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.WORD版本GPS卫星运动及定位matlab仿真作者：专业班级：指导老师：摘要全球定位系统是具有全球性、全能性、全天候优势的导航定位、定时和测速系统，现在在全球很多领域获得了应用。GPS卫星的定位是一个比较复杂的系统，其包含参数众多，如时间系统、空间坐标系统等。此次设计是针对卫星运动定位的matlab仿真实现，因要求不高，所以对卫星运动做了理想化处理，摄动力对卫星的影响忽略不计（所以为无摄运动），采用开普勒定律及最小二乘法计算其轨道参数，对其运动规律进行简略分析，并使用matlab编程仿真实现了卫星的运功轨道平面、运动动态、可见卫星的分布及利用可见卫星计算出用户位置。通过此次设计，对于GPS卫星有了初步的认识，对于静态单点定位、伪距等相关概念有一定了解。关键字：GPS卫星无摄运动伪距matlab仿真.WORD版本ThemovementandlocationofGPSsatelliteonMATLABAbstract：Globalpositioningsystemisaglobal,versatility,all-weatheradvantageofnavigationandpositioning,timingandspeedsystem,nowtherehasmanyapplicationinmanyfields.GPSsatellitepositioningisacomplexsystem,whichincludesmanyparameters,suchastimeandspacecoordinatessystem.Thisdesignisbasedonthematlabsimulationofsatellitemotionandlocation,becausedemandisnothigh,sotodotheidealizedsatellitemovement,andignorethedisturbedmotion(socallitnon-disturbedmotion).UsingtheKeplerandleast-squaremethodforcalculatingtheparametersoforbitalmotion,forthecharacteristicsofmotiontomakeasimpleanalysis,andusethematlabsimulationtoprogramachievetheorbitalplaneofsatellite,thedynamicmotion,thedistributionofvisiblesatellitesandusingvisiblesatellitestocalculatetheusers’home.ThroughthedesignhaveprimaryunderstandingfortheGPSsatellite,andunderstandingthestaticsingle-point,pseudorangeandsoon.Keywords：GPSsatellitenon-disturbedmotionpseudorangematlabsimulation.WORD版本目录第一章前言.........................................................11.1课题背景......................................................11.2本课题研究的意义和方法........................................21.3GPS前景......................................................2第二章GPS测量原理.................................................42.1伪距测量的原理................................................42.1.1计算卫星位置..............................................52.1.2用户位置的计算............................................52.1.3最小二乘法介绍............................................62.2载波相位测量原理..............................................7第三章GPS的坐标、时间系统........................................113.1坐标系统.....................................................113.1.1天球坐标系...............................................113.1.2地球坐标系...............................................133.2时间系统.....................................................153.2.1世界时系统...............................................153.2.2原子时系统...............................................183.2.3动力学时系统..............................................183.2.4协调世界时................................................193.2.5GPS时间系统..............................................19.WORD版本第四章卫星运动基本定律及其求解....................................214.1开普勒第一定律...............................................214.2开普勒第二定律...............................................224.3开普勒第三定律...............................................234.4卫星的无摄运动参数...........................................244.5真近点角的概念及其求解.......................................254.6卫星瞬时位置的求解...........................................26第五章GPS的MATLAB仿真...........................................315.1卫星可见性的估算.............................................315.2GPS卫星运动的MATLAB仿真......................................32结论..............................................................45致.................................................................47参考文献...........................................................48附录...............................................................49.WORD版本第一章前言1.1课题背景GPS系统的前身为美军研制的一种子午仪卫星定位系统(Transit），1958年研制，64年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS系统的研制埋下了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统[13]。1973年12月,美国国防部批准它的陆海空三军联合研制新的卫星导航系统:NAVSTAR/GPS。它是英文“NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem”的缩写词。其意为“卫星测时测距导航/全球定位系统”,简称GPS。这个系统向有适当接受设备的全球围用户提供精确、连续的三维位置和速度信息,并且还广播一种形式的世界协调时(UTC)。通过遍布全球的（21+3）GPS导航卫星，向全球围的用户全天候提供高精度的导航、跟踪定位和授时服务。目前，GPS已在地形测量，交通管理，导航，野外勘探，空间宇宙学等诸多领域得到了广泛的应用[11]。目前全球共有4大GPS系统，分别是：美国GPS，由美国国防部于20世纪70年代初开始设计、研制，于1993年全部建成。1994年，美国宣布在10年向全世界免费提供GPS使用权，但美国只向外国提供低精度的卫星信号。.WORD版本欧盟“伽利略”，1999年欧洲提出计划,准备发射30颗卫星，组成“伽利略”卫星定位系统。俄罗斯“格洛纳斯”，尚未部署完毕。始于上世纪70年代，需要至少18颗卫星才能确保覆盖俄罗斯全境;如要提供全球定位服务，则需要24颗卫星。中国“北斗”2003年我国北斗一号建成并开通运行，不同于GPS，“北斗”的指挥机和终端之间可以双向交流。震发生后,武警指挥中心和武警部队运用“北斗”进行了上百次交流。北斗二号系列卫星今年起将进入组网高峰期，预计在2015年形成由三十几颗卫星组成的覆盖全球的系统。1.2本课题研究的意义和方法GPS系统是一个很庞大的系统，包含了天文，地理，计算机，电磁学，通信学，信息学等等。通过本文对GPS的学习研究，最重要的还是要学习其原理：卫星运动原理；卫星定位原理；卫星跟踪原理等等。通过基础原理的学习，一方面，可以使我们更进一步的理解卫星运动，定位的实现方法；通过仿真，进一步了解简单定位的方法及其在仿真平台上的实现途径；另一方面，也可以培养我们自学的能力，训练仿真模拟的技巧和方法。至今，基本上完成了课题的要求，通过不断的注入既定参数，可以更加详细，直观的理解基本的定位原理和实现方法！1.3GPS前景GPS导航定位以其定位精度高、观测时间短、测站间无需通视、可提供三维坐标、操作简便、全天候作业、功能多、应用广泛等特点著称。.WORD版本用GPS信号可以进行海、空和陆地的导航、导弹的制导、测量和工程测量的精密定位、时间的传递和速度的测量等。对于测绘领域，GPS卫星定位技术已经用于建立高精度的全国性的测量控制网，测定全球性的地球动态参数；用于建立陆地海洋测量基准，进行高精度的海岛陆地联测以及海洋测绘；用于检测地球板块运动状态和地壳形变；用于工程测量，成为建立城市与工程控制网的主要手段。用于测定航空航天摄影瞬间相机位置，实现仅有少量的地面控制或无地面控制的航测快速成图，导致地理信息系统、全球环境遥感监测的技术革命[4]。目前，GPS、GLONASS、INMARSAT等系统都具备了导航定位功能，形成了多元化的空间资源环境。这一多元化的空间资源环境，促使国际民间形成了一个共同的策略，即一方面对现有系统充分利用，一方面积极筹建民间GNSS系统，待2011年