Лабораторная работа № 4
Преобразование координат
Цель работы: Изучение и практическое освоение систем координат, применяемых в спутниковых радионавигационных системах
В спутниковых системах радионавигации применяются различные системы координат для расчета орбитального движения спутников и позиции потребителя.
Пакет программ в среде MatLab дается в папке COORDINATES и в прилагаемых листингах программ.
Порядок выполнения лабораторной работы:
1. Создайте папку COORDINATES_My и скопируйте в ее все программы из папки COORDINATES.
2. Запустите MatLab.
3. Обратитесь к папке COORDINATES_My и откройте ее.
4. Откройте функцию ECEFLLH_N, внимательно изучите ее по комментариям и программным процедурам, описывающим алгоритм расчета (в лабораторной работе № 2)
5. Откройте пример расчета Pr_Coord1.m и выполните m- файл.
6. Основываясь на m-файле Pr_Coord1.m выполните задание 1.
7. Откройте функцию LLHECEF_N, внимательно изучите ее по комментариям и программным процедурам, описывающим алгоритм расчета (Лаб. №2)
8. Откройте пример расчета Pr_Coord2.m и выполните m-файл.
9. Основываясь на m- файле Pr_Coord2.m выполните задание 2.
10. Откройте функцию top_coord, внимательно изучите ее по комментариям и программным процедурам, описывающим алгоритм расчета (Лаб. №2).
11. Откройте пример расчета prim_top_coord.m и выполните m- файл.
12. Основываясь на m-файле prim_top_coord.m выполните задание 3.
13. Задание 1. По географической карте определите широту (градусы/минуты/секунды) и долготу (градусы/минуты/секунды) любого города Европы. Преобразуйте выбранные значения в радианы.
Задайте высоту в метрах, согласно первым 3-ем цифрам своей даты рождения (например: 19.11. => 191 и тд). В соответствии с п. п. 5, 6 и выбранными входными данными сформируйте m-файл и выполните его. Результат выполнения из командного окна MatLab перенесите в отчет.
14. Задание 2. Используя результаты, полученные в п. 13, в качестве входных данных в соответствии с п. п. 8, 9 сформируйте m-файл и выполните. Результат выполнения из командного окна MatLab перенесите в отчет.
15. Задание 3. Задайте координаты двух объектов, находящихся в прямой видимости широта (градусы, минуты, секунды), долгота (градусы, минуты, секунды), высота (метры). Преобразуйте заданные координаты широты и долготы в градусы. Используя эти исходные данные и п. п. 11, 12 сформируйте m-файл и выполните его. Результат выполнения из командного окна MatLab перенесите в отчет.
16. Обратитесь к папке .ECI_ECEF_LLH и откройте ее.
17. Откройте функцию eci_to_ecef, внимательно изучите ее по комментариям и программным процедурам, описывающим алгоритм расчета (Лаб. №2).
21. Откройте пример расчета Pr_ecef_eci.m и выполните m- файл.
22. Основываясь на m- файле Pr_ecef_eci.m выполните задание 5.
23. Задание 4. Задайте координаты и скорости объекта satpos_eci, истинное звездное вре-мя s0, текущее время ti. Используя эти исходные данные и п. п. 17, 18 сформируйте m-файл и выполните его. Результат выполнения из командного окна MatLab перенесите в отчет.
24. Задание 5. Выберите эллипсоид и задайте его полуоси a, b; задайте текущее время ti,истинное звездное время time_s0, координаты потребителя llh_loc. Используя эти исходные данные и п. п. 20, 21 сформируйте m-файл и выполните его. Результат выполнения из командного окна MatLab перенесите в отчет.
25. Обратитесь к папке. TEST и откройте ее.
26. Откройте функции ECEF_to_LLH_Dg_Zu, ECEF_to_LLH_Itera, ECEF_to_LLH_Kelly, внимательно изучите их по комментариям и программным процедурам, описывающим алгоритм расчета (Лаб. 2).
27. Откройте пример тестирования расчетов Test_Coord.m, изучите его, выполните m-файл.
28. Основываясь на m- файле Test_Coord.m выполните задание 6.
29. Задание6. Используя входные данные из заданий 1- 5 и функции
ECEF_to_LLH_Dg_Zu, ECEF_to_LLH_Itera, ECEF_to_LLH_Kelly выполните сопоставление расчетов по точной, итерационной и приближенной формулам при изменение высоты в пределах 0 – 500 м; 1 – 10 км; 1 – 20 000 км. Расчеты проведите в области экватора, северного полюса и Киева. Результаты выполнения из графиков включите в отчет.
Контрольные вопросы:
1. Какие системы координат применяются в спутниковых радионавигационных системах?
2. Какая разница между геоцентрическими и геодезическими координатами?
3. Даете определение пространственной эллипсоидной географической системе координат(центр, широта, долгота, высота).
4. Как определяются эллипсоид, геоид?
5. Дайте определение топоцентрической системе координат(цент, нравления осей).
РАЗДЕЛ 3. ВРЕМЯ
Лабораторная работа№5
«Время в спутниковых радионавигационных системах»
Цель работы: Изучение основных временных составляющих, применяемых в алгоритмах и программах спутниковой аппаратуры потребителя для решений навигационных задач.
Теоретические сведения
В спутниковой радионавигации время имеет большое значение, поскольку основные навигационные определения производятся по формулам, в которых параметр времени присутствует многократно. Прежде всего, это время распространения электромагнитного сигнала от навигационного спутника до потребителя, время«включения» часов спутника, время синхронизации данных передаваемых со спутника, время прохождения электромагнитного сигнала через атмосферу, влияние на время релятивистских эффектов, совмещение шкал времени спутника и потребителя, системное время СРНС, опорные моменты отсчета времени(эпохи), единицы счета времени(год, неделя, день, час, минута, секунда, миллисекунда) и многое другое.
Алгоритмы расчета времени, запрограммированные в прилагаемом пакете программ.
Порядок выполнения работы:
1. Создайте папку TIME_My и скопируйте в ее все программы из папки TIME.
2. Запустите MatLab [7, 8].
3. Обратитесь к папке TIME _My и откройте ее.
4. Откройте функцию JD_epohi, внимательно изучите ее по комментариям и программным процедурам, описывающим алгоритм расчета
5. Откройте пример расчета PR_JD_epohi.m и выполните m- файл.
6. Основываясь на m- файле PR_JD_epohi.m выполните задание1.
7. Задание1. Используя в качестве основы m- файл PR_JD_epohi.m, сформируйте m-файл и рассчитайте юлианского день для опорного года, в котором Вы родились. Рассчитайте юлианский день эпохи 2000 (2000 год) и объясните причину разницы в 1 день. Результат выполнения из командного окна MatLab перенесите в отчет.
8. Откройте функцию JD_data, внимательно изучите ее по комментариям и программным процедурам, описывающим алгоритм расчета
9. Откройте пример расчета PR_JD_data.m и выполните m- файл.
10. Основываясь на m- файле PR_JD_data.m выполните задание2.
11. Задание 2. Используя в качестве основы m- файл PR_JD_data.m, сформируйте m-файл и рассчитайте юлианского день для опорного года и номер дня года, в котором Вы родились. Рассчитайте юлианский день эпохи 2000 (2000 год) и объясните причину разницы в 1 день. Результат выполнения из командного окна MatLab перенесите в отчет.
12. Откройте функцию time_gps, внимательно изучите ее по комментариям и программным процедурам, описывающим алгоритм расчета
13. Откройте пример расчета PR_time_gps.m и выполните m- файл.
14. Основываясь на m- файле PR_time_gps.m выполните задания 3 и 4.
15. Задание 3. Используя в качестве основы m- файл PR_JD_data.m, сформируйте m-файл и рассчитайте номер GPS-недели, время UTC c начала текущей недели, время GPS c начала текущей недели, номер дня года, номера юлианского дня на момент выполнения лабораторной работы. Результат выполнения из командного окна MatLab перенесите в отчет.
16. Задание 4. В сформированном файле задайте номера дней, соответствующих субботе и воскресению и убедитесь, что происходит изменение номера недели. Результат выполнения из командного окна MatLab перенесите в отчет.
17. Откройте функцию week_GLONAS_gps, внимательно изучите ее по комментариям и программным процедурам.
18. Откройте пример расчета PR_time_gps_GLON.m и выполните m- файл.
19. Основываясь на m- файле PR_time_gps_GLON.m выполните задание5.
20. Задание 5. Используя в качестве основы m- файл PR_time_gps_GLON.m, сформируйте m- файл, задайте Na- календарный номер суток внутри четырехлетнего периода от ближайшего високосного года, выполните m- файл. Результат выполнения из командного окна MatLab перенесите в отчет.
21. Создайте папку TIME_S0_My и скопируйте в ее все программы из папки TIME_S0.
22. Обратитесь к папке TIME_S0_My и откройте ее.
23. Последовательно открывая функции: s0_Nut, utc_nut, koef, utc_nut_fi_eps внимательно изучите их по комментариям и программным процедурам, описывающим алгоритм расчета.
24. Выполните указание 1 и дополните папку TIME_S0_My функциями JD_epohi, JD_data.
25. Откройте пример расчета PR_s0_Nut.m и выполните m- файл.
26.Основываясь на m-файле PR_s0_Nut.m выполните задание 6.
27. Задание 6. Используя в качестве прототипа m- файл PR_s0_Nut.m сформируйте m-файл, введите в него исходные данные, соответствующие времени выполнения работы выполните m- файл(рассчитайте истинное и среднее звездное время) и занесите результаты выполнения из командного окна MatLab в отчет.
Контрольные вопросы:
1. Что понимается под терминами звездное время, истинное звездное время, среднее звездное время, время на гринвичском меридиане?
2. В каких спутниковых радионавигационных системах и для чего применяется юлианский день?
3. Какие единицы измерения времени применяются в GPS, ГЛОНАСС, EGNOS, GALILEO?
4. На сколько секунд системное время GPS опережает время UTC?
5. Что такое универсальное всемирное время?