作业报告卫星坐标计算.docx

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作业报告卫星坐标计算

GPS卫星导航定位技术与方法作业报告之

卫星坐标计算

1作业任务------------------------------------------------------------------------------------3

2作业思想---------------------------------------------------------------------------------------3

3作业条件及数据--------------------------------------------------------------------3

4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

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：

星历参数

参数值

参数含义

Δn

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

t0e

4.60800000000E+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t0e的平近点角（弧度）

e

1.25958691351E-02

轨道偏心率

ω

-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

i0

9.37690094716E-01

参考时刻的轨道倾角（弧度）

Ω

-7.91890109042E-09

升交点赤经的变率（弧度/s）

Ω0

1.93198315097E+00

GPS周开始时刻的升交点经度（弧度）

4作业过程

（10）升交点经度：

λt=Ω0+（Ω-ωe）（t-t0e）-ωet0e

式中：

ωe为地球自转角速度，ωe=7.2921151467×10-5rad/s；Ω为升交点赤经变化率，Ω0为GPS周开始时刻的升交点经度，Ω和Ω0均由星历文件给出；t0为参考时刻，一般取t0=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：

式中：

，

为旋转矩阵，将其代入并展开后得

5源程序

#include

#include

#include

#include

#include

constintk=20;//历元数

doubleX[k],Y[k],Z[k];//计算所得卫星坐标

constdoubleGM=3986004.418E8;//地球引力常数

constdoublewe=7.2921151467E-5;//地球自转角速度

doubledn,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

voidInput（）

{

ifstreamf1（"广播星历参数.txt"）;

if（!

f1）

{

cerr<<"广播星历参数.txtfilenotopen!

"<

exit

（1）;

}

f1>>dn;

f1>>a05;

f1>>t0e;

f1>>M0;

f1>>e;

f1>>w;

f1>>Cuc;

f1>>Cus;

f1>>Crc;

f1>>Crs;

f1>>Cic;

f1>>Cis;

f1>>IDOT;

f1>>i0;

f1>>WMG;

f1>>WMG0;

f1.close（）;

}

//卫星坐标计算

voidCompute（doublet,intk）

{

doublen0,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

{

Ek=Mk+e*sin（E0）;

E0=Ek;

}while（Mk+e*sin（E0）-E0>=1e-8）;

//（）计算真近点角Vk：

doublev1=sqrt（1-e*e）*sin（Ek）;

doublev2=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+IDOT*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：

X[k]=xk*cos（Lt）-yk*cos（ik）*sin（Lt）;

Y[k]=xk*sin（Lt）+yk*cos（ik）*cos（Lt）;

Z[k]=yk*sin（ik）;

}

voidmain（）

{

Input（）;

for（inti=0;i

{

doublet=t0e+i*60;

Compute（t,i）;

}

cout<<"历元/s卫星号X/mY/mZ/m卫地距离"<

for（i=0;i

{

cout.precision（11）;

cout<

}

//输出结果到“卫星坐标计算结果.txt”

ofstreamoutfile;

outfile.open（"卫星坐标计算结果.txt"）;

if（outfile.is_open（））

{

outfile<<"历元/s卫星号X/mY/mZ/m卫地距离"<

for（inti=0;i

{

outfile.precision（11）;

outfile<

}

}

outfile.close（）;

}

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

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

-14478646.186

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

-15568726.765

16451914.911

14133905.053

462000

7

-15672091.358

16471279.797

13991379.245

7心得体会与建议

此次作业是本学期“GPS卫星导航定位技术与方法”课程的第一次编程实践作业。

在学习了教材第三章“卫星轨道运动及卫星坐标计算”之后，初步对卫星坐标计算有一定认识，担不是很深刻。

开始此次作业时，又温习了一遍这个部分的内容，进一步理解勒表示卫星位置的一些参数和量，还有计算的过程和步骤，然后根据已知条件从GPS导航文件中提取出计算所需的广播星历计算参数，按照程序导入文件要求的相应格式输入到txt文本中，作为导入已知数据准备。

在编程的过程中，由于去年摄影测量课程的编程基础，感觉编写的代码还算得心应手，没有遇到什么特别大的困难。

不过有些小地方出错，例如：

1.忘记调用导入已知数据的子程序；2.还有计算过程中，求弧度值的反正切涉及的函数选择问题，一开始使用的是tan（）函数，但是这个函数不能很好解决弧度区间的问题，以至计算错误，后来改用了tan2（）函数便解决这个问题；3.当解决了前两个问题，调用函数之后对比计算结果与教材中计算结果，发现差别很大，于是又找原因，在与同学的交流之后才发现原来是书上的地球自转角速度we的数量级写错了，不是12而是-5，改正之后再次调用，得到正确的计算结果，总算完成了作业的主要任务。

完成此次作业的过程中，不仅加深了对该部分内人的理解和记忆，也提供机会使我们对c++编程更为熟悉。

这次作业最大的收获，不只是完成了作业任务，从中我也体会了不少，自己以后应该更加耐心，出现错误不要紧，要学会细心找原因然后解决问题，同时，多和老师同学交流一定是有益的，多学习别人的思想的优处，多反思自己的缺陷。

也感谢老师让我们又锻炼了一次。

谢谢老师的审阅！

辛苦了！

O（∩_∩）O