【正文】 的時間間隔內(nèi) 掃描的面積 20 最小，由此，開普勒第二定律所包涵的內(nèi)容是：衛(wèi)星在橢圓軌道上的運行速度是不斷變化的，在近地點處的速度最大，而在遠地點的速度最小。 Ms:平近點角。 （ 2） 繞 ?s軸順時針旋轉(zhuǎn)角度 i，使 ?s軸與 Z 軸相同。 GPS 衛(wèi)星信號的發(fā)射張角大約為 度，大于衛(wèi)星到水平面的張角 度，這樣就保證了一些飛行高度較高的航天器在高空可以更多的接收到 GPS 衛(wèi)星的信號。 case 1 plot3(x,y,z,39。)。b39。 x=[x0 x0 x0 x0 x0+Lx x0+Lx x0+Lx x0+Lx]。 index(5,:)=[2 6 7 3 2]。 L2=length(j1)。 grid。 temp2=j1(n)+time*pi/12。 x0=[x0 x1]。 hold on。 cube=100。 tempy=0。 boxplot3(moveX,moveY,moveZ,Length,Width,Height,color)。通過改變用戶的不同位置，可以在同一個時刻看到不同（ 4 到 11 顆）的 可見衛(wèi)星。 GPS 衛(wèi)星是一個很復雜的系統(tǒng)，其內(nèi)容很多，比如它的坐標系、時間系統(tǒng)等，其坐標系分為天球坐標和地球坐標。所以本次設計中主要用開普勒定律計算其位置軌跡，在運算中還加入了最小二乘法計算參數(shù)數(shù)據(jù)。 40 致謝 在論文完成之際，我懷著激動和喜悅的心情向所有關心和幫助過我的老師和同學表示萬分的感謝！ 首先要感謝 的是幫助我完成本次設計的葛青老師。 此次設計 程序主要包含四個模塊： 1 繪制衛(wèi)星的軌道平面，以便于直觀了解其軌道； 2 單顆衛(wèi)星的動態(tài)仿真，了解其不同時刻的位置變化，通過 matlab 當中 的三維旋轉(zhuǎn)圖標，可以很清晰的從不同角度看到衛(wèi)星和坐標原點； 3 衛(wèi)星在某時刻的全軌道平面分布和可見衛(wèi)星，該程序仿真了在某時刻的全部 24 顆衛(wèi)星的軌道圖形，以及對于用戶來說在該時刻可見衛(wèi)星位置； 39 4 利用可見衛(wèi)星計算用戶位置，利用最小二乘法原理，計算用戶某一時刻的位置坐標。因為此次設計要求的精度不高，所以在設計中攝動力忽略 不 計。如下圖所示： 37 圖 58 用戶位置的 計算 上圖 15 當中的黑色箭頭從上到下一次表示的是第一次到第六次計算出來的用戶的位置，第七箭頭表示的用戶的實際位置（用白色的柱體表示）。哪么，在其他軌道面上的衛(wèi)星的運動也可以類似的模擬出來，這里不在重復！ 仿真程序三：衛(wèi)星在某個時刻的全軌道平面的分布和可見衛(wèi)星 程序見附錄 ： 32 圖 54 全軌道平面的圖形 其在軌坐標分別如下： SatellitePosition = +004 * 33 這個程序仿真了在某個時刻（在程序里面是在時刻 timenow=0）的全部 24顆衛(wèi)星的軌道圖形，以及對于用戶來說在這個時刻可以看到的衛(wèi)星。 Width=500。 boxplot3(tempx,tempy,tempz,cube,cube,cube,2)。 tempy=0。 axis equal。 y1=unit*y。 for n=1:L2 %n=7。 plot3(x,y,z)。 w1=[pi/2:pi/10:pi/2]。 index(3,:)=[1 2 6 5 1]。y0=yLy/2。)。 case 3 plot3(x,y,z,39。w39。如果衛(wèi)星 處于圖中的陰影部分，則對圖中的飛機是不能夠接收到該衛(wèi)星的信號的 ! 2 GPS 接收機是否位于該 GPS 衛(wèi)星發(fā)射天線的范圍內(nèi)。 若以直角坐標的原點 與地心 M 重合， ?s軸指向近地點且垂直于軌道的平面， ?s軸在軌道平面上垂直 ?s軸構(gòu)成右手關系。 為此，需要引進兩個參數(shù) Es 和 Ms 去計算真近點角。動能則是由衛(wèi)星的運動所引起的，其大小是衛(wèi)星的運動速度的函數(shù)。在軌道上，衛(wèi)星離地球質(zhì)心遠的一點叫做遠地點，近的一點就做近地點。非中心力包括地球非球形對稱的作用力，日、月引力，大氣阻力，光輻射壓力以及地球的潮汐力等。協(xié)調(diào)時與 TAI 的關系如下 : TAI=UTC+n1(s) (310) 其中， n 為調(diào)整參數(shù)，其值由國際地球自轉(zhuǎn)服務組織 (lERs)發(fā)布。在目前的導航定位系統(tǒng)中，均采用了 原子時作為其高精度的時間基準。世界時與平太陽時的尺度標準完全一致，僅僅是起算點有所不同。當從格 林尼治子午線上觀測時，所得的恒星時稱為格林尼治恒星時。故僅僅需要繞 Z 軸旋轉(zhuǎn)這個角度 Ω，就能夠做到二者的相互轉(zhuǎn)換。 Y 軸：垂直于 XMZ 平面。 平天球坐標系的原點為地球的質(zhì)心 M， Z 軸指向平北天極 Pn,X 軸指向春分點 ,Y 軸垂直于 XMZ 平面。 3：天球子午面：包含天軸并通過天球面上任意一點的平面。 10 第三章 GPS 的坐標、時間系統(tǒng) 坐標系統(tǒng) GPS 定位測量當中，要用到兩種坐標系，即天球坐標系和地球坐標系。 最小二乘法介紹 當我們在一個地方同時可見的衛(wèi)星如果多于四顆（ GPS 衛(wèi)星的軌道設計和運動時間的安排使得用戶在地球的任意位置（兩極個別地點除外），都能夠看到4——11 顆的衛(wèi)星）的時候，我們可以用最小二乘法去解算未知數(shù)，這樣，充分的利用了已知的數(shù)據(jù)信息，使得結(jié)果的偏差最小化。 偽距測量的原理 GPS 定位采用的是被動式單程測距。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過紀錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時間 ,再將其乘以光速得到 (由于大氣層電離層的干擾 ,這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實距離 ,而是偽距( PR) :當 GPS 衛(wèi)星正常工作時 ,會 不斷地用 1 和 0 二進制碼元組成的偽隨機碼(簡稱偽碼 )發(fā)射導航電文。用于測定航空航天攝影瞬間相機位置，實現(xiàn)僅有少量的地面控制或無地面控制的航測快速成圖，導致地理信息系統(tǒng)、全球環(huán)境遙感監(jiān)測的技術革命 [4]。四川大地震發(fā)生后 ,北京武警指揮中心和四 2 川武警部隊運用 “北斗 ” 進行了上百次交流。目前， GPS 已在地形測量，交通管理，導航，野外 勘探，空間宇宙學等諸多領域得到了廣泛的應用 [11]。然而，子午儀系統(tǒng)使得研發(fā)部門對衛(wèi)星定位取得了初步的經(jīng)驗，并驗證了由衛(wèi)星系統(tǒng)進行定位的可行性，為 GPS 系統(tǒng)的研制埋下了鋪墊。 GPS 衛(wèi)星的定位是一個比較復雜的系統(tǒng)，其包含參數(shù)眾多，如時間系統(tǒng)、空間坐標系統(tǒng)等。 1973 年 12 月 ,美國國防部批準它的陸?？杖娐?lián)合研制新的衛(wèi)星導航系統(tǒng) : NAVSTAR/GPS。 歐盟 “伽利略 ”， 1999 年 歐洲提出計劃 ,準備發(fā)射 30 顆衛(wèi)星 ， 組成 “伽利略 ” 衛(wèi)星定位系統(tǒng) 。通過本文對 GPS 的學習研究，最重要的還是要 學習其原理：衛(wèi)星運動原理；衛(wèi)星定位原理；衛(wèi)星跟蹤原理等等。世界才可以將衛(wèi)星導航作為單一導航手段的最高應用境界。 P 碼頻率 10. 23MHz ,重復周期 266. 4 天 ,碼間距 0. 1 微秒 ,相當于 30m。 它的優(yōu)點是速度快、無多值性問題，利用增加觀測時間可以提高定位精度；缺點是測量定位精度低，但足以滿足部分用戶的需要。以 ? ?kjk t? 表示 k 接收機在時刻 tk 所接收到的第 7 j 顆衛(wèi)星接收到的載波相位的值；以 ? ?kk t? 表示 k 接收機在時刻 tk 本地載波信號的相位值，則接收機 在接收機鐘面時刻 tk 時觀測 j 衛(wèi)星所取得的相位觀測量可寫為 [7]： ? ? ? ? ? ?kkkjkkjk ttt ?? ??? (210) 圖 21 載波相位測量原理圖 如 上圖 1 所示，在初始時刻 t0,測得小于一周的相位差為 0?? ，其整周數(shù)為jN0 ，此時包含整周數(shù)的相位觀測值為： ? ?0tjk? == 0?? + jN0 == ? ?0tk? ? ?0tjk? + jN0 (211) 接收機繼續(xù) 跟蹤衛(wèi)星信號，不斷地測量小于一周的相位差 )(t?? ，并利用整波計數(shù)器記錄從 t0 到 ti 時間內(nèi)的整周數(shù)變化量 INT(? ),只要衛(wèi)星 j 從 to 到 tjSj(t0) 0??N0 k N0 Int(φ ) i??通常的相位測量或相位差測量只是測出一周以內(nèi)的相位值，實際測量中，如果對整周進行計數(shù)，則自某一初始取樣時刻（ t0）以后就可以取得連續(xù)的相位觀測值 。下面就天球坐標系和地球坐標系做簡要的說明。 6：春分點：指太陽由南向北運動的時候，所經(jīng)過的天球黃道和天球赤道的交點。 地球坐標系 地球坐標系也可以分為兩種：即平地球坐標系和真地球坐標系。 X 軸：指向格林威治起始子午面與地球瞬時真赤道的交點。現(xiàn)行的衛(wèi)星定位測量中與之緊密相關 的時間系統(tǒng)有三種 :世界時，原子時和動力學時。但據(jù)天體運動的開普勒定律，太陽視運動的速度不是均勻的，以真太陽作為觀察地球自轉(zhuǎn)的參考點，不符合時間系統(tǒng)的基本要求，因而假定了一個參考點，其在天球上的視運動速度，等于真太陽周年運動的平均速度，這個假定的參考點，在天文學上被稱為平太陽。地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性變化改正 △ 兀有如下的經(jīng)驗公式 : (37) t 為自本年起始日起算的年小數(shù)部分 (即為計算時年積日與該年全年積日的比例 )。當以地球質(zhì)心建立起天體運動方程時，所采用的時間參數(shù)稱為地球力學時仃 ℃ 仃 estrialDynamicTime， TDT)。其隸屬于原子時系統(tǒng)，秒長采用國際制秒 sI，但不同于 TAI，兩都之前的關系為 : TAIGPST=19(s) (311) 據(jù) 協(xié)調(diào)時與 TAI 的關系可得 : GPST=UTC+n119(s) (312) 18 第四章 衛(wèi)星運動基本定律及其求解 衛(wèi)星在空間繞地球運動的時候，除了受到地球重力場引力的作用外，還受到了太陽，月亮和其它的天體引力以及太陽光壓，大氣的阻力和地球潮汐力的影響。而上述理想狀態(tài)的衛(wèi)星運動則稱為無攝運動。 開普勒第二定律 開普勒第二定律：衛(wèi)星的地心向徑，即地球質(zhì)心與衛(wèi)星質(zhì)心間的距離向量，在相同的時間內(nèi)所掃過的空間面積是相等的。 開普勒第三定律 開普勒第三定律：衛(wèi)星運動周期的平方與軌道橢圓長半徑的立方之比為一個常數(shù)，而該常數(shù)等于地球引力常數(shù)和地球質(zhì)量的乘積 GM 的倒數(shù)。它是一個假設量，如果衛(wèi)星在軌道運行的平速度為 n，則平近點角定義為： Ms=n(tt0) (47) t0 為衛(wèi)星過近地點的時刻， t 為觀察衛(wèi)星的時刻。 （ 3） 繞 ?s軸順時針旋轉(zhuǎn)角度 Ω，使 ?s軸指向春分點。但是對于那些超出發(fā)射角的飛行器就收不到信號了。r39。 case 4 plot3(x,y,z,39。)。 y=[y0 y0 y0+Ly y0+Ly y0 y0 y0+Ly y0+Ly]。 index(6,:)=[1 5 8 4 1]。 for n=1:L1 z=ones(L2,1)。 end %figure(3)。 z=r*sin(temp)。 y0=[y0 y1]。 boxplot3(0,0,0,100,100,100,7)。 boxplot3(tempx,tempy,tempz,cube,cube,cube,1)。 tempz=6400。 boxplot3(m