Создайте gpsSensor Системная object™ для моделирования данных приемника. Примите типовую частоту выборки на один Гц и 1000-секундное время симуляции. Определите базовое местоположение с точки зрения широты, долготы и высоты (LLA) Natick, MA (USA). Определите 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('SampleRate',fs,'ReferenceLocation',refLoc);

Функции gps с заданным truePosition и trueVelocity моделирование приема 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 имеют шум, управляемый HorizontalPositionAccuracy, VerticalPositionAccuracy, VelocityAccuracy, и DecayFactor. The DecayFactor свойство управляет дрейфом в модели шума. По умолчанию DecayFactor установлено в 0.999, который приближается к процессу случайной ходьбы. Чтобы наблюдать эффект DecayFactor свойство:

The GPS теперь показания положения 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)')

GPS приемников достичь большей точности курса, когда скорость грунта увеличивается. В этом примере вы создаете объект симуляции приемника GPS и моделируете данные, полученные с платформы, которая ускоряется из стационарного положения.

Создайте gpsSensor по умолчанию Система object™ для данных моделей, возвращаемых приемником.

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, чтобы описать положение и скорость платформы в системе координат NED. Платформа начинается со стационарного положения и разгоняется до 60 м/с Северо-Востока 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 постоянная скорость, такая 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];

Моделируйте данные измерений путем вызова GPS объект с матрицами скорости и положения.

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

Постройте график скорости грунта и различия между истинным курсом и курсом, возвращаемым симулятором GPS.

Когда скорость грунта увеличивается, точность течения увеличивается. Обратите внимание, что увеличение скорости в течение последних десяти секунд не имеет никакого эффекта, потому что 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)')

Моделируйте данные GPS, полученные во время траектории от города Натик, штат Массачусетс, в Бостон, штат Массачусетс.

Определите десятичную градусную широту и долготу для города Натик, Массачусетс, США и Бостона, Массачусетс. Для простоты установите высоту для обоих местоположений равного нуля.

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

Определите движение, которое может взять платформу от Натика до Бостона за 20 минут. Установите источник локальной системы координат NED как Natick. Создайте waypointTrajectory объект для вывода траектории 10 выборок за 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 gpsSensor объект для модели приема данных GPS для платформы. Установите HorizontalPositionalAccuracy на 25 и DecayFactor на 0.25 подчеркнуть шум. Установите ReferenceLocation к координатам Натика в LLA.

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

Откройте рисунок и постройте график положения Натика и Бостона в LLA. Игнорируйте высоту для простоты.

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

В качестве наилучшей практики отпустите системные объекты по завершении.

release(GPS)
release(trajectory)