1、“GPS廣播星歷計算衛星位置和速度”及“GPS偽距定位”計算試驗1試驗內容及上交成果1.1 試驗內容應用C語言按預定格式（函數、輸入輸出變量之名稱、類型）編寫“GPS廣播星歷計算衛星位置和速度”函數SatPos_Vel( )、“GPS偽距定位”函數Positioning( )。將此兩個函數組成文件F2.cpp，并包含于文件GPS_Positioning.cpp中。編譯、連接并運行文件GPS_Positioning.cpp，逐一時刻讀取廣播星歷（Ephemeris.dat）、觀測時間及偽距、衛星號（Observation.dat）信息，計算WGS84坐標系中觀測時刻相應的衛星位置、速度以及載體位

2、置，結果保存于文件Position.dat中。1.2 上交成果磁盤文件F2.cpp、Position.dat，并存于“學號作者中文姓名”目錄中。2函數說明2.1 星歷文件讀取函數void EFileReading(Efile)功能：讀取星歷文件，給星歷數據結構體Ephemeris賦值。輸入變量：EFile字符串，文件名。2.2 觀測數據讀取函數int ObsReading(fp_Obs,Time,Rho,Mark)功能：從文件Observation.dat中讀取某一時刻的偽距、衛星號。讀取成功函數值返 回“1”，失敗返回“1”（讀錯，或至文件尾）。輸入變量：fp_Obs文件指針；輸出變量：Ti

3、medouble，時間（秒）；Rhodouble12，偽距（米）；Markint12，衛星號，“1”表示此通道無衛星、無偽距。2.3 最小二乘估計函數int LeastSquareEstimation(Y,A,P,m,n, X)功能：最小二乘方法求解觀測方程Y=AX+，其中觀測值方差陣的逆陣為P（也稱為權 陣），得未知參數X。成功返回“1”，失敗返回“1”（虧秩）。輸入變量：Ydoublem，觀測方程自由項（米）；Adoublem×n，系數陣（無量綱），按第1行第1、2n元素，第2行順序存放；Pdoublem，權矩陣對角線元素，0或1（無量綱）；mint，觀測值個數；nint，未知參

4、數個數；輸出變量：Xdoublen，未知參數（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。調用LeastSquareEstimation(Y,A,P,m,n, X)，求得X=1,2,3。2.4 計算衛星位置、速度函數int SatPos_Vel(Num,Time, SatPos,SatVel)功能：計算WGS84坐標系中衛星位置、速度。成功返回“1”，失敗返回“1”（無星 歷）。輸入變量：Numint，衛星號；Timedouble，時間（秒）。（隱含引用全局變量Ephemeris32

5、，星歷數據結構體）輸出變量：SatPosdouble3，位置（米，WGS84）；SatVeldouble3，速度（米/秒，WGS84）。2.5 偽距測量定位int Positioning(Time,Rho,Mark, Pos,dt)功能：由單一時刻偽距計算載體位置，并保存接收機鐘面時、衛星位置、速度及載體 位置于定位結果文件Position.dat中。成功返回“1”，失敗返回“1”（觀測 值數量不夠，虧秩）。輸入變量：Timedouble，偽距觀測時刻接收機鐘面時（秒）；Rhodouble12，偽距（米）；Markint12，衛星號，“1”表示此通道無信號；輸出變量：Posdouble3，載體

6、位置（米，WGS84）；dtdouble，鐘差（秒）。3全局變量說明LightVelocity字符常量，光速（米/秒），299 792 458；PI字符常量，圓周率，3.141 592 653 589 793;MU字符常量，地球引力常數（米3秒2），3.986005e14；OMEGAE字符常量，地球自轉角速度（弧度·秒1），7.292115e-5；fp_Obs文件指針，觀測數據文件；fp_Pos文件指針，位置結果文件。Structure Eph_StrMark整型，標識，“1”有，“1”無wn整型，星期數toc衛星鐘差改正參考時刻（秒）af2衛星鐘差改正系數（秒/秒2）af1（秒/秒

7、）af0（秒）aode數據齡期deltan平均角速度改正（半周/秒）m0參考時刻平近點角（半周）e偏心率；rootaa1/2（米1/2）toe星歷參考時刻（秒）cic（弧度）crc（米）cis（弧度）crs（米）cuc（弧度）cus（弧度）omega0準升交點赤經（半周）omega近地點角距（半周）i0軌道傾角（半周）omegadot升交點赤經變化率（半周/秒）idot軌道傾角變化率（半周/秒）Ephemeris32星歷數據結構體。注：數據類型除注明整型外，其余為雙精度型。4文件說明4.1 觀測數據文件Observation.datTime,n偽距觀測時間，衛星顆數Rho_1,n_1偽距（米）

8、，衛星號Rho_n,n_n偽距（米），衛星號Time,n偽距觀測時間，衛星顆數4.2 衛星星歷數據文件Ephemeris.datsvprn整數，衛星號wn整數，星期數idot軌道傾角變化率（半周/秒）（詳細說明請參見數據結構體Structure Eph_Str Ephemeris32）svprn整數，衛星號4.3 位置計算結果文件Position.datTime偽距觀測時刻（秒）n_1,x_1,y_1,z_1, xdot_1,ydot_1,zdot_1衛星號，衛星坐標（米，WGS84），速度（米/秒）n_n,x_n,y_n,z_n, xdot_n,ydot_n,zdot_n衛星號，衛星坐標（米

9、，WGS84），速度（米/秒）x,y,z載體坐標（米，WGS84）Time偽距觀測時刻（秒）4.4 GPS_Positioning.cpp作為主函數，調用Parameter.h、Function.h、F1.cpp、F2.cpp。逐一時刻讀取廣播星歷、偽距等信息，計算衛星位置、速度及載體位置。4.5 Parameter.h字符常量定義、全局變量說明。4.6 Function.h函數說明。4.7 F1.cpp包含輔助函數如下；廣播星歷讀取函數EFileReading() ；觀測數據（時間、衛星個數、偽距、衛星號）讀取函數ObsReading()；最小二乘法求解函數LeastSquareEstima

10、tion()；矩陣相乘計算函數MatrixMultiply()；高斯選主元消去法矩陣求逆函數MatrixInverse()；三維向量長度計算函數VectorLength()。4.8 F2.cpp包含函數如下：衛星位置、速度計算函數SatPos_Vel()；偽距定位函數Positioning()。5首歷元觀測時刻參考答案（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 21492092.3 -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 207402