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1、“GPS广播星历计算卫星位置和速度”及“GPS伪距定位”计算试验1试验内容及上交成果1.1 试验内容应用C语言按预定格式（函数、输入输出变量之名称、类型）编写“GPS广播星历计算卫星位置和速度”函数SatPos_Vel( )、“GPS伪距定位”函数Positioning( )。将此两个函数组成文件F2.cpp，并包含于文件GPS_Positioning.cpp中。编译、连接并运行文件GPS_Positioning.cpp，逐一时刻读取广播星历（Ephemeris.dat）、观测时间及伪距、卫星号（Observation.dat）信息，计算WGS84坐标系中观测时刻相应的卫星位置、速度以及载体位
2、置，结果保存于文件Position.dat中。1.2 上交成果磁盘文件F2.cpp、Position.dat，并存于“学号作者中文姓名”目录中。2函数说明2.1 星历文件读取函数void EFileReading(Efile)功能：读取星历文件，给星历数据结构体Ephemeris赋值。输入变量：EFile字符串，文件名。2.2 观测数据读取函数int ObsReading(fp_Obs,Time,Rho,Mark)功能：从文件Observation.dat中读取某一时刻的伪距、卫星号。读取成功函数值返 回“1”，失败返回“1”（读错，或至文件尾）。输入变量：fp_Obs文件指针；输出变量：Ti
3、medouble，时间（秒）；Rhodouble12，伪距（米）；Markint12，卫星号，“1”表示此通道无卫星、无伪距。2.3 最小二乘估计函数int LeastSquareEstimation(Y,A,P,m,n, X)功能：最小二乘方法求解观测方程Y=AX+，其中观测值方差阵的逆阵为P（也称为权 阵），得未知参数X。成功返回“1”，失败返回“1”（亏秩）。输入变量：Ydoublem，观测方程自由项（米）；Adoublemn，系数阵（无量纲），按第1行第1、2n元素，第2行顺序存放；Pdoublem，权矩阵对角线元素，0或1（无量纲）；mint，观测值个数；nint，未知参数个数；输出
4、变量：Xdoublen，未知参数（米）。原理：X=(ATPA)-1ATPY例：Y1,2,3,6,A=1,0,0, 0,1,0, 0,0,1, 1,1,1,P=1,1,1,1,m=4,n=3。调用LeastSquareEstimation(Y,A,P,m,n, X)，求得X=1,2,3。2.4 计算卫星位置、速度函数int SatPos_Vel(Num,Time, SatPos,SatVel)功能：计算WGS84坐标系中卫星位置、速度。成功返回“1”，失败返回“1”（无星 历）。输入变量：Numint，卫星号；Timedouble，时间（秒）。（隐含引用全局变量Ephemeris32，星历数据结
5、构体）输出变量：SatPosdouble3，位置（米，WGS84）；SatVeldouble3，速度（米/秒，WGS84）。2.5 伪距测量定位int Positioning(Time,Rho,Mark, Pos,dt)功能：由单一时刻伪距计算载体位置，并保存接收机钟面时、卫星位置、速度及载体 位置于定位结果文件Position.dat中。成功返回“1”，失败返回“1”（观测 值数量不够，亏秩）。输入变量：Timedouble，伪距观测时刻接收机钟面时（秒）；Rhodouble12，伪距（米）；Markint12，卫星号，“1”表示此通道无信号；输出变量：Posdouble3，载体位置（米，W
6、GS84）；dtdouble，钟差（秒）。3全局变量说明LightVelocity字符常量，光速（米/秒），299 792 458；PI字符常量，圆周率，3.141 592 653 589 793;MU字符常量，地球引力常数（米3秒2），3.986005e14；OMEGAE字符常量，地球自转角速度（弧度秒1），7.292115e-5；fp_Obs文件指针，观测数据文件；fp_Pos文件指针，位置结果文件。Structure Eph_StrMark整型，标识，“1”有，“1”无wn整型，星期数toc卫星钟差改正参考时刻（秒）af2卫星钟差改正系数（秒/秒2）af1（秒/秒）af0（秒）aode数
7、据龄期deltan平均角速度改正（半周/秒）m0参考时刻平近点角（半周）e偏心率；rootaa1/2（米1/2）toe星历参考时刻（秒）cic（弧度）crc（米）cis（弧度）crs（米）cuc（弧度）cus（弧度）omega0准升交点赤经（半周）omega近地点角距（半周）i0轨道倾角（半周）omegadot升交点赤经变化率（半周/秒）idot轨道倾角变化率（半周/秒）Ephemeris32星历数据结构体。注：数据类型除注明整型外，其余为双精度型。4文件说明4.1 观测数据文件Observation.datTime,n伪距观测时间，卫星颗数Rho_1,n_1伪距（米），卫星号Rho_n,n_
8、n伪距（米），卫星号Time,n伪距观测时间，卫星颗数4.2 卫星星历数据文件Ephemeris.datsvprn整数，卫星号wn整数，星期数idot轨道倾角变化率（半周/秒）（详细说明请参见数据结构体Structure Eph_Str Ephemeris32）svprn整数，卫星号4.3 位置计算结果文件Position.datTime伪距观测时刻（秒）n_1,x_1,y_1,z_1, xdot_1,ydot_1,zdot_1卫星号，卫星坐标（米，WGS84），速度（米/秒）n_n,x_n,y_n,z_n, xdot_n,ydot_n,zdot_n卫星号，卫星坐标（米，WGS84），速度（米
9、/秒）x,y,z载体坐标（米，WGS84）Time伪距观测时刻（秒）4.4 GPS_Positioning.cpp作为主函数，调用Parameter.h、Function.h、F1.cpp、F2.cpp。逐一时刻读取广播星历、伪距等信息，计算卫星位置、速度及载体位置。4.5 Parameter.h字符常量定义、全局变量说明。4.6 Function.h函数说明。4.7 F1.cpp包含辅助函数如下；广播星历读取函数EFileReading() ；观测数据（时间、卫星个数、伪距、卫星号）读取函数ObsReading()；最小二乘法求解函数LeastSquareEstimation()；矩阵相乘计
10、算函数MatrixMultiply()；高斯选主元消去法矩阵求逆函数MatrixInverse()；三维向量长度计算函数VectorLength()。4.8 F2.cpp包含函数如下：卫星位置、速度计算函数SatPos_Vel()；伪距定位函数Positioning()。5首历元观测时刻参考答案（Position.dat）193645.029 -15567798.7 945675.6 21321624.5 249.3 -2743.6 303.3 0 14665363.6 9394841.8 20224091.6 -2310.3 1043.6 1194.920 -10127606.0 21492
11、092.3 -10899994.3 -90.1 -1466.0 -2807.921 -1578334.5 26219741.9 -284477.9 -409.9 -14.9 3151.828 -20375527.0 15214719.7 7639734.1 -975.7 140.2 -2976.324 -2456690.1 16712706.9 20740220.7 -2203.1 -1370.0 828.0 5 -24924627.9 3359562.9 9069955.6 937.9 -673.8 2850.313 11881411.2 12148251.4 20386065.1 -509.3 2539.5 -1217.6-2196881.6 5177555.2 2998042.25
GPS广播星历计算卫星位置和速度
