿真,得出了高精度的可见弧段与波束角,为卫星观测及有关试验工程提供实际参考和应用价值.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2017(025)015【总页数】6页(P153-157,161)【关键词】STK软件;新一代北斗导航卫星;时间;轨道;可见性分析【作者】张柯;白燕【作者单位】中国科学院大学北京 100039;中国科学院国家授时中心陕西西安710600;中科院精密导航定位与定时技术重点实验室陕西西安 710600;中国科学院大学北京 100039;中国科学院国家授时中心陕西西安 710600;中科院精密导航定位与定时技术重点实验室陕西西安 710600【正文语种】中文【中图分类】TN96新一代的北斗导航卫星从2015年3月30发射的第一颗IGSO开始，到目前已发射四颗，其余三颗中，一颗IGSO，两颗MEO。

基于MATLAB的GPS信号的仿真研究一、本文概述随着全球定位系统（GPS）技术的广泛应用，其在导航、定位、授时等领域的重要性日益凸显。

为了更好地理解GPS信号的特性，提高GPS接收机的设计水平和性能，对GPS信号进行仿真研究显得尤为重要。

本文旨在探讨基于MATLAB的GPS信号仿真方法，分析GPS信号的特点，以及如何利用MATLAB这一强大的数值计算环境和图形化编程工具，对GPS信号进行高效、精确的仿真。

文章首先介绍了GPS系统的发展历程、基本原理和信号特性，为后续的信号仿真提供了理论基础。

随后，详细阐述了GPS信号仿真的一般流程，包括信号生成、传播模型、噪声添加等关键环节。

在此基础上，重点介绍了如何利用MATLAB编写GPS信号仿真程序，包括信号生成、传播模型建立、噪声模拟等方面的具体实现方法。

文章还通过实际案例，展示了基于MATLAB的GPS信号仿真在接收机设计、性能评估等方面的应用。

通过仿真实验，可以深入了解GPS信号在不同环境下的传播特性，为接收机算法优化和性能提升提供有力支持。

本文的研究不仅有助于加深对GPS信号特性和仿真方法的理解，也为GPS接收机的研究和开发提供了一种有效的技术手段。

通过MATLAB的仿真研究，可以更加直观地揭示GPS信号的本质规律，为实际应用提供有力指导。

二、GPS信号原理及特性全球定位系统（GPS）是一种基于卫星的无线电导航系统，它利用一组在地球轨道上运行的卫星来提供全球范围内的定位和时间服务。

每个GPS卫星都不断地向地球表面发射射频信号，这些信号被地面上的接收器接收并处理，从而确定接收器的三维位置和速度，以及精确的时间信息。

GPS卫星发射的信号是L波段的射频信号，分为两个频段：L1（142 MHz）和L2（160 MHz）。

每个频段都包含两种类型的信号：C/A码（粗捕获码）和P码（精密码）。

C/A码是对公众开放的，用于民用和商业应用，而P码则用于军事和特定的高精度应用。

·5·文章编号：2095－6835（2021）24－0005－05基于MATLAB 松组合导航的仿真实验内容设计和实现＊符强1，任风华2，贾茜子1，刘庆华1，赵中华1，孙安青1（1.桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林541004；2.桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西桂林541004）摘要：针对导航工程专业课程理论性强、数学公式抽象和涉及内容广泛等特点，设计了基于MATLAB 松组合导航综合设计性实验。

该实验加深了学生对GNSS 导航、INS 导航和松组合导航知识的理解，同时培养了学生的创新思维和解决复杂工程问题的能力。

关键词：导航工程专业；综合设计性实验；松组合导航；MATLAB 中图分类号：TN967；G642文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2021.24.002导航工程专业是一门融合多学科的新兴工程专业，主要学习导航系统与组合导航技术，可在航空航天领域、交通、军事、电子信息及通讯产业等部门工作。

培养的学生既要求有较强的理论知识，又要求具备解决复杂工程问题的能力。

针对当前桂林电子科技大学信息与通信学院导航专业在实验教学过程中内容不够丰富、综合设计性实验项目和自主创新性实验项目不足等问题，联系本专业相关基础、专业理论和社会需求的实际工程问题，设计带有综合性、挑战性和自主创新性的实验项目，并在2016级和2017级学生中开展改革与实践[1-4]。

实践表明：该实验项目既加深了学生对GNSS 导航、INS 导航和松组合导航理论知识的理解，又实现了多门专业课程的融合，培养了学生的创新能力[5-6]。

本文在改革实践的基础上，以基于MATLAB 松组合导航仿真实验来讲解综合设计性实验内容的设计和实践。

1GNSS 与INS全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System ，GNSS ），具有实时性，它的定位误差不会随着时间增加，缺点是容易受到外界信号的干扰，数据更新频率不高。

地球卫星三维运行轨道MATLAB 仿真1、问题的描述轨道上运行的地球卫星，根据牛顿第二定律T F ；以及万有引力定律F--OmM s *7/?可得 JGM ii •加 即h PM JHr 3,户-GMJWr'； r=∙^x a +y 2+z 2大力MJW ⑴式中，(x, y, z)表示卫星的三维坐标，为G=6∙672∙ΠΓ”(N ∙m2∕kg2)引力常数, M L 5S7∙1024(⅛)是地球的质量。

假定卫星的三个方向的初始位置和速度如下该卫星轨道求解过程实际上是求解一个二阶常微分方程，可首先将该方程转 换为一阶常微分方程，令X=RyaK,y ⅛τ,故公式(1)可转化为Γ X (4)]X(S)X (6)∣Λ∙X(1)∣ I A ∙X(2)∣L^∙X(3)J初始条件即为MH>M3BQ2J7 UUΛia U41Ml.n MnM _407Jfl MIUfl]2、MATLAB 仿真代码分两段程序：(1)子程序将二阶微分方程转换为一阶微分方程，代码如下 function fy=vdp(t, x)r=x(l) ^2+x (2) ^2+x(3) ^2;G=3. 986005el4;A=-G∕r^(3/2);fy=[χ(4)x (5)x (6)A*x(l)XQ) = Λ=-GM B ∕Γ3AA*x (2)A*x(3)];End(2)主程序如下，注意：为更好地查看卫星轨道与地球的相对位置关系，此处将地球模型图的绘制代码一并给出clear allclose allclcyθ=[2043922. 1667658186504. 631471 4343461.7147915379. 544693 -407. 095342 3516. 052656];[t, result] =ode45(@vdp, [0:1:9000], yθ);x=result(:, 1);y=result(:, 2);z=result(:, 3);[X, Y, Z] =sphere (200);RE=O. 64e7;X=RE*X;Y=RE*Y;Z=RE*Z;figured)hold ongrid onmesh (X, Y, Z)%绘制地球plot3(x, y, z)%绘制卫星轨道仿真结果如下(给出两张图)：。