飞行器制导控制系统建模与仿真（基于MWORKS）课件 第6章 卫星导航建模与仿真.pptx

第6章

卫星导航建模与仿真1

课程目录1、时空系统转换22、卫星空间位置解算3、导航信号误差建模4、导航观测数据生成5、伪距单点定位6、伪距差分定位

3坐标系统地球参考模型研究物体的位置和运动需要坐标系统提供统一的空间基准。不同的坐标系在表示物体位置和运动时各有优略，但需要统一标准，以便信息表达准确。实现导航定位的过程中，需提前选定近似于地球形状和大小的规则椭球面作为基准面导航系统椭球模型长半轴扁率地心引力常数地球角速度GPSWGS-8463781370.0033528106647473.986005e147.2921151467e-5GLONASSPZ-9063781360.0033528037430193.986004418e147.292115e-5GalileoITRF9663781370.0033528193606543.986004418e147.2921151467e-5BDSCGCS200063781370.0033528106811823.986004418e147.292115e-5

4坐标系统坐标系定义地心惯性坐标系描述卫星实际运动状态原点：地球质心X轴：指向春分点Z轴：指向北极的地球自转轴Y轴：与X轴、Z轴构成右手系卫星空间运动遵循牛顿经典力学原理，而经典力学原理是在惯性坐标系中建立，ECI在空间中静止不动。简称：ECI与地球固连，描述地球上物体位置原点：地球质心X轴：赤道面内，指向格林威治子午线Z轴：指向北极的地球自转轴Y轴：赤道面内与X轴Z轴构成右手系ECI在空间中静止不动，在地球上静止物体的ECI坐标不断变化，表述不便。简称：ECEF地心地固坐标系以经纬高表示坐标的另一种ECEF原点与各轴定义与ECEF相同经度：-180°-180°，格林尼治子午面以东为正纬度：-90°-90°，赤道以北为正高度：坐标点沿椭球的法线到椭球面的距离与日常生活中常用的位置坐标表示相匹配。简称：LLA大地坐标系

5坐标系统坐标系定义站心坐标系描述用户视角下各物体位置原点：用户位置X轴：大地东向Z轴：竖直向上Y轴：大地北向卫星导航的结果需表示在该坐标系下。简称：ENU坐标系转换ENU与ECEF之间的转换用户ECEF坐标：卫星ECEF坐标：观测矢量为：卫星在站心坐标系中的位置 为：其中：其中：表示经度，表示纬度

6时间系统卫星导航定位过程中，卫星信号播发时间采用系统时，而用户接收信号时间采用协调世界时，需要将不同时间系统相互统一以满足高精度的信号传播时间测量要求，实现高精度定位。世界时UT原子时TAI基础：地球自转缺点：不恒定，持续变慢以原子时的秒长为基础，在时刻上靠近世界时。当世界时与协调世界时差距超过0.9s，引入一个跳秒（闰秒）用户时间系统建立建立基础：一个可以重复观测、稳定、连续的周期现象基础：铯原子的谐振频率缺点：与地球自转不相关协调世界时UTC

7时间系统除GLONASS外，不同的导航系统以不同的UTC时刻为零时刻。且所有导航系统秒长均为TAI秒长。注：不同国家的UTC时刻由各地的授时管理单位维持，中国为中国科学院国家授时中心(NTSC)导航系统零时刻属性描述方式GPS1980年1月6日0时0分0秒连续时间系统，从零时刻开始计时星期数0~1024周内秒0~604800BDS2006年1月1日0时0分0秒连续时间系统，从零时刻开始计时星期数0~1024周内秒0~604800Galileo1999年8月22日0时0分0秒连续时间系统，从零时刻开始计时星期数0~4096周内秒0~604800GLONASS无非连续时间系统，超前UTC三小时与UTC类似导航系统时间建立

8时间系统根据各导航系统时定义，可获得如下转换关系：注：公式中的数字单位为秒；UTC随时间变慢，以上转换关系为2024年1月推导。系统时转换转换公式?GPSTBDTGLOTGALTGPST014s18s-3h13BDT-14s04s-3h-1sGLOT-18s+3h-4s+3h0-5s+3hGALT-13s1s5s-3h0GNSS导航系统时整秒时差换算表

课程目录1、时空系统转换92、卫星空间位置解算3、导航信号误差建模4、导航观测数据生成5、伪距单点定位6、伪距差分定位

10卫星空间位置解算开普勒轨道六参数升交点赤经轨道倾角近地点角距长半径偏心率真近点角确定轨道位置确定轨道形状确定卫星在轨道中的位置卫星空间位置是通过一组以时间为参数的轨道参数，利用已有算法实现计算的。无摄动卫星