Файл: Учебное пособие ( Лабораторный практикум на компьютере ) Київ 2008 1.pdf

Скачать файл (4,49Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.01.2024

Просмотров: 331

Скачиваний: 5

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

Функция gln_a function [ ] = gln_a(A_PZ90_KM, ns, n0, ti_current, time_s0, alm_gln, timeUTC_leap, fid); %Имя функции:gln_a %Функция формирует альманах ГЛОНАСС в формате YUMA. Данные альманаха ГЛОНАСС соот- ветствуют %данным альманаха ГЛОНАСС, записанным приемником СН 4701 и преобразованным в строгом со- ответствии %интерфейсному контрольному документу ГЛОНАСС %Постоянные: I_MID = 1.0995574287564; %(double)(PI * 63.0 / 180.0). I_MID - Mean value of an inclination of a plane of orbit of a satellite T_DR_MID = 43200.0; %Mean value a dragon of cycle time of a satellite MU = 398600.44; % (Km^3/cek^2) гравитационная постоянная (constant of a gravitational) OMEGA_Z = 0.7292115e-4; %(рад/cek)- Угловая скорость вращения Земли (Angular speed of rotation of the Earth ) SEC_IN_RAD = 7.2722052166430e-005; %(PI / 43200.0 ) Number radian in second of time 2*PI/(24*3600)=PI/43200 HALF_PI = pi / 2; D7_3 = 7.0 / 3.0; D7_4 = 7.0 / 4.0; D7_6 = 7.0 / 6.0; D7_24 = 7.0 / 24.0; D49_72 = 49.0 / 72.0; nn = fix(ti_current / 86400); ti = ti_current - nn * 86400;%время в секундах i_incl = I_MID + alm_gln(ns).deltai; %наклонение орбиты спутника ГЛОНАСС с номером ns 156 ecc2_1 = 1.0 - alm_gln(ns).ecc * alm_gln(ns).ecc; % t_dr = T_DR_MID + alm_gln(ns).Tdr; % GG24 t_dr = alm_gln(ns).Tdr; %драконический период спутника ГЛОНАСС (данные приемника СН 4701) n_dr = pi * 2 / t_dr; %1. Вычисление полуоси a_n: a_n = semi_axis( A_PZ90_KM, t_dr, i_incl, alm_gln(ns).ecc, alm_gln(ns).omegan); alm_gln(ns).a = a_n; %2. Вычисление t_lambda_k - время пересечения восходящего узла орбиты спутника ГЛОНАСС sin_i = sin(i_incl); cos_i = cos(i_incl); sin_i2 = sin_i * sin_i; cos_i2 = cos_i * cos_i; v = - alm_gln(ns).omegan; % omega_n - angle of a perigee J = -0.00162393855 ; % J = 3/2 *C20; C20=1082.6257 * 10-6; ae_a = A_PZ90_KM / a_n; ae_a2 = ae_a * ae_a; j_ae_a2 = J * ae_a2; omega1 = j_ae_a2 * n_dr * cos_i / (ecc2_1 * ecc2_1); n0_na = (n0 - alm_gln(ns).Na) ; tz = ti - alm_gln(ns).TLambdaN + 86400.0 * n0_na; wk = tz / t_dr; wi = fix(wk); wi2 = wi * wi; t_lambda_kk = alm_gln(ns).TLambdaN + t_dr * wi + alm_gln(ns).dTdr * wi2; t_lambda_k = t_lambda_kk - n0_na * 86400.0 ; lambda_k = alm_gln(ns).LambdaN + (omega1 - OMEGA_Z) * (wi * t_dr + alm_gln(ns).dTdr * wi2) ; %time_s0 - a true sidereal time to Greenwich midnight of date n0 to which time ti concerns %time_s0 - истинное звездное время в текущий момент обсервации time_s0 = 0; time_s = time_s0 * SEC_IN_RAD + OMEGA_Z * t_lambda_k ; omega_0 = lambda_k + time_s; % Auxiliary values: d1 = 1.0 - 1.5 * sin_i2; j_ae_a2_d1 = j_ae_a2 * d1; j_ae_a2_d = j_ae_a2 * (1.0 - 1.5 * sin_i); j_ae_a2_sin_i = j_ae_a2 * sin_i; j_ae_a2_sin_i2 = j_ae_a2 * sin_i2; j_ae_a2_cos_i2 = j_ae_a2 * cos_i2; % 3. Calculation of constants: tau = 0; 157 l = cos(alm_gln(ns).omegan) * alm_gln(ns).ecc; h = alm_gln(ns).ecc * sin(alm_gln(ns).omegan); dop_x = (sqrt(1.0 - alm_gln(ns).ecc) * tan( v / 2.0)); dop_y = sqrt(1.0 + alm_gln(ns).ecc); ee = 2.0 * atan2(dop_x, dop_y ); ma = ee - alm_gln(ns).ecc * sin(ee); ll = ma + alm_gln(ns).omegan; % for (j = 0; j <= 1; j++) for ( j= 1 : 2) sin_l = sin(ll); sin_2l = sin(2 * ll); sin_3l = sin(3 * ll); sin_4l = sin(4 * ll); cos_l = cos(ll); cos_2l = cos(2 * ll); cos_3l = cos(3 * ll); cos_4l = cos(4 * ll); l_cosl = l * cos_l; delta_a(j) = 2.0 * a_n * j_ae_a2_d1 * l_cosl +... j_ae_a2 * sin_i * (0.5 * h * sin_l - 0.5 * l_cosl +... cos(2.0 * alm_gln(ns).LambdaN) + 3.5 * l * cos_3l + 3.5 * h * sin_3l); delta_h(j) = j_ae_a2_d1 * (l * n_dr * tau + sin_3l +... 1.5 * l * sin_2l - 1.5 * h * cos_2l) -... 0.25 * j_ae_a2_sin_i2 * (sin_l - D7_3 * sin_3l +... 5.0 * l * sin_2l - 8.5 * l * sin_4l +... 8.5 * h * cos_4l + h * cos_2l) + j_ae_a2_cos_i2 *... (tau * l * n_dr - 0.5 * l * sin_2l); delta_l(j) = j_ae_a2_d1 * ( - tau * h * n_dr + cos_l +... 1.5 * l * cos_2l + 1.5 * h * sin_2l) -... 0.25 * j_ae_a2_sin_i2 * ( - cos_l - D7_3 * cos_3l -... 5.0 * h * sin_2l - 8.5 * l * cos_4l -... 8.5 * h * sin_4l + l * cos_2l) + j_ae_a2_cos_i2 *... ( - tau * h * n_dr + 0.5 * h * sin_2l); d_omega(j) = j_ae_a2 * cos_i * (tau * n_dr + 3.5 * l * sin_l -... 3.5 * h * cos_l - 0.5 * sin_2l - D7_6 * sin_3l + ... D7_6 * h * cos_3l); delta_i(j) = 0.5 * j_ae_a2_sin_i * cos_i * ( - l * cos_l +... h * sin_l + cos_2l + D7_3 * l * cos_3l + D7_3 * h * sin_3l); delta_ll(j) = 2.0 * j_ae_a2_d *... % 2.0 * j_ae_a2_d1 * (tau * n_dr + D7_4 * l * sin_l -... 158 D7_4 * h * cos_l) + 3 * j_ae_a2_sin_i *... ( - D7_24 * h * cos_l - D7_24 * l * sin_l -... D49_72 * h * cos_3l + D49_72 * l * sin_3l +... 0.25 * sin_2l) + j_ae_a2 * cos_i *... (tau * n_dr + 3.5 * l * sin_l - 2.5 * h * cos_l -... 0.5 * sin_2l - D7_6 * l * sin_3l + D7_6 * h * cos_3l); tau = ti - t_lambda_k; ll = ma + alm_gln(ns).omegan + n_dr * tau; end; % 4. Corrections to orbit elements of a satellite by second zone harmonic J20 % influence at the moments of time ti dda = delta_a(2) - delta_a(1); ddh = delta_h(2) - delta_h(1); ddl = delta_l(2) - delta_l(1); dd_omega = d_omega(2) - d_omega(1); ddi = delta_i(2) - delta_i(1); dd_ll = delta_ll(2) - delta_ll(1); % 5. calculation of influenced elements of orbits at the moment of ti time ai = a_n + dda; hi = h + ddh; li = l + ddl; % ecc_i = alm_gln[ns].ecc; ecc_i = sqrt(hi * hi + li * li); if (ecc_i == 0) w_i = 0; else if (li == ecc_i) w_i = HALF_PI; else if (li == - ecc_i) w_i = - HALF_PI; else if (li = 0) w_i = atan2(hi,li); else w_i = HALF_PI; end; end; end; end; 159 omega_i = omega_0 + dd_omega; ii_incl = i_incl + ddi; ll_z = ma + alm_gln(ns).omegan + n_dr * tau + dd_ll; % ll_z = ma + alm_gln(ns).omegan + n_dr * (ti - t_lambda_k) + dd_ll; mm_i = ll_z - w_i; %-------------------------------------------------- %timeUTC_leap Na = alm_gln(ns).Na; [wGPS,weekday] = week_GLONAS_gps(Na, timeUTC_leap); Yuma(ns).week = wGPS;% - 1024 ;%варианты записи недели Yuma(ns).id = alm_gln(ns).ID + 37; %Запись альманаха ГЛОНАСС в формате YUMA %Заголовок альманаха ГЛОНАСС. В заголовок вынесен номер (литера) частоты- Hn fprintf(fid,'GLO*Week %i almanac for prn-%i NAUHn-%i***** \n',Yuma(ns).week, Yuma(ns).id,alm_gln(ns).Hn); %Номер спутника ГЛОНАСС 1...24. В заголовке номера спутников ГЛОНАСС 38...61. fprintf(fid,'ID: %i\n',Yuma(ns).id-37);% для Planning %fprintf(fid,'ID: %i\n',Yuma(ns).id);% вариант записи номера спутника %Здоровье спутников ГЛОНАСС: 000- здоров Yuma(ns).Health = alm_gln (ns).Health ; if (Yuma(ns).Health > 100) fprintf(fid,'Health: %i\n', Yuma(ns).Health); else if (Yuma(ns).Health > 10) fprintf(fid,'Health: 0%i\n', Yuma(ns).Health); else fprintf(fid,'Health: 00%i\n', Yuma(ns).Health); end; end; %Ексцентриситет орбиты спутника strdop = e_norm( alm_gln(ns).ecc, 9); fprintf(fid,'Eccentricity: %s \n', strdop); %Время, к которому относятся данные орбита спутника ГЛОНАСС, приведенное к началу недели GPS. %При необходимости нужно учесть поправку смещения времени GPS от UTC (в 2006 году- 14 се- кунд) strdop = e_norm((alm_gln(ns).TLambdaN + 86400 * (weekday)),9); fprintf(fid,'Time of Applicability(s): %s \n',strdop); %Наклонение орбиты спутника ГЛОНАСС Yuma(ns).inc = alm_gln(ns).deltai; 160 fprintf(fid,'Orbital Incluation(rad): %11.9e \n',Yuma(ns).inc); %Скорость изменения восходящего узла орбиты спутника ГЛОНАСС strdop = e_norm(omega1,9); fprintf(fid,'Rate of Right Ascen(r/s): %s\n', strdop); %Корень квадратный из большой полуоси орбиты спутника ГЛОНАСС Yuma(ns).sqrt_a = sqrt(a_n * 1000); fprintf(fid,'SQRT(A) (m^1/2): %11.6f \n',Yuma(ns).sqrt_a); %Долгота восходящего узла орбиты спутника ГЛОНАСС strdop = e_norm(omega_i,9); fprintf(fid,'Right Ascen at Week(rad): %s\n', strdop); %Аргумент перигея орбиты спутника ГЛОНАСС strdop = e_norm(w_i,9); fprintf(fid,'Argument of Perigee(rad): %s\n',strdop); %Средняя аномалия спутника ГЛОНАСС strdop = e_norm(mm_i,9); fprintf(fid,'Mean Anom(rad): %s\n', strdop); %Коэффициенты полинома для учета поправок времени strdop = e_norm(alm_gln(ns).tau_n,9); fprintf(fid,'Af0(s): %s\n', strdop); Yuma(ns).Af1 = 0.0; fprintf(fid,'Af1(s/s): %11.9e\n', Yuma(ns).Af1); %Номер недели fprintf(fid,'week: %i \n\n',Yuma(ns).week); %Номер дня от начала недели, к которому относятся данные альманаха Yuma(ns).day = weekday; Функция week_GLONAS_gps function [wGPS,weekday] = week_GLONAS_gps(Na, timeUTC) % Имя функции: week_GLONAS_gps % Функция вычисляет : % Выходные данные: wGPS, weekday. %wGPS -номер GPS- недели, % weekday - день недели (0 - воскресенье, 1 - понедельник, 2 - вторник, 3 - среда, %4 - четверг, 5 - пятница, 6 - суббота. % Входные данные: %Na- номер суток, к которым относятся данные альманаха спутника ГЛОНАСС, отсчитываемые от %ближайшего високосного года % timesUTC -время UTC c начала текущей недели (секунда), %Используемые константы: % сдвиг времени между UTC и системным временем GPS на начало 2004 года %diff_UTC_GPS = 13;(до конца 2005 года) diff_UTC_GPS = 14;%(с 2006 года) 161 %количество дней в месяцах DnMon = [31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31]; % юлианский день начала отсчета недели GPS на ноль часов UTC c 5 на 6 % января 1980 года: wGPS_0 = 2444244.5; % Расчет номеров юлианского дня и дня года, от которого отсчитываются дни ГЛОНАСС [JD, day_year] = JD_data(timeUTC); %Сдвиг на ноль часов UTC на гривчском меридиане JD = JD - 0.5; %Расчет номера GPS неделе стандартной функцией MatLab "floor" wGPS = floor((JD + Na - wGPS_0) / 7); %Расчет дня недели стандартной функцией MatLab "mod" weekday = mod((JD+Na - wGPS_0) , 7); Функция semi_axis function [a_npp] = semi_axis(A_PZ90_KM, t_dr, i_incl, ecc, omega_n); %Имя функции:semi_axis %Функция вычисляет радиус орбиты спутника ГЛОНАСС в соответствии с интерфейсным контроль- ным %документом ГЛОНАСС % A_WGS84 = 6378.1370 ; %km %A_PZ90_KM = A_WGS84; % A_PZ90_KM = 6378.136; %(Km) Equatorial radius of the Earth J20 = -1082625.7e-9; % Factor at the second zone harmonicm % B_PZ90_KM = 6356.75136174571344; % AP_LAND (Km) Polar radius of the Earth */ %a_npp = 1; MU = 398600.44; % (Km^3/cek^2) constant of a gravitational epsilon = 1.0e-3; sin_i = sin(i_incl); sin_i2 = sin_i * sin_i; v = -omega_n;% omega_n - angle of a perigee ecc2_1 = 1.0 - ecc * ecc; b1 = 2.0 - 2.5 * sin_i2; b2 = sqrt(ecc2_1 * ecc2_1 * ecc2_1 ); b3 = 1.0 + ecc * cos(omega_n); b3 = b3 * b3; b4 = 1.0 + ecc * cos(v); b5 = b4 * b4 * b4 / ecc2_1; b = b1 * b2 / b3 + b5; t_ock = t_dr; 162 tock_2pi = t_ock /(pi * 2); p1_3 = 1.0 / 3.0; a_dop = MU * tock_2pi * tock_2pi; a_n = a_dop^(1/3); % a_n = pow(a_dop, p1_3); nn = 0; dda = epsilon + 1; while ( (dda > epsilon) & (nn < 50) ) p = a_n * ecc2_1; % Focal parameter ae_p = A_PZ90_KM / p; b0 = 1.0 + (1.5 * J20 * ae_p * ae_p) * b; t_ock = t_dr / b0; tock_2pi = t_ock / (pi * 2); a_dop = MU * tock_2pi * tock_2pi; a_npp = a_dop^(1/3); dda = abs(a_n - a_npp); a_n = a_npp; nn = nn + 1; end; Функция JD_epohi function jden = JD_epohi(epoha) %Имя: JD_epohi %Фукция JD_epohi(epoha) рассчитывает номер юлианского дня %до начала года (epoha) на 12h, 0 день, январь. %Входные данные: epoha, размерность-год %Выходные данные: % jden- номер юлианского дня на 12h, 0 день, январь ( размерность -дни) rk = mod(epoha,4); if ( rk == 0 ) rk = 1.0; else rk = 2.0 - rk * 0.25; end; n100 = floor(epoha / 100); n400 = floor(epoha / 400); jden = (4712 + epoha) * 365.25 + n400 - n100 + rk; % fprintf('epoha=%d rk=%f jden=%6.2f \n', epoha, rk, jden); 163 Функция JD_data function [JD, day_year] = JD_data(timeUTC) %Имя:JD_data % Функция JD_data(timeUTC) вычисляет : %JD - номер юлианского дня, day_year - номер дня года. %Входные данные: %timeUTC.year - год, % timeUTC.mon - месяц, % timeUTC.day - день. %Выходные данные: %JD - юлианский день, day_year- день от начала года. %Оригинальные функции: function jd0 = JD_epohi(year), %(смотри комментарий). % число дней от начала периода до 12ч. всемирного времени (полдень) % указанной даты ( по Гринвичу) %Входные данные для контрольного примера: %year = 2000; mon = 1; day = 1; %количество дней в месяцах DnMon = [31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31]; %Вычисление номера юлианского дня опорной эпохи jd0 = JD_epohi(timeUTC.year); %Учет високосного года nfebr = 0; if mod(timeUTC.year,4) == 0 nfebr = 1; end; %Расчетномера дня года k = 0; for i = 2 : timeUTC.mon k = k + DnMon(i - 1); if (i == 2) k = k + nfebr; end; end; day_year = k + timeUTC.day; %Расчет номера юлианского дня JD = jd0 + day_year; %2451545 - номер юлианского дня; 1- первый день года. 164 5.2 Декодирование данных альманаха спутников GPS 5.2.1 Краткие сведения из теории Спутниковые навигационные приемники обрабатывают данные навигационных спутников и вырабатывают информации в определенных форматах, как правило, в форма- тах приемников характерных для фирм-производителей. Рассмотрим программу преобра- зования данных альманаха, получаемых с одного из широко распространенных приемни- ков фирмы Novatel, ProPak-G2, выполненного на базе платы OEM 4 [10, 11].. Информация, вырабатываемая приемником, записывается в виде файла в бинарной форме и в форме кода ASCII. В программе декодирования альманаха используется бинар- ная форма. Декодируется сырой альманах (RAWALM, Message ID: 74) [10, 11]. Формат данных из оригинала [10, 11].имеет вид Таблица Формат данных альманаха RAWALM Field Field type Data Descrsption Format Binary Bytes Binary Offset 1 header Log header H 0 2 ref week Almanac reference week number Ulong 4 H 3 ref secs Almanac reference time (seconds.) Ulong 4 H+4 4 subframes Number of subframes to follow Ulong 4 H+8 5 svid SV ID (satellite vehicle ID)a UShort 2 H+12 6 data Subframe page data. Hex 30 H+14 7... Next subframe offset = H + 12 + (subframe x 32) variable xxxx 32-bit CRC (ASCII and Binary only) Hex 4 H + 12 + (32 x subframes) variable [CR][LF] Sentence terminator (ASCII only) - - - На CD-диске программа записана в папке ALM_ProPakG2 Цель лабораторной работы изучение процедур и правил декодирования данных навигационного приемника. 5.2.2 Лабораторная работа 5. 2 «Декодирование данных альманаха навигационных приемников на базе плат OEM- 4» Пакет программ для выполнения лабораторной работы расположен в папке ALM_ProPakG2 Для выполнения работы в качестве входных данных потребуется альма- нах спутников GPS в виде бинарного файла, который можно получить с навигационных приемников на базе плат OEM 4. Для тестирования программы такой альманах приводит- ся в приложении. 165 Рекомендуется следующий порядок (не обязательный) выполнения лабораторной работы. 1. Создайте папки ALM_ProPakG2_My, RAW_ALM_BIN_DAT, RAW_ALM_BIN_ALM. 2. Скопируйте в папку ALM_ProPakG2_My из ALM_ProPakG2 папку RAW_ALM_PRG и RAW_ALM_BIN_DAT, RAW_ALM_BIN_ALM. 3. Запишите в папку RAW_ALM_BIN_DAT бинарный файл альманаха, который требу- ется декодировать. 4. Откроете папку RAW_ALM_PRG и изучите файлы и функции по комментария и про- граммным процедурам. 5. В папке RAW_ALM_PRG откройтефайл Raw_Alm.m и в соответствующие строки запишите имя файла альманаха, который требуется декодировать и имя файла альма- наха, под которым запишется декодированный альманах в формате YUMA. 6. Задание. Сравните данные декодированного альманаха с содержанием альманаха YUMA на сайте7. Выполните файл Raw_Alm.m и в папке RAW_ALM_BIN_ALM прочитайте декодиро- ванный альманах. 5.2.3 Задание для самоподготовки В руководстве пользователя на приемники, выполненные на базе плат OEM 4 [10, 11]. Изучите соответствующие разделы. 5.2.4 Функции и файлы из папки RAW_ALM_PRG Файл Raw_Alm.m %Имя файла:Raw_Alm.m %Программа преобразует данные бинарного файла альманаха спутников GPS в %формат YUMA %Входные данные: %Бинарный файл "сырого" альманаха навигационных приемников ProPak G2, ProPak G2 plus, DL 4 %для приведенного примера имя файла (2006_05_09_16.31_G2_RAW).bin %Выходные данные: %Файл альманаха GPS в формате YUMA, %для приведенного примера имя файла (2006_05_09_16.31_G2_RAW_OK).alm %начало цикла для 63 спутников (в том числе и спутников-нагрузок) for i=1:63 %структура согласно формата альманаха YUMA и ICD GPS-200 C alm(i)= struct('SV_ID',0, 'week',0, 'health_0',0, 'health',0,'ecc',0,... 't0a',0, 'incl_angle',0, 'omega_dot',0,... ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ.166 'sqrtA',0, 'omega0',0, 'omega', 0, 'M0',0,'af0',0, 'af1',0); end; %диск и последовательность папок, из которых считывается файл с записью альманаха в бинарном %формате. При необходимости можно указать любой другой путь к файлу name_in = 'E:\MATLAB7\work\RAW_ALM_BIN_DAT\(2006_05_09_16.31_G2_RAW).bin'; %открытие данных для чтения и записи fw = fopen('E:\MATLAB7\work\RAW_ALM_BIN_ALM\(2006_05_09_16.31_G2_RAW_OK).alm','Wt'); %формирование CRC-кода для проверки считываемых данных fid_crc = fopen(name_in,'rb'); fseek(fid_crc, 0, 'eof'); size1 = ftell(fid_crc)- 4; fseek(fid_crc, size1, 'bof'); CRC = fread(fid_crc,1,'uint32'); fprintf('CRC_hex = %X \n',CRC); fseek(fid_crc, 0, 'bof'); CRC_own = CalculateBlockCRC32(fid_crc, size1); fprintf('CRC_own_hex= %X \n',CRC_own); fclose(fid_crc); %Чтение "сырых" данных альманаха fid = fopen(name_in,'rb'); % Заголовок данных- Header Structure (Binary Message) Syn_c = fread(fid,3,'char'); %В OEM-4 'Char' Hear_d= fread(fid,1,'uchar');%В OEM-4 'Uchar' Message_ID = fread(fid,1,'uint16');%В OEM-4 'Long' Message_Type=fread(fid,1,'char'); %В OEM-4 'Char' Port_Address = fread(fid,1,'char'); %В OEM-4 'Char' Message_Length = fread(fid,1,'uint16'); %В OEM-4 'Ushort' Sequenc_e = fread(fid,1,'uint16'); %В OEM-4 'Ushort' Idle_Time = fread(fid,1,'char'); %В OEM-4 'Char' Time_Status = fread(fid,1,'char'); %В OEM-4 'Enum' week_1 = fread(fid,1,'uint16'); %В OEM-4 'Ushort' Time = fread(fid,1,'ulong'); %В OEM-4 'Double' N_ul = fread(fid,1,'uint'); d_fcc=fread(fid,1,'uint16'); d_fcc = dec2hex(d_fcc); e1 = fread(fid,1,'uint16'); week =fread(fid,1,'uint');% неделя GPS T0a= fread(fid,1,'ulong');% время привязки альманаха kol_str= fread(fid,1,'ulong'); %количество строк %Чтение данных по каждому спутнику for i=1:kol_str 167 Nsv= fread(fid,1,'ushort'); % номер спутника согласно табл.20-V ICD GPS-200 C TLM= fread(fid,3,'char'); TL_M = dec2hex(TLM,2); HOW= fread(fid,3,'char'); HO_W = dec2hex(HOW,2); e6= fread(fid,1,'char'); maska = bin2dec('11000000'); ID_dop = bitand(e6, maska); data_ID = bitshift(ID_dop, -6); maska = bin2dec('00111111'); SV_ID = bitand(e6, maska); ecc1 = fread(fid,1,'char'); ecc2 = fread(fid,1,'char'); ecc = (bitshift(ecc1, 8) + ecc2)*2^(-21);%ексцентриситет t0a= fread(fid,1,'char')*2^12 ;% время привязки альманаха d1= fread(fid,1,'bit8'); d2=fread(fid,1,'char'); incl_angle= ((bitshift(d1, 8) + d2)*2^(-19) + 0.3) * pi;%наклонение орбиты спутника d1= fread(fid,1,'bit8'); d2=fread(fid,1,'char'); omega_dot= (bitshift(d1, 8) + d2)*2^(-38) * pi;%скорость изменения восходящего узла maska = bin2dec('00111111'); %здоровье спутника GPS health_1 = fread(fid,1,'char'); if health_1 > 255 health_1 = health_1; end; health = bitand(health_1,maska); if health > 63 health = health; end; maska = bin2dec('11000000'); health_0 = bitand(health_1,maska); health_0 = bitshift(health_0, -6); if health_0 > 3 health_0 = health_0; end; d1 = fread(fid,1,'char'); d2 = fread(fid,1,'char'); 168 d3 = fread(fid,1,'char'); sqrtA=(bitshift(d1, 16) + bitshift(d2, 8) + d3)*2^(-11);%корень квадратный из большей полуоси орбиты d1 = fread(fid,1,'bit8'); sign2 = sign(d1); d2 = fread(fid,1,'char'); d3 = fread(fid,1,'char'); omega0 =((bitshift(d1, 16) + bitshift(d2, 8) + d3)*2^(-23)) * pi; %долгота восходящего узла орбиты спут- ника d1 = fread(fid,1,'bit8'); sign1 = sign(d1); d2 = fread(fid,1,'char'); d3 = fread(fid,1,'char'); omega =((bitshift(d1, 16) + bitshift(d2, 8) + d3)*2^(-23)) * pi; %аргумент перигея d1 = fread(fid,1,'bit8'); d2 = fread(fid,1,'char'); d3 = fread(fid,1,'char'); M0 =((bitshift(d1, 16) + bitshift(d2, 8) + d3)*2^(-23)) * pi;%средняя аномалия на время привязки t0a af0_1 = fread(fid,1,'char'); af0_1_bin = dec2bin(af0_1); d2 = fread(fid,1,'char'); d2bin = dec2bin(d2); d3 = fread(fid,1,'char'); d3bin = dec2bin(d3); maska = bin2dec('00011100'); d4 = bitand(d3,maska); af0_2 = bitshift(d4, -2); af0_dop = bitshift(af0_1, 3) + af0_2; koef = 2^(-20); af0 = var_sign(af0_dop,11,koef);%коэффициент коррекции времени af0 % af1: maska = bin2dec('11100000'); d4 = bitand(d3,maska); af1_2 = bitshift(d2, 3); af1_1 = bitshift(d4, -5); 169 af1_dop = bitor(af1_2, af1_1); koef = 2^(-38); af1 = var_sign(af1_dop,11,koef);%коэффициент коррекции времени af1 %-------------------------------------------------- if SV_ID > 0 alm(SV_ID)= struct('SV_ID',SV_ID, 'week',week, 'health_0', health_0, 'health',health, 'ecc',ecc,... 't0a',t0a, 'incl_angle',incl_angle, 'omega_dot',omega_dot,... 'sqrtA',sqrtA, 'omega0',omega0, 'omega', omega, 'M0',M0,... 'af0',af0, 'af1',af1); end; end; %Формирование вывода данных альманаха в формате YUMA for i=1:30 %63 if alm(i).SV_ID > 0 if alm(i).SV_ID < 10 fprintf(fw,'**** Week %i almaNAU for PRN-0%i **********\n',alm(i).week, alm(i).SV_ID); fprintf(fw,'ID: 0%i\n',alm(i).SV_ID); else fprintf(fw,'**** Week %i almaNAU for PRN-%i **********\n',alm(i).week, alm(i).SV_ID); fprintf(fw,'ID: %i\n',alm(i).SV_ID); end; if alm(i).health < 10 fprintf(fw,'Health: %i0%i\n', alm(i).health_0, alm(i).health); else fprintf(fw,'Health: %i%i\n', alm(i).health_0, alm(i).health); end; strdop = e_norm(alm(i).ecc, 10); fprintf(fw,'Eccentricity: %s\n', strdop); fprintf(fw,'Time of Applicability(s): %6.4f\n',alm(i).t0a); fprintf(fw,'Orbital Incluation(rad): %0.10f \n',alm(i).incl_angle); strdop = e_norm(alm(i).omega_dot, 10); fprintf(fw,'Rate of Right Ascen(r/s): %s\n', strdop); 170 fprintf(fw,'SQRT(A) (m^1/2): %4.7f \n',alm(i).sqrtA); strdop = e_norm(alm(i).omega0, 10); fprintf(fw,'Right Ascen at Week(rad): %s\n', strdop); if alm(i).omega < 0 fprintf(fw,'Argument of Perigee(rad): %1.10f \n',alm(i).omega); else fprintf(fw,'Argument of Perigee(rad): %1.10f \n',alm(i).omega); end; strdop = e_norm(alm(i).M0, 10); fprintf(fw,'Mean Anom(rad): %s\n', strdop); strdop = e_norm(alm(i).af0, 10); fprintf(fw,'Af0(s): %s\n', strdop); strdop = e_norm(alm(i).af1, 10); fprintf(fw,'Af1(s/s): %s\n', strdop); fprintf(fw,'week: %i \n',alm(i).week); fprintf(fw,' \n'); end; %if alm(i).SV_ID > 0 end; %i %CR_C = fread(fid,1,'uint32'); %CR_C = dec2hex(CR_C); fclose(fid);%закрытия файла для чтения fclose(fw);%закрытия файла для записи 1 ... 6 7 8 9 10 11 12 13 14

В. В. Конин, Л. А. Конина
Спутниковые системы навигации. Учебное пособие
(Лабораторный практикум на компьютере)
Київ -2008 1

Рецензенты:
Л. В. Сибрук, заведующий кафедрой электродинамики Института электроники и систем управления Национального авиационного университета, доктор техн. наук, профессор
Национальный технический университет «Киевский политехнический институт», кафедра
Информационных и телекоммуникационных сетей ИТС НТУУ «КПИ», зав. кафедрой док- тор техн. наук, профессор Л. С. Глоба
Харьковский национальный университет радиоэлектроники, кафедра Основ радиотехни- ки, зав. кафедрой доктор техн. наук, профессор В. М. Шоколо
Конин В. В., Конина Л. А.
Спутниковые системы навигации. Лабораторный практикум на компьютере:
Приводятся лабораторный практикум по вопросам спутниковых радионавигацион- ных систем в виде открытых программных комплексов в среде MatLab. Лабораторный практикум в виде 16 работ с заданиями, примерами и контрольными вопросами охватыва- ет направления формирования сигналов спутниковых навигационных систем GPS и ГЛО-
НАСС, преобразования координат, моделирование орбит навигационных спутников GPS,
ГЛОНАСС, GALILEO, декодирования и расшифровка данных навигационных спутников, решение навигационной задачи расчета позиции приемника пользователя.
Для студентов, аспирантов и преподавателей дисциплин, изучающих системы и компонеты спутниковых средств навигации.
2

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................................................................6
РАЗДЕЛ 1 СИГНАЛЫ GNSS..............................................................................................7 1.1 Краткие сведения из теории..........................................................................................7 1.2 Относительная фазовая манипуляция..........................................................................9 1.2.1 Лабораторная работа 1. 1 «Относительная фазовая манипуляция».......................9 1.3 Псевдослучайный код спутников GPS.......................................................................12 1.3.1 Лабораторная работа 1. 2 «Код спутников GPS»...................................................12 1.4 Функции и файлы из папки cod_GPS.........................................................................13 1.5 Псевдослучайный код спутников ГЛОНАСС...........................................................32 1.5.1 Лабораторная работа 1. 3 «Код спутников ГЛОНАСС» .......................................32 1.6 Функции и файлы из папки CodGLONASS...............................................................33 1.7 Вопросы и задания для самостоятельной подготовки..............................................37
РАЗДЕЛ 2 Преобразование координат ............................................................................38 2.1 Краткие сведения из теории........................................................................................38 2.2 Лабораторная работа 2. 1 «Преобразование координат» .........................................38 2.3 Вопросы и задания для самоподготовки ...................................................................40 2.4 Тексты программ..........................................................................................................41 2.4.1 Функции и файлы из папки COORDINATES .......................................................41 2.4.2 Функции и файлы из папки ECI_ECEF_LLH.......................................................45 2.4.3 Функции и файлы из папки TEST...........................................................................48
РАЗДЕЛ 3 Время................................................................................................................53 3.1 Краткие сведения из теории........................................................................................53 3.2 Лабораторная работа 3. 1 «Время в спутниковых радионавигационных системах» ............................................................................................................................53 3.3 Вопросы и задания для самоподготовки ...................................................................55 3.4 Тексты программ..........................................................................................................55 3.4.1 Функции и файлы из папкиTIME ...........................................................................55 3.4.2 Функции и файлы из папки TIME_S0....................................................................60
РАЗДЕЛ 4 Орбитальное движение навигационных спутников ....................................70 4.1 Орбитальное движение спутников GPS.....................................................................70 4.1.1 Краткие сведения из теории.....................................................................................70 4.1.2 Лабораторная работа 4. 1 «Орбитальное движение спутников GPS» .................70 4.1.3 Вопросы и задания для самоподготовки.................................................................72 3

4.1.4 Функции и файлы из папки ORBITA_GPSv1 .......................................................72 4.1.5 Примеры расчетов с помощью m-файла :Orbita_GPS.m.......................................82 4.1.6 Лабораторная работа 4. 2 «Наблюдение спутников GPS»....................................85 4.1.7 Вопросы и задания для самоподготовки.................................................................85 4.1.8 Файл из папки ORBITA_GPSv2 .............................................................................86 4.1.9 Пример выполнения файла Orbita_GPS_1.m..........................................................93 4.2 Размножения эфемерид спутников ГЛОНАСС (иллюстрация решения системы дифференциальных уравнений)........................................................................................96 4.2.1 Краткие сведения из теории.....................................................................................96 4.2.2 Лабораторная работа 4. 3 «Решения системы дифференциальных уравнений» 96 4.2.3 Вопросы и задания для самоподготовки.................................................................97 4.2.4 Файл ОRBITA_1.m....................................................................................................98 4.3 Орбитальное движение спутников ГЛОНАСС.........................................................99 4.3.1 Краткие сведения из теории.....................................................................................99 4.3.2 Лабораторная работа 4. 4 «Орбитальное движение спутников ГЛОНАСС»....100 4.3.3 Вопросы и задания для самоподготовки...............................................................101 4.3.4 Функции и файлы из папки ORBITA_GL_NAVIOR .........................................101 4.3.5 Примеры выполнения комплекса программ ORBITA_GL_NAVIOR..............138
РАЗДЕЛ 5 Преобразование данных навигационных спутников.................................141 5.1 Преобразование данных альманаха приемника СН 4701 в формат YUMA.........141 5.1.1 Краткие сведения из теории...................................................................................141 5.1.2 Лабораторная работа 5. 1 «Конвертирование данных альманаха GPS и
ГЛОНАСС в формат » YUMA........................................................................................142 5.1.3 Задание для самоподготовки..................................................................................142 5.1.4 Функции и файлы из папки ALM_CH4701_V3...................................................142 5.2 Декодирование данных альманаха спутников GPS................................................165 5.2.1 Краткие сведения из теории...................................................................................165 5.2.2 Лабораторная работа 5. 2 «Декодирование данных альманаха навигационных приемников на базе плат OEM- 4» .................................................................................165 5.2.3 Задание для самоподготовки..................................................................................166 5.2.4 Функции и файлы из папки RAW_ALM_PRG ...................................................166 5.3 Модель движения навигационных спутников GPS и ГЛОНАСС.........................173 5.3.1 Краткие сведения из теории...................................................................................173 5.3.2 Лабораторная работа 5. 3 «Модель движения и визуализация спутников GPS и ГЛОНАСС»....................................................................................................................173 4

5.3.3 Контрольные вопросы и задания для самоподготовки .......................................174 5.3.4 Функции и файлы из папки Vsion_GLONASS_GPS ..........................................174 5.4 Модель движения спутников GPS, ГЛОНАСС, GALILEO ...................................185 5.4.1 Краткие сведения из теории...................................................................................185 5.4.2 Лабораторная работа 5. 4 «Модель движения и визуализация спутников GPS,
ГЛОНАСС, GALILEO » ..................................................................................................186 5.4.3 Задание для самоподготовки..................................................................................186 5.4.4 Файл из папки Vision_GLONASS_GPS_GALILEO .............................................187 5.4.5 Лабораторная работа 5. 5 «Орбиты спутников GPS, ГЛОНАСС, GALILEO ».195 5.4.6 Задания и вопросы для самоподготовки..............................................................196 5.4.7 Листинг файла ORBITA_GGG.m.........................................................................196 5.4.8 Пример выполнения файла:ORBITA_GGG.m......................................................202 5.5 Декодирование и расшифровка данных спутников ГЛОНАСС............................202 5.5.1 Краткие сведения из теории...................................................................................202 5.5.2 Лабораторная работа 5. 6 «Декодирование данных спутников ГЛОНАСС в навигационном приемнике»............................................................................................203 5.5.3 Задания и вопросы для самоподготовки..............................................................209 5.5.4 Листинг файла:Decod_GL3.m ................................................................................210 5.5.5 Пример выполнения файла:Decod_GL3.m ...........................................................222
РАЗДЕЛ 6 Решение навигационной задачи ..................................................................224 6.1 Краткие сведения из теории......................................................................................224 6.2 Лабораторная работа 4. 1 «Решение навигационной задачи» ...............................224 6.3 Вопросы и задания для самоподготовки .................................................................224 6.4 Файл из папки «Координаты приемника» ...............................................................225
ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................................................230
Приложение 1 Отчеты по лабораторной работе ...........................................................230
Приложение 2 Альманах almanac_yuma_week0371_589824.txt .................................231
Приложение 3 Альманах 002.txt....................................................................................241
Приложение 4 Альманах AlmGGG.yum .......................................................................258
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК .....................................................................................................286 5

ВВЕДЕНИЕ
Рубеж XX- XXI веков выделяется двумя значимыми событиями. Глобальные спут- никовые радионавигационные системы позиционирования становятся в ряд систем массо- вого обслуживания, компьютер стал в неограниченных объемах доступен студентам. Дей- ствительно, спутниковая радионавигация применяется в авиации, управлении наземным и морским транспортом, геодезии, картографии, мониторинге газо и нефтепроводов, высот- ных сооружений, наблюдениям за смещением материков и многих других отраслях. При этом достигнуты точности определения координат от миллиметров до нескольких десят- ков метров. Мировое сообщество может пользоваться спутниковыми системами GPS и
ГЛОНАСС безвозмездно. В стадии завершения находятся системы EGNOS и GALILEO, ориентированные только на гражданских потребителей. Следует ожидать, что в 2008-2009 годах спутниковая радионавигация будет присутствовать в каждом мобильном телефоне.
Среди компьютерных технологий выделяется система MatLab, имеющая открытые про- граммные коды и позволяющая решить практически любую вычислительную задачу. Ру- ководство пользователя системой MatLab содержит более 4000 страниц, значительная часть которых переведена на русский язык. Достаточно обратиться к библиографии книг
[7, 8].
В предлагаемом учебном пособии впервые предпринята попытка представить слож- ный вычислительный материал по вопросам спутниковой радионавигации в виде лабораторных работ, выполняемых по завершенным программным продуктам, написанным в среде MatLab. Всего таких работ 16, каждая работа рассчитана на 4 академических часа. Работы подготовлены на основании курсов, изучаемых в
Национальном авиационном университете: «Спутниковые системы связи, навигации, наблюдений», «Моделирование спутниковых радионавигационных систем»,
«Авиационные геоинформационные системы и технологии», «Глобальные спутниковые системы позиционирования». Данные курсы читаются бакалаврам, специалистам и магистрам.
Отметим, что приведенные в пособии работы в объеме, определяемом заданиями к каждой работе, дают базовый уровень знаний. Фактически же в каждую из работ заложен потенциал, позволяющий при творческом дополнении программ и выполнении исследо- ваний по программам трансформировать их в курсовые работы, а при интегрировании программных кодов выполнять эффективные дипломные работы. Все программные про- дукты, приведенные в пособии, проверены экспериментально.
Авторы с благодарностью примут замечания и предложения по совершенствованию пособия по адресам: cnsatm@nau.edu.ua
, vkonin@mail.ru.
6

РАЗДЕЛ 1 СИГНАЛЫ GNSS
1.1 Краткие сведения из теории
Спутниковые радионавигационные системы формируют в околоземном пространст- ве радионавигационное поле. Средства, обеспечивающие навигацию: спутниковые нави- гационные приемники, станции с дифференциальным режимом (контрольно- корректирующие станции), аппаратура обслуживания принимают и обрабатывают ин- формацию из радионавигационного поля и решают задачи в соответствии с функциональ- ным назначением [1, 2, 3, 4, 8, 9].
На навигационных GPS, ГЛОНАСС и геостационарных спутниках формируются и излучаются следующие сигналы
)
sin(
)
(
)
(
2
)
cos(
)
(
)
(
2
)
(
1
,
1
,
θ
ω
θ
ω
+
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
+
+
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
t
t
P
t
D
P
t
t
C
t
D
P
t
s
L
i
i
Q
i
L
i
i
I
i
i
; (1.1)
)
sin(
)
(
)
(
2
)
(
2
,
θ
ω
+
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
t
t
P
t
D
P
t
s
L
i
i
Q
i
i
;
(1.
2)
)
sin(
)
(
2
)
cos(
)
(
)
(
2
(
,
⋅
⋅ P
t
I
i
i
)
5
,
5
θ
ω
θ
ω
+
⋅
⋅
⋅
⋅
+
+
⋅
⋅
⋅
=
t
t
C
P
t
t
C
t
D
s
L
i
Q
i
L
i
i
;
(1. 3)
)
cos(
)
(
)
(
2
)
(
1
,
,
i
L
i
ГЛ
i
i
i
t
t
C
t
D
P
t
s
θ
ω
+
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
;
(1.
4)
)
cos(
)
(
)
(
2
)
(
2
,
,
i
L
i
ГЛ
i
i
i
t
t
C
t
D
P
t
s
θ
ω
+
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
; (1.
5)
)
cos(
)
(
)
(
2
)
(
1
,
,
,
θ
ω
+
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
t
t
C
t
D
P
t
s
L
Geo
i
Geo
i
Geo
i
i
,
(1.
6) г в
L
Г
го где s
i
(t)-сигнал i-го спутника; t-системное время соответствующего спутника; P
i,I
-
мощность синфазной составляющей i-го спутника GPS; D
i
(t)-данные i-го спутника GPS;
C
i
(t)- C/A- код i-го спутника GPS;
ω
L1
- круговая частота спутника GPS , соответствующая частоте L1 c учетом доплеровского сдвига
;
- начальный фазовый сдвиг; P
i,Q
- мощность квадратурной составляющей i-го спутника GPS; P
i
(t)- P- код i-го спутника GPS;
ω
L2
- кру- о ая частота спутника GPS , соответствующая частоте L2 c учетом доплеровского сдвига;
ω
L5
- круговая частота спутника GPS , соответствующая частоте 5 c учетом доплеровско- го сдвига; P
i
-мощность сигнала i-го спутника ЛОНАСС; D
i,ГЛ
(t)-данные i-го спутника
ГЛОНАСС; C(t)- код спутника ГЛОНАСС;
ω
i,L1
- круговая частота i- спутника ГЛО-
7

НАСС, соответствующая частоте L1 c учетом доплеровского сдвига;
ω
i,L2
- круговая часто- та i-го спутника ГЛОНАСС, соответствующая частоте L2 c учетом доплеровского сдвига;
P
i,Geo
-мощность сигнала геостационарного спутника; D
i,Geo
(t)-данные геостационарного спутн
2 микросекунд, частотой следования 1. 023 МГц, периодом повто новлении сигнала происходит сужение спектра и выде лов спутников и изучаются в приведенных в настоя- щем разделе лабораторных работах. ика; C
i,Geo
(t)- код геостационарного спутника.
В выражениях (1.1-1. 2) составляющие сигнала D(t) (индексы упущены) в идеализи- рованном виде представляют данные, передаваемые навигационными спутниками в виде символов с амплитудой
±1, длительностью 20 миллисекунд и частотой следования 50 Гц.
Составляющие C
i
(t) есть псевдослучайные последовательности символов с амплитудой
±1, длительностью 0.97752 микросекунд, частотой следования 1.023 МГц, периодом по- вторения 1 миллисекунда. Составляющие P
i
(t)есть псевдослучайные последовательности символов с амплитудой
±1, длительностью 0.097752 микросекунд, частотой следования
10.23 МГц, периодом повторения 7 суток. В формулах (1. 3, 1. 4) составляющая сигнала
D(t) (индексы упущены) в идеализированном виде представляют данные, передаваемые спутниками в виде символов с амплитудой
±1, длительностью 20 миллисекунд и частотой следования 50 Гц. Составляющие C(t) есть псевдослучайные последовательности симво- лов с амплитудой
±1, длительностью 1.9569 микросекунд, частотой следования 0. 511
МГц, периодом повторения 1 миллисекунда. В формуле (1. 5) составляющая сигнала D(t)
(индексы упущены) в идеализированном виде представляют данные, передаваемые гео- стационарными спутниками, в виде символов с амплитудой
±1 и частотой следования 250 бит/с. Составляющие C(t) есть псевдослучайные последовательности символов с амплиту- дой
±1, длительностью 0.9775
рения 1 миллисекунда.
Сигналы (1.1-1. 6) получили название - сигналов с расширенным спектром (spread- spectrum signal). Такие сигналы характеризуются следующими признаками: полоса частот, в которой передаются данные D(t) значительно шире минимально необходимой; расши- рение спектра сигнала производится шумоподобными сигналами C(t) или P(t); восстанов- ление данных в приемнике производится путем сопоставления принятого сигнала с его копией после синхронизации. При восста ление полезного сигнала из шумов.
Сигналы навигационных спутников, как на спутниках, так и в навигационных при- емниках потребителя подвергаются специальной обработке для эффективной передачи, поиска, обнаружения, слежения, измерения в условиях помех данных без потери инфор- мации. Основные компоненты сигна
8

Смотрите также файлы

1. Как выяснить природу обызвествленных включений обнаруживаемых внутри мышечных волокон 2.docx

Топ 10 причин, которыемешают сделать х3 в доходе за 60 дней.pdf

Занятие по дисциплине Политология Бекишев р проверила Анисимова И. Ю группа уа202.docx

Занятие по дисциплине Политология Бекишев р проверила Анисимова И. Ю группа уа202.docx

Статически неопределимые стержневые системы. Неразрезная балка.doc

Файл: Учебное пособие ( Лабораторный практикум на компьютере ) Київ 2008 1.pdf

Смотрите также файлы

Информация

Списки файлов

Дополнительно