GPS絕對(duì)定位的程序設(shè)計(jì)修改02要點(diǎn)

GPS 絕對(duì)定位的程序設(shè)計(jì) I 目錄目錄 摘摘 要要.I ABSTRACTABSTRACT.II 1 1 緒論緒論.1 1.1 引言 .1 1.2 國內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài) .1 1.3 本文主要研究工作和章節(jié)安排 .2 2 2 GPSGPS 衛(wèi)星軌道坐標(biāo)計(jì)算數(shù)學(xué)模型衛(wèi)星軌道坐標(biāo)計(jì)算數(shù)學(xué)模型.2 3 3 GPSGPS 單點(diǎn)定位數(shù)學(xué)模型單點(diǎn)定位數(shù)學(xué)模型.6 4 4 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì).8 4.1 VB 介紹.8 4.2 絕對(duì)定位程序的總體設(shè)計(jì) .9 4.2.1 系統(tǒng)描述與需求分析 .9 4.2.2 軟件總體設(shè)計(jì) .9 4.2.3 設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) .9 4.2.4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) .10 4.2.5 程序中的模塊 .10 4.2.6 程序流程 .10 5 5 計(jì)算實(shí)例及誤差分析計(jì)算實(shí)例及誤差分析.12 6 6 結(jié)論結(jié)論.14 致致 謝謝.15 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).16 GPS 絕對(duì)定位的程序設(shè)計(jì) II GPS 絕對(duì)定位的程序設(shè)計(jì) 摘摘 要要 GPS 單點(diǎn)定位是根據(jù)計(jì)算出的衛(wèi)星坐標(biāo)，再以偽距或者載波相位為觀測量，通 過空間后方交會(huì)原理計(jì)算出地面測量站點(diǎn)的位置。本文主要介紹了 GPS 衛(wèi)星軌道坐 標(biāo)計(jì)算數(shù)學(xué)模型，單點(diǎn)定位數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)最小二乘原理，利用 VB 語言對(duì)以上過 程進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。本文對(duì)此程序的開發(fā)過程進(jìn)行了闡述，包括時(shí)間轉(zhuǎn)換程序、利用廣 播星歷計(jì)算衛(wèi)星坐標(biāo)程序和地面點(diǎn)近似坐標(biāo)計(jì)算程序，并總結(jié)了程序開發(fā)過程中對(duì) 誤差進(jìn)行處理的方法和一些關(guān)鍵技術(shù)問題的解決思路。最后，選取實(shí)例進(jìn)行計(jì)算并 進(jìn)行精度分析。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：GPS 單點(diǎn)定位 坐標(biāo)計(jì)算 精度分析 GPS 絕對(duì)定位的程序設(shè)計(jì) III PROGRAM DESIGN OF GPS ABSOLUTE POSITIONING ABSTRACT Single-point positioning of GPS calculates the location of the site ground-based measurements by the principle of space resection according to the calculated satellite coordinates, which measure the pseudorange or carrier phase for the concept. My article describes a mathematical model of the GPS satellite orbit coordinates calculating, a mathematical model of single point of positioning, and achieve the above process in accordance with the principle of least squares, using VB language . my article describes the process of the program development, and summarizes the ways to deal with the error and the idea of some key technical issues in the program development process. Finally, selects the instance to calculate and analyse the accuracy . KEY WORDS GPS Single-point positioning Coordinate calculation Accuracy Analysis GPS 絕對(duì)定位的程序設(shè)計(jì) 1 1 1 緒論緒論 1.11.1 引言引言 GPS是美國從20 世紀(jì)70 年代開始研制的, 于1994 年全面建成, 具有在海、陸、 空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。尤其是經(jīng)過 近幾年的研究,GPS 更在測繪、航空遙感和氣象等方面有了新的應(yīng)用, 并以全天候、 高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn), 贏得廣大用戶的信賴。隨著對(duì)定位精度要求 的不斷提高, 人們對(duì)GPS衛(wèi)星星歷的精度和實(shí)時(shí)性提出了越來越高的要求。 衛(wèi)星的星歷, 是描述有關(guān)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道的信息。利用 GPS 進(jìn)行定位, 就是根據(jù) 已知的衛(wèi)星軌道信息和用戶的觀測資料, 通過數(shù)據(jù)處理來確定接收機(jī)的位置及其載 體的航行速度。所以, 精確的軌道信息是精密定位的基礎(chǔ)。GPS 的衛(wèi)星星歷按照精 度可分為精密星歷和廣播星歷。精密星歷是由國際 GPS 服務(wù)中心( IGS) 通過 Internet 發(fā)布,它的軌道精度可達(dá)到 10cm 左右, 足以滿足精密定位的需要。但是精密 星歷只能在衛(wèi)星觀測的 11d 后獲得, 無法為實(shí)時(shí)定位、導(dǎo)航、氣象等實(shí)時(shí)性要求很 強(qiáng)的應(yīng)用提供有效的服務(wù)。廣播星歷是通過接收機(jī)接收衛(wèi)星發(fā)射的含有軌道信息的 導(dǎo)航電文, 經(jīng)過解碼獲得的衛(wèi)星星歷推算得到衛(wèi)星位置, 可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的導(dǎo)航和定位。 本程序以 2009 年 11 月 21 日上海跟蹤站（SHAO）的 RINEX 格式廣播星歷 shao3250.09n 和觀測數(shù)據(jù) shao3250.09o 為例，取了 200 個(gè)連續(xù)觀測歷元，在不同歷 元求出坐標(biāo)值，最后求出坐標(biāo)平差值，對(duì)平差值的各分量作比較。 1.21.2 國內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)國內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài) 絕對(duì)定位按天線所處狀態(tài)可以分為動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位和靜態(tài)絕對(duì)定位；按觀測量的 性質(zhì)，可分為測碼偽距絕對(duì)定位和測碼偽距相對(duì)定位。尤其是動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位的方法， 由于它的實(shí)時(shí)、省力、簡潔等優(yōu)點(diǎn)具有廣闊的應(yīng)用天地。 近十年 GPS 理論以趨于完善，特別是 GPS 靜態(tài)定位方面，已有許多可靠和成功 的軟件，但在絕對(duì)定位方面，尤其是實(shí)時(shí)絕對(duì)定位方面，由于 GPS 定位中包含許多 誤差，利用傳統(tǒng)的方法很難將其影響除掉，使得 GPS 在某些場合的應(yīng)用收到一定限 制。GPS 定位的主要誤差源包括：1）衛(wèi)星測量誤差?？煞譃樾l(wèi)星時(shí)鐘誤差、星歷誤 差、電離層的附加延遲誤差、對(duì)流層的附加延遲誤差、多徑效應(yīng)以及接收機(jī)本身的 GPS 絕對(duì)定位的程序設(shè)計(jì) 2 噪音。2）衛(wèi)星幾何位置造成的定位誤差。 GPS 正展現(xiàn)出愈來愈巨大的應(yīng)用潛力，應(yīng)用不僅從定位范圍和定位方式上提出 了各種要求，定位精度的要求也有大幅提高，從米級(jí)到亞毫米級(jí)，而且提出的較高 要求指標(biāo)還包括可靠性和可用性。為了增強(qiáng)可靠性和可用性，在實(shí)際應(yīng)用中還發(fā)展 了與 GLONASS、無線信標(biāo)、WARS、INS 等系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合集成，同時(shí)歐空局正在積 極推進(jìn) GALILEO 系統(tǒng)，國際上也隨之在醞釀 GPS 和 GALILEO 定位系統(tǒng)的集成。 比較可靠地定位系統(tǒng)還必須有可靠的定位軟件與計(jì)算機(jī)硬件的輔助，定位方面的軟 件開發(fā)也是各個(gè)研究機(jī)構(gòu)比較注重的方面之一。有了好的軟件，人們才能在生活和 工作中更方便、快捷、準(zhǔn)確、可靠和充分的利用定位系統(tǒng)給人類帶來的方便之處。 1.3 本文主要研究工作和章節(jié)安排本文主要研究工作和章節(jié)安排 本文主要介紹了 GPS 衛(wèi)星軌道坐標(biāo)計(jì)算數(shù)學(xué)模型，單點(diǎn)定位數(shù)學(xué)模型，并根據(jù) 最小二乘原理，利用 VB 語言對(duì)以上過程進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。整個(gè)論文內(nèi)容安排如下： 第 1 章簡單介紹了 GPS 發(fā)展，闡述了國內(nèi)外 GPS 絕對(duì)定位的研究狀況，以及本 文所做的工作及論文結(jié)構(gòu) 第 2 章介紹了衛(wèi)星軌道參數(shù)與廣播星歷參數(shù)以及 GPS 衛(wèi)星軌道坐標(biāo)計(jì)算數(shù)學(xué)模 型。 第 3 章介紹了 GPS 絕對(duì)定位的算法實(shí)現(xiàn)以及數(shù)學(xué)模型 第 4 章介紹了編程語言 VB 的基本情況，GPS 絕對(duì)定位的程序的設(shè)計(jì)目的、思 路、流程以及程序中設(shè)計(jì)模塊的應(yīng)用 第 5 章研究了軟件的使用效能，也就是實(shí)例的計(jì)算與分析 第 6 章為本論文的結(jié)論 2 2 GPSGPS 衛(wèi)星軌道坐標(biāo)計(jì)算數(shù)學(xué)模型衛(wèi)星軌道坐標(biāo)計(jì)算數(shù)學(xué)模型 廣播星歷就是衛(wèi)星 GPS 將含有軌道信息的導(dǎo)航電文發(fā)送給用戶接收機(jī)，然后經(jīng) 過解碼獲得的衛(wèi)星星歷。GPS 用戶通過衛(wèi)星廣播星歷，可以獲得 16 個(gè)衛(wèi)星星歷參數(shù)， 其中，1 個(gè)參考時(shí)刻，6 個(gè)相應(yīng)參考時(shí)刻的開普勒軌道參數(shù)和 9 個(gè)攝動(dòng)力影響的參數(shù)。 這些參數(shù)的定義如下表所示： GPS 絕對(duì)定位的程序設(shè)計(jì) 3 表 1 導(dǎo)航電文中的參考參數(shù) 參數(shù)名稱參數(shù)名稱 oe t星歷參數(shù)的參考?xì)v元n平均運(yùn)行速度差 s a軌道長半軸的方根 升交點(diǎn)赤經(jīng)變化率 s e軌道偏心率 i 軌道傾角變化率 0 i參考時(shí)刻的軌道傾角, usuc CC升交距角的調(diào)和改正項(xiàng)振幅 0 參考時(shí)刻的升交點(diǎn)赤經(jīng), isic CC軌道傾角的調(diào)和改正項(xiàng)振幅 s 近地點(diǎn)角距, rsrc CC衛(wèi)星地心距的調(diào)和改正項(xiàng)振幅 s M參考時(shí)刻的平近點(diǎn)角AODE星歷數(shù)據(jù)的齡期 其中，AODE 表示從最后一次注入電文起外推星歷時(shí) 0 的外推時(shí)間間隔，它反 映了外推星歷的可靠程度。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，便可外推出觀測時(shí)刻 t 的軌道參數(shù)，從 而計(jì)算衛(wèi)星在不同參考系中的相應(yīng)坐標(biāo)。 用廣播星歷參數(shù)計(jì)算衛(wèi)星位置： 在利用 GPS 信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位時(shí)，為了解算用戶在地心坐標(biāo)系中的位置，GPS 接收機(jī)需要測定測站到衛(wèi)星的距離并且要知道同一衛(wèi)星在同一時(shí)刻的地心坐標(biāo)2。 衛(wèi)星的地心坐標(biāo)是從衛(wèi)星的導(dǎo)航電文中提供的開普勒軌道參數(shù)和軌道攝動(dòng)修正量按 一定公式計(jì)算的。 1)計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度：n 衛(wèi)星的平均角速度用下式計(jì)算： 0 n (1) 3 2 0 /nGMa 式中，GM=.5是WGS-84坐標(biāo)系中地球引力常數(shù)。 32 () /kms 利用導(dǎo)航電文中給出的攝動(dòng)改正數(shù)，用下式求衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度：nn (2) 0 nnn 2)對(duì)觀測時(shí)刻 做衛(wèi)星鐘差改正： t GPS 絕對(duì)定位的程序設(shè)計(jì) 4 ttt (3) 2 01020 ()() ee taa tta tt 在計(jì)算衛(wèi)星鐘差改正時(shí)， 可近似取 。tt t 3)觀測時(shí)刻的平近點(diǎn)角的計(jì)算： s M （4） 00 () se MMn tt 4)計(jì)算偏近點(diǎn)角： s E （5）sin ssss EMeE （5）式可用迭代法進(jìn)行計(jì)算，即先令代入上式，求出再代入上式計(jì) ss EM s E 算，由于偏心率e很?。ㄖ挥?.01） ，因此收斂很快，只需迭代兩次便可求出偏近點(diǎn) 角。 5)真近點(diǎn)角的計(jì)算： cos(cos)/(1cos) sssss fEeeE 2 sin( 1sin)/(1cos) ssss feEeE （6） 2 arctan( 1sin)/ ssss feEEe 6)計(jì)算升交角距及軌道攝動(dòng)改正項(xiàng)： 0 u 升交角距： 00s uf 攝動(dòng)改正項(xiàng)： （7） 00 00 00 sin2cos2 sin2cos2 sin2cos2 uusuc rrsrc iisic cucu cucu cucu 7)計(jì)算經(jīng)過攝動(dòng)改正的升交角距、衛(wèi)星到地心距離 、軌道傾角 uri （8） 0 00 (1cos) () u sssr ie uu raeE iii tt GPS 絕對(duì)定位的程序設(shè)計(jì) 5 8)計(jì)算衛(wèi)星軌道平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)： 衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為 （9） cos sin xru yru 9)計(jì)算觀測時(shí)刻升交點(diǎn)經(jīng)度： 升交點(diǎn)經(jīng)度為該時(shí)刻升交點(diǎn)赤經(jīng)與格林尼治恒星時(shí) GAST 之差，即 （10）GAST 觀測時(shí)刻的升交點(diǎn)赤經(jīng)為參考?xì)v元的升交點(diǎn)赤經(jīng)加上觀測時(shí)刻與參考?xì)v元 0e t 0e 之間的升交點(diǎn)的赤經(jīng)變化，即 （11） 00 () ee tt 另外，衛(wèi)星電文中提供了一周開始時(shí)刻（星期六子夜）以秒計(jì)算的格林尼治恒 星時(shí) GATS。由于地球的自轉(zhuǎn)作用，GAST 也不斷增加。增加量與地球自轉(zhuǎn)速率 0 ( )t 有關(guān)=7.。所以，觀測時(shí)刻 GAST 用下式計(jì)算： e W e W 5 10/rad s GAST=GAST+ （12） 0 ( )t 0 () e W tt 考慮到（11）式和(12)式，則 (13) 0000 ()GAST( )() eee tttW tt 因?yàn)?000 GAST( ) e t 000 ()() ee ttW tt 考慮到 和都是從開始起算，即0，則(13)式為t 0e t 0 t 0 t （14） 000 () eeee WttW t 10)計(jì)算衛(wèi)星在地心坐標(biāo)系中空間直角坐標(biāo)： （15） 0 0 0 cossincossinsin sincoscoscossin 0sincos XXii YiiY ZiiZ 11)如果考慮極移影響，可求在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的空間直角坐標(biāo)： GPS 絕對(duì)定位的程序設(shè)計(jì) 6 （16） 10 01 1 p p CTSpp x XX YyY ZZ xy 3 3 GPSGPS 單點(diǎn)定位數(shù)學(xué)模型單點(diǎn)定位數(shù)學(xué)模型 由于接收機(jī)測量的是偽距，在觀測值中存在著接收機(jī)鐘差，加之測量點(diǎn)的三維 坐標(biāo)為待求值，一共有 4 個(gè)未知數(shù)。要求解出這 4 個(gè)未知數(shù)，必須有 4 個(gè)方程式。 為此，要實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)絕對(duì)定位必須同時(shí)觀測 4 顆衛(wèi)星，才能組成定位的基本方程4。 設(shè)為偽距觀測量，為接收機(jī)到衛(wèi)星的真距離，為接收機(jī)鐘差，則觀測方R 程為 （17）Rc 222 ()()() spspsp XXYYZZc 式中，假定偽距觀測量已經(jīng)過星歷中的對(duì)流層和電離層改正；為衛(wèi)星(,) sss X Y Z 的瞬時(shí)地心坐標(biāo)，可由衛(wèi)星星歷電文中求出；為接收機(jī)的地心坐標(biāo)，是(,) ppp XYZ 待求量。 為了求解方便和數(shù)據(jù)處理的需要，將式（17）進(jìn)行微分，作線性化處理，并將 接收機(jī)的概略坐標(biāo)作為初始值代入，得到 000 (,) ppp XYZ （18） s0s0s0 000 XZ d =ddYdZd ppp XYYZ Xt RRR 式中，為接收機(jī)鐘差對(duì)應(yīng)的空間距離，ddtc 222 0000 ()()() spspsp RXXYYZZ 從式（18）中看出，三個(gè)坐標(biāo)分量的系數(shù)是接收機(jī)到衛(wèi)星的單位矢徑分別向三 個(gè)坐標(biāo)軸投影的方向余弦。采用符號(hào) sp XX l R sp YY m R GPS 絕對(duì)定位的程序設(shè)計(jì) 7 （19） sp ZZ n R 規(guī)定上標(biāo)為衛(wèi)星號(hào)，下標(biāo) 為測站號(hào)，則組成偽距定位的基本方程i （20） 1 111 2 211 311 3 411 4 d dX1 ddY1 dZ1 d 1d d i i iii ii iii iiii i iii i lmn lmn lmn lmnt 采用矩陣表示 觀測量 1234 dddd T iiiii l 狀態(tài)矩陣 111 211 311 411 1 1 1 1 iii iii i iii iii lmn lmn A lmn lmn 未知數(shù)dXdYdZd T iiii Xt 則式（20）變?yōu)?（21）0 iii A Xl 對(duì)式（21）求解，便得到接收機(jī)地心坐標(biāo)的唯一解 （22） 1 iii XA l 在計(jì)算過程中，下列幾個(gè)問題必須注意11： （1）衛(wèi)星之間的鐘差是利用導(dǎo)航電文中給出的鐘差改正數(shù)統(tǒng)一到 UTC 時(shí)間。 這里，考慮的鐘差是指衛(wèi)星與接收機(jī)之間的鐘差。 （2）在計(jì)算中采用了接收機(jī)的概略坐標(biāo)，第一次計(jì)算出的結(jié)果是不精確的。因 此，必須反復(fù)迭代計(jì)算，直到滿足規(guī)定的限差為止。 （3）在一般導(dǎo)航型接收機(jī)中，都是采用這一數(shù)學(xué)模型計(jì)算位置的?，F(xiàn)有的接收 機(jī)都能同時(shí)跟蹤四個(gè)以上衛(wèi)星，但在計(jì)算中仍然利用四個(gè)衛(wèi)星，不過是結(jié)果挑選的 四個(gè)衛(wèi)星。為此，按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，計(jì)算其 PDOP，最后選擇和利用 一組其 PDOP 為最小的衛(wèi)星作為計(jì)算數(shù)據(jù)，以得到最高的定位精度。 在測地型接收機(jī)和高質(zhì)量的導(dǎo)航接收機(jī)中，都具有 8 個(gè)以上的通道，能同時(shí)跟 蹤 7 顆以上的衛(wèi)星。為了提高定位精度，在計(jì)算位置過程中，利用了所有的衛(wèi)星觀 GPS 絕對(duì)定位的程序設(shè)計(jì) 8 測值。在這樣情況下，出現(xiàn)了多余觀測，觀測值的個(gè)數(shù)超過了未知數(shù)的個(gè)數(shù)，使得 式（21）的右端不等于零 （23） iiii A Xl 式中，為殘差向量。根據(jù)最小二乘法的原理，最后得到接收機(jī)的 123 (,) TT 位置解為 （24） 1 () TT i XA AA l 其精度為 （25） 221 00 () T xx Dm QmA A 式中，為偽距測量中誤差，為權(quán)系數(shù)陣。 0 m x Q 這種多余觀測的優(yōu)點(diǎn)在于消除了衛(wèi)星定位的系統(tǒng)誤差。過去，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在 僅用 4 顆衛(wèi)星的差分定位中，當(dāng)中間更換衛(wèi)星時(shí)，位置會(huì)出現(xiàn)較大的偏移，等過了 數(shù)秒后又逐漸回到原位。定位精度越高，這一現(xiàn)象越明顯，當(dāng)應(yīng)用 4 顆以上的衛(wèi)星 定位時(shí)，這一現(xiàn)象就不存在了。 4 4 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì) 4.14.1 VBVB 介紹介紹 Visual Basic,簡稱 VB，是 Microsoft 公司推出的一種 Windows 應(yīng)用程序開發(fā)工 具。是當(dāng)今世界上使用最廣泛的編程語言之一，它也被公認(rèn)為是編程效率比較高的 一種編程方法。無論是開發(fā)功能強(qiáng)大、性能可靠的商務(wù)軟件，還是編寫能處理實(shí)際 問題的實(shí)用小程序，VB 都是最快速、最簡便的方法。 4.24.2 絕對(duì)定位程序的總體設(shè)計(jì)絕對(duì)定位程序的總體設(shè)計(jì) 4.2.14.2.1 系統(tǒng)描述與需求分析系統(tǒng)描述與需求分析 基本功能要求： 實(shí)現(xiàn) GPS L1 C/A 碼偽距單點(diǎn)定位功能，精度符合 GPS 標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù) SPS 可選擇輸入/輸出文件名，輸入不正確時(shí)，可識(shí)別并提示（即星歷和觀測值文件不同 步） GPS 絕對(duì)定位的程序設(shè)計(jì) 9 可顯示 GPS 時(shí)和北京時(shí)間的轉(zhuǎn)換 程序運(yùn)行穩(wěn)定 輸入：原始數(shù)據(jù)為 RINEX 的 O 文件，星歷為 RINEX 的 N 文件或 SP3 輸出：每個(gè)歷元下的單點(diǎn)定位值，方式為屏幕，自定義格式文件 運(yùn)行環(huán)境：Windows 環(huán)境下的控制臺(tái)程序或窗口程序且為單獨(dú)可執(zhí)行的文件 4.2.24.2.2 軟件總體設(shè)計(jì)軟件總體設(shè)計(jì) 在需求分析的基礎(chǔ)上通過抽象和分解將系統(tǒng)分解為模塊，確定系統(tǒng)功能是否實(shí)現(xiàn)， 即把軟件需求轉(zhuǎn)換為軟件模塊表示的過程。 該過程是一個(gè)分解的過程 圖 1 軟件的總體設(shè)計(jì) 4.2.34.2.3 設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 采用某種方法，將系統(tǒng)按功能劃分成模塊。 （劃分） 確定模塊的功能。 （功能） 確定模塊之間的調(diào)用關(guān)系。 （調(diào)用） 確定模塊之間傳遞的信息。 （接口） 評(píng)價(jià)模塊結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。 （質(zhì)量） 4.2.44.2.4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 1)主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 單歷元觀測值 星歷參數(shù)（廣播星歷、精密星歷） 坐標(biāo) 時(shí)間 2)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)： 概念設(shè)計(jì) 邏輯設(shè)計(jì) 物理設(shè)計(jì) 輸入計(jì)算輸出 GPS 絕對(duì)定位的程序設(shè)計(jì) 10 4.2.54.2.5 程序中的模塊程序中的模塊 1)完成各功能的模塊： 數(shù)據(jù)讀取模塊（RINEX 讀?。?讀取 RINEX 衛(wèi)星數(shù)據(jù)存于星歷結(jié)構(gòu)中 讀取一歷元 RINEX 觀測數(shù)據(jù) 求解衛(wèi)星發(fā)射時(shí)刻 的衛(wèi)星坐標(biāo) 根據(jù)觀測歷元時(shí)刻和觀測 值，計(jì)算衛(wèi)星發(fā)射時(shí)刻 傳播時(shí)間收斂否 計(jì)算坐標(biāo)及精度信息 組法方程系數(shù)，求解法方程 觀測值進(jìn)行各項(xiàng)改正 修正衛(wèi)星傳 播時(shí)間 與前一次計(jì)算值比較， 收斂否 輸出該歷元結(jié)果 文件結(jié)束否 開始 GPS 絕對(duì)定位的程序設(shè)計(jì) 11 圖 2 程序流程圖 衛(wèi)星位置計(jì)算模塊 各項(xiàng)改正模塊 數(shù)據(jù)顯示輸出模塊 2)基礎(chǔ)模塊： 法方程解算模塊（矩陣運(yùn)算） 時(shí)間模塊 坐標(biāo)計(jì)算及轉(zhuǎn)換模塊 4.2.64.2.6 程序流程程序流程 單點(diǎn)定位程序的流程是一個(gè)反復(fù)迭代的過程（衛(wèi)星位置、接收機(jī)位置的迭代） ，程序 流程圖如圖 2 所示。 5 計(jì)算實(shí)例及誤差分析計(jì)算實(shí)例及誤差分析 利用該軟件打開星歷文件和觀測文件，計(jì)算出觀測文件中連續(xù)觀測到的衛(wèi)星坐標(biāo)、 觀測文件中 GPS 衛(wèi)星的坐標(biāo)，最終計(jì)算出接收機(jī)的位置坐標(biāo)。步驟截圖如下： 結(jié)束 GPS 絕對(duì)定位的程序設(shè)計(jì) 12 圖 3 軟件主界面截圖 圖 4 觀測文件中 GPS 衛(wèi)星的坐標(biāo) GPS 絕對(duì)定位的程序設(shè)計(jì) 13 圖 5 觀測文件中連續(xù)觀測到的衛(wèi)星坐標(biāo) 圖 6 坐標(biāo)及坐標(biāo)改正數(shù) GPS 絕對(duì)定位的程序設(shè)計(jì) 14 6 6 結(jié)論結(jié)論 如何利用GPS的廣播星歷來獲得比較準(zhǔn)確的衛(wèi)星位置, 進(jìn)而為實(shí)時(shí)、精確的導(dǎo)航 和定位服務(wù)是一件相當(dāng)復(fù)雜的工作。如何在工作中考慮各種誤差對(duì)定位精度的影響, 如何利用不同的算法來提高定位的精度, 一直是人們非常關(guān)心的課題。通過一個(gè)實(shí) 例的計(jì)算, 詳盡介紹了利用GPS廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置和利用觀測數(shù)據(jù)計(jì)算地面點(diǎn)坐 標(biāo)的方法和原理,簡單的對(duì)計(jì)算結(jié)果的誤差進(jìn)行了分析, 證實(shí)了該算法的可行性。由 于本作者水平有限，文中不足之處還有很多，如何進(jìn)一步提高GPS定位的精度，還需 要進(jìn)一步的研究。 致致 謝謝 本論文是在河南工程學(xué)院土木系劉小強(qiáng)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。劉老師作為 一名優(yōu)秀的、經(jīng)驗(yàn)豐富的教師，具有豐富的專業(yè)知識(shí)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在整個(gè)論文實(shí)驗(yàn) 和論文寫作過程中，對(duì)我進(jìn)行了耐心的指導(dǎo)和幫助，提出嚴(yán)格要求，引導(dǎo)我不斷開 闊思路，為我答疑解惑，鼓勵(lì)我大膽創(chuàng)新，使我在這一段寶貴的時(shí)光中，既增長了 知識(shí)、開闊了視野、鍛煉了心態(tài)，又培養(yǎng)了良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和科研精神。在此，我 向我的指導(dǎo)老師表示最誠摯的謝意！ 在論文即將完成之際，我的心