Спутниковые системы навигации. Учебное пособие

   Приводятся лабораторный практикум по вопросам спутниковых радионавигационных систем в виде открытых программных комплексов в среде MatLab. Лабораторный практикум в виде 16 работ с заданиями, примерами и контрольными вопросами охватывает направления формирования сигналов спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС, преобразования координат, моделирование орбит навигационных спутников GPS, ГЛОНАСС, GALILEO, декодирования и расшифровка данных навигационных спутников, решение навигационной задачи расчета позиции приемника пользователя.

    Для студентов, аспирантов и преподавателей дисциплин, изучающих системы и компоненты спутниковых средств навигации.

    Публикуется с разрешения. Авторы Конин В. В., Конина Л. А.

    ВВЕДЕНИЕ

    Рубеж XX- XXI веков выделяется двумя значимыми событиями. Глобальные спутниковые радионавигационные системы позиционирования становятся в ряд систем массо-вого обслуживания, компьютер стал в неограниченных объемах доступен студентам. Действительно, спутниковая радионавигация применяется в авиации, управлении наземным и морским транспортом, геодезии, картографии, мониторинге газо и нефтепроводов, высотных сооружений, наблюдениям за смещением материков и многих других отраслях. При этом достигнуты точности определения координат от миллиметров до нескольких десятков метров. Мировое сообщество может пользоваться спутниковыми системами GPS и ГЛОНАСС безвозмездно. В стадии завершения находятся системы EGNOS и GALILEO, ориентированные только на гражданских потребителей. Следует ожидать, что в 2008-2009 годах спутниковая радионавигация будет присутствовать в каждом мобильном телефоне. Среди компьютерных технологий выделяется система MatLab, имеющая открытые программные коды и позволяющая решить практически любую вычислительную задачу. Руководство пользователя системой MatLab содержит более 4000 страниц, значительная часть которых переведена на русский язык. Достаточно обратиться к библиографии книг [7, 8].


    В предлагаемом учебном пособии впервые предпринята попытка представить сложный вычислительный материал по вопросам спутниковой радионавигации в виде лабораторных работ, выполняемых по завершенным программным продуктам, написанным в среде MatLab. Всего таких работ 16, каждая работа рассчитана на 4 академических часа. Работы подготовлены на основании курсов, изучаемых в Национальном авиационном университете: «Спутниковые системы связи, навигации, наблюдений», «Моделирование спутниковых радионавигационных систем», «Авиационные геоинформационные системы и технологии», «Глобальные спутниковые системы позиционирования». Данные курсы читаются бакалаврам, специалистам и
магистрам.

    Отметим, что приведенные в пособии работы в объеме, определяемом заданиями к каждой работе, дают базовый уровень знаний. Фактически же в каждую из работ заложен потенциал, позволяющий при творческом дополнении программ и выполнении исследований по программам трансформировать их в курсовые работы, а при интегрировании программных кодов выполнять эффективные дипломные работы. Все программные продукты, приведенные в пособии, проверены экспериментально.


    РАЗДЕЛ 1 СИГНАЛЫ GNSS

    1.1 Краткие сведения из теории

    Спутниковые радионавигационные системы формируют в околоземном пространстве радионавигационное поле. Средства, обеспечивающие навигацию: спутниковые навигационные приемники, станции с дифференциальным режимом (контрольно-корректирующие станции), аппаратура обслуживания принимают и обрабатывают информацию из радионавигационного поля и решают задачи в соответствии с функциональным назначением [1, 2, 3, 4, 8, 9].

    На навигационных GPS, ГЛОНАСС и геостационарных спутниках формируются и излучаются следующие сигналы...

Скачать полностью pdf

ОБСУДИТЬ НА ФОРУМЕ

Авторы с благодарностью примут замечания и предложения по совершенствованию пособия по адресам: [email protected], [email protected].


ПОЛНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ    6

РАЗДЕЛ 1 СИГНАЛЫ GNSS    7

1.1    Краткие сведения из теории    7
1.2    Относительная фазовая манипуляция    9
1.2.1 Лабораторная работа 1. 1 «Относительная фазовая манипуляция»    9
1.3    Псевдослучайный код спутников GPS    12
1.3.1 Лабораторная работа 1. 2 «Код спутников GPS»    12
1.4    Функции и файлы из папки cod_GPS    13
1.5    Псевдослучайный код спутников ГЛОНАСС    32
1.5.1 Лабораторная работа 1. 3 «Код спутников ГЛОНАСС»    32
1.6    Функции и файлы из папки CodGLONASS    33
1.7    Вопросы и задания для самостоятельной подготовки    37

РАЗДЕЛ 2 Преобразование координат    38

2.1    Краткие сведения из теории    38
2.2    Лабораторная работа 2. 1 «Преобразование координат»    38
2.3    Вопросы и задания для самоподготовки    40
2.4    Тексты программ    41
2.4.1    Функции и файлы из папки COORDINATES    41
2.4.2    Функции и файлы из папки ECI_ECEF_LLH    45
2.4.3    Функции и файлы из папки TEST    48

РАЗДЕЛ 3 Время    53

3.1    Краткие сведения из теории    53
3.2    Лабораторная работа 3. 1 «Время в спутниковых радионавигационных системах»    53
3.3    Вопросы и задания для самоподготовки    55
3.4    Тексты программ    55
3.4.1    Функции и файлы из папки TIME    55
3.4.2    Функции и файлы из папки TIME_S0    60

РАЗДЕЛ 4 Орбитальное движение навигационных спутников    70

4.1       Орбитальное движение спутников GPS    70
4.1.1    Краткие сведения из теории    70
4.1.2    Лабораторная работа 4. 1 «Орбитальное движение спутников GPS»    70
4.1.3    Вопросы и задания для самоподготовки    72
4.1.4    Функции и файлы из папки ORBITA_GPSvl    72
4.1.5    Примеры расчетов с помощью m-файла :Orbita_GPS.m    82
4.1.6    Лабораторная работа 4. 2 «Наблюдение спутников GPS»    85
4.1.7    Вопросы и задания для самоподготовки    85
4.1.8    Файл из папки ORBITA_GPSv2    86
4.1.9    Пример выполнения файла Orbita_GPS_l.m    93
4.2       Размножения эфемерид спутников ГЛОНАСС (иллюстрация решения системы дифференциальных уравнений)    96
4.2.1    Краткие сведения из теории    96
4.2.2    Лабораторная работа 4. 3 «Решения системы дифференциальных уравнений» 96
4.2.3    Вопросы и задания для самоподготовки    97
4.2.4    Файл ORBITAl.m    98
4.3      Орбитальное движение спутников ГЛОНАСС    99
4.3.1    Краткие сведения из теории    99
4.3.2    Лабораторная работа 4. 4 «Орбитальное движение спутников ГЛОНАСС».... 100
4.3.3    Вопросы и задания для самоподготовки    101
4.3.4    Функции и файлы из папки ORBITA_GL_NAVIOR    101
4.3.5    Примеры выполнения комплекса программ ORBIT AGLNAVIOR    138

РАЗДЕЛ 5 Преобразование данных навигационных спутников    141

5.1       Преобразование данных альманаха приемника СН 4701 в формат YUMA    141
5.1.1    Краткие сведения из теории    141
5.1.2    Лабораторная работа 5. 1 «Конвертирование данных альманаха GPS и ГЛОНАСС в формат » YUMA    142
5.1.3    Задание для самоподготовки    142
5.1.4    Функции и файлы из папки ALM_CH4701_V3    142
5.2       Декодирование данных альманаха спутников GPS    165
5.2.1    Краткие сведения из теории    165
5.2.2    Лабораторная работа 5. 2 «Декодирование данных альманаха навигационных приемников на базе плат OEM- 4»    165
5.2.3    Задание для самоподготовки    166
5.2.4    Функции и файлы из папки RAW_ALM_PRG    166
5.3       Модель движения навигационных спутников GPS и ГЛОНАСС    173
5.3.1    Краткие сведения из теории    173
5.3.2    Лабораторная работа 5. 3 «Модель движения и визуализация спутников GPS и ГЛОНАСС»    173
5.3.3    Контрольные вопросы и задания для самоподготовки    174
5.3.4    Функции и файлы из папки Vsion_GLONASS_GPS    174
5.4       Модель движения спутников GPS, ГЛОНАСС, GALILEO    185
5.4.1    Краткие сведения из теории    185
5.4.2    Лабораторная работа 5. 4 «Модель движения и визуализация спутников GPS, ГЛОНАСС, GALILEO »    186
5.4.3    Задание для самоподготовки    186
5.4.4    Файл из папки VisionGLONASSGPSGALILEO    187
5.4.5    Лабораторная работа 5. 5 «Орбиты спутников GPS, ГЛОНАСС, GALILEO ». 195
5.4.6    Задания и вопросы для самоподготовки    196
5.4.7    Листинг файла ORBITA_GGG.m    196
5.4.8    Пример выполнения файла:ОКВ1ТА_ООО.ш    202
5.5       Декодирование и расшифровка данных спутников ГЛОНАСС    202
5.5.1    Краткие сведения из теории    202
5.5.2    Лабораторная работа 5. 6 «Декодирование данных спутников ГЛОНАСС в навигационном приемнике»    203
5.5.3    Задания и вопросы для самоподготовки    209
5.5.4    Листинг файла:Бесос1_СЬЗ.т    210
5.5.5    Пример выполнения файла:Бесос1_СЬЗ.т    222

РАЗДЕЛ 6 Решение навигационной задачи    224

6.1    Краткие сведения из теории    224
6.2    Лабораторная работа 4. 1 «Решение навигационной задачи»    224
6.3    Вопросы и задания для самоподготовки    224
6.4    Файл из папки «Координаты приемника»    225

ПРИЛОЖЕНИЯ    230

Приложение 1 Отчеты по лабораторной работе    230
Приложение 2 Альманах almanac_yuma_week0371_589824.txt    231
Приложение 3 Альманах 002.txt    241
Приложение 4 Альманах AlmGGG.yum    258

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК    286