Имитационная модель GPS-приемника
Система gpsSensor object™ вывод данных моделей от получателя Системы глобального позиционирования (GPS).
Смоделировать GPS-приемник:
Создайте объект gpsSensor и установите его свойства.
Вызовите объект с аргументами, как будто это была функция.
Чтобы узнать больше, как Системные объекты работают, смотрите то, Что Системные объекты? MATLAB.
GPS = gpsSensorGPS = gpsSensor(Name,Value)GPS = gpsSensorGPS, который вычисляет получатель Системы глобального позиционирования, читающий на основе локального входного сигнала положения и скорости. Ссылочное положение по умолчанию в геодезических координатах
широта: 0o N
долгота: 0o E
высота: 0 м
GPS = gpsSensor( наборы каждое свойство Name,Value)Name к заданному Value. Незаданные свойства имеют значения по умолчанию.
[position,velocity,groundspeed,course] = GPS(truePosition,trueVelocity)[ вычисляет показания получателя глобальной навигационной спутниковой системы из входных параметров положения и скорости.position,velocity,groundspeed,course] = GPS(truePosition,trueVelocity)
Чтобы использовать объектную функцию, задайте Системный объект как первый входной параметр. Например, чтобы выпустить системные ресурсы Системного объекта под названием obj, используйте этот синтаксис:
release(obj)
Создайте Систему gpsSensor object™, чтобы смоделировать данные о GPS-приемнике. Примите типичную частоту дискретизации на один Гц и 1000-секундное время симуляции. Задайте ссылочное местоположение с точки зрения широты, долготы и высоты (LLA) Натика, MA (США). Задайте датчик как стационарный путем определения истинного положения и скорости с нулями.
fs = 1; duration = 1000; numSamples = duration*fs; refLoc = [42.2825 -71.343 53.0352]; truePosition = zeros(numSamples,3); trueVelocity = zeros(numSamples,3); gps = gpsSensor('UpdateRate',fs,'ReferenceLocation',refLoc);
Вызовите gps с заданным truePosition и trueVelocity, чтобы моделировать данные о GPS получения для стационарной платформы.
position = gps(truePosition,trueVelocity);
Постройте истинное положение и показания датчика GPS для положения.
t = (0:(numSamples-1))/fs; subplot(3, 1, 1) plot(t, position(:,1), ... t, ones(numSamples)*refLoc(1)) title('GPS Sensor Readings') ylabel('Latitude (degrees)') subplot(3, 1, 2) plot(t, position(:,2), ... t, ones(numSamples)*refLoc(2)) ylabel('Longitude (degrees)') subplot(3, 1, 3) plot(t, position(:,3), ... t, ones(numSamples)*refLoc(3)) ylabel('Altitute (m)') xlabel('Time (s)')
Показаниям положения управляли шумом HorizontalPositionAccuracy, VerticalPositionAccuracy, VelocityAccuracy и DecayFactor. Свойство DecayFactor управляет дрейфом в шумовой модели. По умолчанию DecayFactor установлен в 0.999, который приближается к случайному процессу обхода. Наблюдать эффект свойства DecayFactor:
Сбросьте объект gps.
Установите DecayFactor на 0.5.
Вызовите gps с переменными, задающими стационарное положение.
Постройте график результатов.
Показания положения GPS теперь колеблются вокруг истинного положения.
reset(gps) gps.DecayFactor = 0.5; position = gps(truePosition,trueVelocity); subplot(3, 1, 1) plot(t, position(:,1), ... t, ones(numSamples)*refLoc(1)) title('GPS Sensor Readings - Decay Factor = 0.5') ylabel('Latitude (degrees)') subplot(3, 1, 2) plot(t, position(:,2), ... t, ones(numSamples)*refLoc(2)) ylabel('Longitude (degrees)') subplot(3, 1, 3) plot(t, position(:,3), ... t, ones(numSamples)*refLoc(3)) ylabel('Altitute (m)') xlabel('Time (s)')
GPS-приемники достигают большей точности курса как groundspeed увеличения. В этом примере вы создаете объект симуляции GPS-приемника и моделируете данные, полученные от платформы, которая ускоряется от стационарного положения.
Создайте Систему gpsSensor по умолчанию object™ к данным модели, возвращенным GPS-приемником.
GPS = gpsSensor
GPS =
gpsSensor with properties:
UpdateRate: 1 Hz
ReferenceLocation: [0 0 0] [deg deg m]
HorizontalPositionAccuracy: 1.6 m
VerticalPositionAccuracy: 3 m
VelocityAccuracy: 0.1 m/s
RandomStream: 'Global stream'
DecayFactor: 0.999
Создайте матрицы, чтобы описать положение и скорость платформы в системе координат NED. Платформа начинается со стационарного положения и ускоряется к в 60 м/с к северо-востоку более чем 60 секундам, затем имеет вертикальное ускорение к 2 м/с более чем 2 секунды, сопровождаемые уровнем на 2 м/с подъема в течение еще 8 секунд. Примите постоянную скорость, такую, что скорость является простой производной положения.
duration = 70; numSamples = duration*GPS.UpdateRate; course = 45*ones(duration,1); groundspeed = [(1:60)';60*ones(10,1)]; Nvelocity = groundspeed.*sind(course); Evelocity = groundspeed.*cosd(course); Dvelocity = [zeros(60,1);-1;-2*ones(9,1)]; NEDvelocity = [Nvelocity,Evelocity,Dvelocity]; Ndistance = cumsum(Nvelocity); Edistance = cumsum(Evelocity); Ddistance = cumsum(Dvelocity); NEDposition = [Ndistance,Edistance,Ddistance];
Образцовые данные об измерении GPS путем вызова объекта GPS с матрицами скорости и положения.
[~,~,groundspeedMeasurement,courseMeasurement] = GPS(NEDposition,NEDvelocity);
Постройте groundspeed и различие между истинным курсом и курсом, возвращенным средством моделирования GPS.
Как groundspeed увеличения, точность увеличений курса. Обратите внимание на то, что скоростное увеличение в течение прошлых десяти секунд не имеет никакого эффекта, потому что дополнительная скорость не находится в наземной плоскости.
t = (0:numSamples-1)/GPS.UpdateRate; subplot(2,1,1) plot(t,groundspeed); ylabel('Speed (m/s)') title('Relationship Between Groundspeed and Course Accuracy') subplot(2,1,2) courseAccuracy = courseMeasurement - course; plot(t,courseAccuracy) xlabel('Time (s)'); ylabel('Course Accuracy (degrees)')
Моделируйте данные о GPS, полученные во время траектории из города Натика, MA, в Бостон, MA.
Задайте широту десятичного градуса и долготу для города Натика, MA USA, и Бостона, MA USA. Для простоты, набор высота для обоих мест, чтобы обнулить.
NatickLLA = [42.27752809999999, -71.34680909999997, 0]; BostonLLA = [42.3600825, -71.05888010000001, 0];
Задайте движение, которое может взять платформу от Натика до Бостона через 20 минут. Установите источник локальной системы координат NED как Натик. Создайте объект waypointTrajectory вывести траекторию 10 выборок за один раз.
fs = 1; duration = 60*20; bearing = 68; % degrees distance = 25.39e3; % meters distanceEast = distance*sind(bearing); distanceNorth = distance*cosd(bearing); NatickNED = [0,0,0]; BostonNED = [distanceNorth,distanceEast,0]; trajectory = waypointTrajectory( ... 'Waypoints', [NatickNED;BostonNED], ... 'TimeOfArrival',[0;duration], ... 'SamplesPerFrame',10, ... 'SampleRate',fs);
Создайте объект gpsSensor к модели, получающей данные о GPS для платформы. Установите HorizontalPositionalAccuracy на 25 и DecayFactor к 0.25 подчеркивать шум. Установите ReferenceLocation на координаты Натика в LLA.
GPS = gpsSensor( ... 'HorizontalPositionAccuracy',25, ... 'DecayFactor',0.25, ... 'UpdateRate',fs, ... 'ReferenceLocation',NatickLLA);
Откройте фигуру и постройте положение Натика и Бостона в LLA. Проигнорируйте высоту для простоты.
В цикле вызовите объект gpsSensor с траекторией наземной истины, чтобы моделировать полученные данные о GPS. Постройте траекторию наземной истины и модель полученных данных о GPS.
figure(1) plot(NatickLLA(1),NatickLLA(2),'ko', ... BostonLLA(1),BostonLLA(2),'kx') xlabel('Latitude (degrees)') ylabel('Longitude (degrees)') title('GPS Sensor Data for Natick to Boston Trajectory') hold on while ~isDone(trajectory) [truePositionNED,~,trueVelocityNED] = trajectory(); reportedPositionLLA = GPS(truePositionNED,trueVelocityNED); figure(1) plot(reportedPositionLLA(:,1),reportedPositionLLA(:,2),'r.') end
Как лучшая практика, выпустите Системные объекты, когда завершенный.
release(GPS) release(trajectory)