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