Создать gpsSensor Система object™ для моделирования данных приемника GPS. Предположим типичную частоту дискретизации в одну Гц и 1000-секундное время моделирования. Определите местоположение привязки с точки зрения широты, долготы и высоты над уровнем моря (LLA) в Натике, штат Массачусетс (США). Определите датчик как стационарный, указав истинное положение и скорость 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('SampleRate',fs,'ReferenceLocation',refLoc);

Звонить gps с указанным truePosition и trueVelocity имитировать прием данных GPS для стационарной платформы.

position = gps(truePosition,trueVelocity);

Постройте график истинного положения и показаний GPS-датчика 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('Altitude (m)')
xlabel('Time (s)')

Показания положения контролируются шумом HorizontalPositionAccuracy, VerticalPositionAccuracy, VelocityAccuracy, и DecayFactor. DecayFactor свойство управляет дрейфом в модели шума. По умолчанию DecayFactor имеет значение 0.999, который приближается к случайному процессу ходьбы. Для наблюдения за эффектом DecayFactor свойство:

GPS показания положения 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('Altitude (m)')
xlabel('Time (s)')

Приемники GPS достигают большей точности курса по мере увеличения скорости движения грунта. В этом примере создается объект моделирования приемника GPS и моделируются данные, полученные с платформы, которая ускоряется из стационарного положения.

Создание значения по умолчанию gpsSensor Система object™ к модельным данным, возвращаемым приемником GPS.

GPS = gpsSensor

GPS = 
  gpsSensor with properties:

                    SampleRate: 1                  Hz         
           PositionInputFormat: 'Local'                       
             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 для описания положения и скорости платформы в системе координат NED. Платформа начинается из стационарного положения и ускоряется до 60 м/с Северо-Восток в течение 60 секунд, затем имеет вертикальное ускорение до 2 м/с в течение 2 секунд с последующей скоростью набора высоты 2 м/с в течение ещё 8 секунд. Предположим, что скорость является постоянной, так что скорость является простой производной положения.

duration = 70;
numSamples = duration*GPS.SampleRate;

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];

Моделирование данных измерений GPS путем вызова GPS объект с матрицами скорости и положения.

[~,~,groundspeedMeasurement,courseMeasurement] = GPS(NEDposition,NEDvelocity);

Постройте график скорости движения грунта и разницы между истинным курсом и курсом, возвращаемым имитатором GPS.

По мере увеличения скорости движения грунта повышается точность курса. Следует отметить, что увеличение скорости в течение последних десяти секунд не оказывает никакого влияния, поскольку дополнительная скорость не находится в плоскости земли.

t = (0:numSamples-1)/GPS.SampleRate;

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)')

Имитация данных GPS, полученных во время траектории от города Натик, штат Массачусетс, до Бостона, штат Массачусетс.

Определите десятичную широту и долготу градуса для города Натик, штат Массачусетс, и Бостона, штат Массачусетс. Для простоты установите нулевую высоту для обоих местоположений.

NatickLLA = [42.27752809999999, -71.34680909999997, 0];
BostonLLA = [42.3600825, -71.05888010000001, 0];

Определите движение, которое может взять платформу из Натика в Бостон за 20 минут. Задайте начало локальной системы координат NED как Natic. Создать waypointTrajectory объект для одновременного вывода выборок траектории 10.

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);

Создать gpsSensor объект для моделирования приема данных GPS для платформы. Установите HorizontalPositionalAccuracy кому 25 и DecayFactor кому 0.25 чтобы подчеркнуть шум. Установите ReferenceLocation к координатам Натика в ЛЛА.

GPS = gpsSensor( ...
    'HorizontalPositionAccuracy',25, ...
    'DecayFactor',0.25, ...
    'SampleRate',fs, ...
    'ReferenceLocation',NatickLLA);

Откройте фигуру и постройте график положения Натика и Бостона в LLA. Игнорировать высоту для простоты.

В цикле вызовите gpsSensor объект с траекторией «земля-истина» для моделирования принятых данных GPS. Постройте график траектории земля-истина и модель полученных данных 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

Рекомендуется по завершении деблокировать системные объекты.

release(GPS)
release(trajectory)