【導(dǎo)讀】速系統(tǒng)，現(xiàn)在在全球很多領(lǐng)域獲得了應(yīng)用?？臻g坐標(biāo)系統(tǒng)等。此次設(shè)計(jì)是針對衛(wèi)星運(yùn)動定位的matlab仿真實(shí)現(xiàn)，因要求不。見衛(wèi)星的分布及利用可見衛(wèi)星計(jì)算出用戶位置。等相關(guān)概念有一定了解。

　　

【正文】 /2。 x=[x0 x0 x0 x0 x0+Lx x0+Lx x0+Lx x0+Lx]。 y=[y0 y0 y0+Ly y0+Ly y0 y0 y0+Ly y0+Ly]。 27 z=[z0 z0+Lz z0+Lz z0 z0 z0+Lz z0+Lz z0]。 index=zeros(6,5)。 index(1,:)=[1 2 3 4 1]。 index(2,:)=[5 6 7 8 5]。 index(3,:)=[1 2 6 5 1]。 index(4,:)=[4 3 7 8 4]。 index(5,:)=[2 6 7 3 2]。 index(6,:)=[1 5 8 4 1]。 for k=1:6 plot3c(x(index(k,:)),y(index(k,:)),z(index(k,:)),color) hold on end 它主要 是用來表示用戶的空間位置的。 function drawearth(time) %time 是參數(shù) %利用這個(gè)參數(shù) ,可以繪制一個(gè)看起來是旋轉(zhuǎn)的地球 r=6400。 time=0。 j1=[0:pi/10:2*pi]。 w1=[pi/2:pi/10:pi/2]。 L1=length(w1)。 L2=length(j1)。 for n=1:L1 z=ones(L2,1)。 z=z*r*sin(w1(n))。 temp=r*cos(w1(n))。 x=temp*sin(j1)。 y=temp*cos(j1)。 plot3(x,y,z)。 28 hold on。 grid。 end %figure(3)。 unit=ones(1,1)。 z0=ones(1,1)。 x0=ones(1,1)。 y0=ones(1,1)。 for n=1:L2 %n=7。 for m=1:L1 temp=w1(m)。 temp2=j1(n)+time*pi/12。 z=r*sin(temp)。 x=r*cos(temp)*sin(temp2)。 y=r*cos(temp)*cos(temp2)。 z1=unit*z。 x1=unit*x。 y1=unit*y。 z0=[z0 z1]。 x0=[x0 x1]。 y0=[y0 y1]。 end z0(:,1)=[]。 x0(:,1)=[]。 y0(:,1)=[]。 plot3(x0,y0,z0)。 axis equal。 29 axis off。 hold on。 boxplot3(0,0,0,100,100,100,7)。 %標(biāo)示出來地球球心的位置。方便觀察 %以下是在同一個(gè)坐標(biāo)系當(dāng)中標(biāo)識出空間直角坐標(biāo)系的三個(gè)與天球相交的三個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，以便觀察。紅色表示 X軸，綠色 Y軸，褐紅色 Z軸。 tempx=6400。 tempy=0。 tempz=0。 cube=100。 boxplot3(tempx,tempy,tempz,cube,cube,cube,1)。 tempx=0。 tempy=6400。 tempz=0。 cube=100。 boxplot3(tempx,tempy,tempz,cube,cube,cube,2)。 tempx=0。 tempy=0。 tempz=6400。 cube=100。 boxplot3(tempx,tempy,tempz,cube,cube,cube,4)。 end function drawsatellite(moveX,moveY,moveZ,color)。 Length=500。 Width=500。 Height=500。 boxplot3(moveX,moveY,moveZ,Length,Width,Height,color)。 boxplot3(moveX,moveY,moveZ,Length,Width*5,Height/10,color)。 它的作用就是畫出一個(gè)在上述地球坐標(biāo)圖當(dāng)中的衛(wèi)星。 30 仿真程序一：繪制衛(wèi)星的軌道平面 程序見附錄 ： 圖 52 衛(wèi)星軌道平面仿真圖 仿真程序二：單顆衛(wèi)星不同時(shí)刻的動態(tài)仿真 程序見附錄 ： 地球 質(zhì)心 31 圖 53 單顆衛(wèi)星動態(tài)仿真圖 由 上 圖 10 可知 ，衛(wèi)星的天空瞬時(shí)位置是隨著時(shí)間的變動而發(fā)生變化的。對于我們在地球上面的一個(gè)用戶來說，一天當(dāng)中的不同時(shí)刻看到的衛(wèi)星是不相同的。這個(gè)仿真程序的功能實(shí)際上就是仿真了在一個(gè)軌道上面的衛(wèi)星在不同的時(shí)候（這里以一個(gè)小時(shí)為一個(gè)觀測時(shí)元，進(jìn)行動態(tài)的在屏幕上顯示器位置）通過改變時(shí)間可以顯示出不同時(shí)間內(nèi)的衛(wèi)星的瞬時(shí)位置），而且，通過 matlab 當(dāng)中的三維旋轉(zhuǎn)圖標(biāo)，我們可以很清晰地從不同角 度看到衛(wèi)星和坐標(biāo)原點(diǎn)（這里用黑點(diǎn)表示的的相對位置的變化）。哪么，在其他軌道面上的衛(wèi)星的運(yùn)動也可以類似的模擬出來，這里不在重復(fù)！ 仿真程序三：衛(wèi)星在某個(gè)時(shí)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(biāo)分別如下： SatellitePosition = +004 * 33 這個(gè)程序仿真了在某個(gè)時(shí)刻（在程序里面是在時(shí)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(gè)時(shí)刻可以看到的衛(wèi)星。在程序當(dāng)中，我們假定了用戶的位置坐標(biāo)是（ 6400， 3352， 5410）。通過改變用戶的不同位置，可以在同一個(gè)時(shí)刻看到不同（ 4 到 11 顆）的 可見衛(wèi)星。對于在這個(gè)程序當(dāng)中的可見衛(wèi)星的及時(shí)在軌坐標(biāo)如下： 34 圖 55 用戶可見的衛(wèi)星分布 SatellitePosition = +004 * 0 0 0 0 0 用戶位置 地心位置 35 0 0 0 0 0 0 0 0 0 仿真程序四：用可見衛(wèi)星計(jì)算用戶位置 程序見附錄 多于四顆的衛(wèi)星用最小二乘法逼近計(jì)算。對于前面的假設(shè)用戶位置（ 6400，3352， 5410）進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如下 ： 36 圖 56 用戶位置的計(jì)算 由圖 13 可見，根據(jù)最小二乘法的原理，計(jì)算出來了用戶在一個(gè)時(shí)刻的位置坐標(biāo)，并把它表示在了這個(gè)天球坐標(biāo)系當(dāng)中。 calculaterecord = +003 * 0 0 0 先后經(jīng)過了六次的迭代算法，吧用戶的計(jì)算位置一步一步的逼近了用戶的實(shí)際位置，根據(jù)部同的精度要求，我們運(yùn)算的量的大小也有不同。這點(diǎn)，可以根據(jù)程序當(dāng)中的參數(shù) Error 的設(shè) 定而有所出入。 圖 57 用戶位置的計(jì)算 通過對用戶仿真計(jì)算的進(jìn)一步放大，可以很清楚地看到：在每一次迭代的過程當(dāng)中，我們都實(shí)時(shí)的把每一步迭代的值也表示在了同一個(gè)坐標(biāo)軸里面：目的就是很直觀的反應(yīng)出我們基于最小二乘法的偽距算法的主要思路。如下圖所示： 37 圖 58 用戶位置的 計(jì)算 上圖 15 當(dāng)中的黑色箭頭從上到下一次表示的是第一次到第六次計(jì)算出來的用戶的位置，第七箭頭表示的用戶的實(shí)際位置（用白色的柱體表示）。 38 結(jié) 論 通過這次的設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)到了很多，因?yàn)?GPS 衛(wèi)星運(yùn)動及定位以前沒有接 觸過，所以本次設(shè)計(jì)難度很大，但在最后都還是通過查找資料或者老師同學(xué)幫助也都一一克服 。 GPS 衛(wèi)星是一個(gè)很復(fù)雜的系統(tǒng)，其內(nèi)容很多，比如它的坐標(biāo)系、時(shí)間系統(tǒng)等，其坐標(biāo)系分為天球坐標(biāo)和地球坐標(biāo)。天球坐標(biāo)描述衛(wèi)星的運(yùn)動位置和狀態(tài)，地球系統(tǒng)則描述地面測站的位置。 GPS 衛(wèi)星作為一個(gè)高空動態(tài)已知點(diǎn)，其位置是隨時(shí)間不斷變化的，因此，在給出衛(wèi)星運(yùn)行位置的同時(shí)，必須給出相應(yīng)的瞬時(shí)時(shí)刻。所以時(shí)間系統(tǒng)是 GPS 衛(wèi)星計(jì)算里面很重要的一環(huán)。 要計(jì)算衛(wèi)星的運(yùn)動軌跡及位置，所需要的參數(shù)很多，衛(wèi)星在空間繞地球運(yùn)動時(shí)，除了受到地球重力場的引力作用 外，還受到太陽、月亮和其他天體引力以及太陽光壓、大氣阻力和地球潮汐等因素影響。通常把作用于衛(wèi)星上的各種力，按其影響的大小分為兩類：中心力和攝動力。因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)要求的精度不高，所以在設(shè)計(jì)中攝動力忽略 不 計(jì)。衛(wèi)星在地球引力場中無攝運(yùn)動，也稱為開普勒運(yùn)動。所以本次設(shè)計(jì)中主要用開普勒定律計(jì)算其位置軌跡，在運(yùn)算中還加入了最小二乘法計(jì)算參數(shù)數(shù)據(jù)。 此次設(shè)計(jì)中衛(wèi)星的動態(tài)仿真，計(jì)算中主要遇到的問題是對于特定軌道的衛(wèi)星在不同時(shí)刻的近地點(diǎn)幅角的計(jì)算。所以，根據(jù)衛(wèi)星軌道的星座參數(shù)，找出在某時(shí)刻的近地點(diǎn)幅角（一般是零時(shí)刻），然后在此基 礎(chǔ)上以時(shí)間為基礎(chǔ)進(jìn)行疊加，確定出每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的瞬時(shí)近地點(diǎn)幅角值。 基于面向?qū)ο蠛统绦蛟O(shè)計(jì)思想，利用 matlab 編程了 GPS 定位仿真程序，該程序從自定義的星座數(shù)據(jù)文件中建立起衛(wèi)星星座。設(shè)計(jì)一個(gè)子函數(shù)，命名為。 其功能為其他程序得出一個(gè)全局變量 satelliteposotion，把它和其他程序放入同一個(gè)文件夾中，以便其他程序使用。 此次設(shè)計(jì) 程序主要包含四個(gè)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(shí)刻的位置變化，通過 matlab 當(dāng)中 的三維旋轉(zhuǎn)圖標(biāo)，可以很清晰的從不同角度看到衛(wèi)星和坐標(biāo)原點(diǎn)； 3 衛(wèi)星在某時(shí)刻的全軌道平面分布和可見衛(wèi)星，該程序仿真了在某時(shí)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(shí)刻可見衛(wèi)星位置； 39 4 利用可見衛(wèi)星計(jì)算用戶位置，利用最小二乘法原理，計(jì)算用戶某一時(shí)刻的位置坐標(biāo)。 通過 matlab 仿真衛(wèi)星運(yùn)動及軌跡，對其有了更加深入的認(rèn)識和了解，對 GPS也有了更直觀的認(rèn)識，對于以后遇到 GPS 的應(yīng)用時(shí)有了一個(gè)簡單的基礎(chǔ)。 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(guān)心和幫助過我的老師和同學(xué)表示萬分的感謝！ 首先要感謝 的是幫助我完成本次設(shè)計(jì)的葛青老師。在本次設(shè)計(jì)中，我遇到了許多知識和技術(shù)方面的疑問，葛老師都一一幫我解答，并提出了許多具有創(chuàng)新意義的建議。她淵博的知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，對工作盡心盡職的精神和平易近人的品格都深深感染了我，將會讓我受益終身。在此，我向葛老師表示深深的感謝，并致以崇高的敬意！ 同時(shí)還要感謝我的班主任孟玲華老師、周偉老師。大學(xué)四年期間，在大一大二時(shí)孟老師作為我們班主任，她給以我無私的關(guān)懷，是她幫助我成長，讓我從一個(gè)無知的高中生脫變到具有獨(dú)立思考能力的大學(xué)生，并提供給我許多鍛煉自身能力的機(jī)會。在大三大 四的時(shí)候周偉老師出任我們班主任，他作為一個(gè)專業(yè)課老師