Оценка положения приемника GNSS с моделируемыми спутниковыми созвездиями

Открыть Live Script

Отслеживайте положение наземного транспортного средства с помощью приемника Глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS). Спутники моделируются с помощью satelliteScenario объект, обработка спутниковых сигналов приемника моделируются с помощью lookangles (Navigation Toolbox) и pseudoranges (Navigation Toolbox) функции, и позиция приемника оценивается с receiverposition (Navigation Toolbox) функция.

Этот пример требует Navigation Toolbox™.

Обзор

Этот пример фокусируется на космическом сегменте, или созвездиях, и датчике GNSS для системы statellite. Чтобы получить оценку положения приемника GNSS, навигационный процессор требует положения спутника от космического сегмента и псевдообласти значений от процессора диапазона в получателе.

Задайте параметры симуляции

Загрузите MAT-файл, который содержит положение «земля-правда» и скорость наземного транспортного средства, перемещающегося к кампусу Natick, MA Mathworks, Inc.

Задайте начало, остановку и шаг расчета симуляции. Кроме того, задайте угол маски или минимальный угол возвышения приемника GNSS.

% Load ground truth trajectory.
load("routeNatickMA.mat","lat","lon","pos","vel","lla0");
recPos = pos;
recVel = vel;

% Specify simulation times.
startTime = datetime(2020,10,28,8,0,0,"TimeZone","America/New_York");
simulationSteps = size(pos,1);
dt = 1;
stopTime = startTime + seconds((simulationSteps-1)*dt);

% Specify mask angle.
maskAngle = 5; % degrees

% Convert receiver position from North-East-Down (NED) to geodetic
% coordinates. Requires Navitation Toolbox(TM).
receiverLLA = ned2lla(recPos,lla0,"ellipsoid");

% Set RNG seed to allow for repeatable results. 
rng("default");

Визуализация geoplot для траектории основной истины.

figure
geoplot(lat,lon)
geobasemap("topographic")
title("Ground Truth Trajectory")

Figure contains an axes. The axes with title Ground Truth Trajectory contains an object of type line.

Симулируйте положения спутников с течением времени

The satelliteScenario объект позволяет вам задать начальные параметры орбиты и визуализировать их с помощью satelliteScenarioViewer объект. Этот пример использует satelliteScenario и MAT-файл с начальными параметрами орбиты для симуляции созвездий GPS с течением времени. Также можно использовать gnssconstellation (Navigation Toolbox) объект, который имитирует положения спутников с помощью номинальных параметров орбиты, и только текущее время симуляции необходимо для вычисления положений спутников. 

% Create scenario.
sc = satelliteScenario(startTime, stopTime, dt);

load("initialOrbitalParameters.mat","semiMajorAxis","eccentricity",...
    "inclination","rightAscensionOfAscendingNode",...
    "argumentOfPeriapsis","trueAnomaly","prnStr");

% Initialize satellites.    
satellite(sc,semiMajorAxis,eccentricity,inclination,...
    rightAscensionOfAscendingNode,argumentOfPeriapsis,trueAnomaly,...
    "Name",prnStr);

% Preallocate results.
numSats = numel(sc.Satellites);
allSatPos = zeros(numSats,3,simulationSteps);
allSatVel = zeros(numSats,3,simulationSteps);

% Save satellite states over entire simulation.
for i = 1:numel(sc.Satellites)
    [oneSatPos, oneSatVel] = states(sc.Satellites(i),"CoordinateFrame","ecef");
    allSatPos(i,:,:) = permute(oneSatPos,[3 1 2]);
    allSatVel(i,:,:) = permute(oneSatVel,[3 1 2]);
end

Вычисление псевдообластей значений

Используйте положения спутника, чтобы вычислить псевдообласти значений и видимость спутника на протяжении всей симуляции. Угол маски используется для определения спутников, которые являются видимыми для приемника. Псевдообласти значений - это расстояния между спутниками и приемником GNSS. Термин pseudorange используется, потому что это значение расстояния вычисляется путем умножения различия во времени между временем текущего приемника и временными метками спутникового сигнала на скорость света.

% Preallocate results.
allP = zeros(numSats,simulationSteps);
allPDot = zeros(numSats,simulationSteps);
allIsSatVisible = false(numSats,simulationSteps);

% Use the skyplot to visualize satellites in view.
sp = skyplot([], []);

for idx = 1:simulationSteps
    satPos = allSatPos(:,:,idx);
    satVel = allSatVel(:,:,idx);
    
    % Calculate satellite visibilities from receiver position.
    [satAz,satEl,allIsSatVisible(:,idx)] = lookangles(receiverLLA(idx,:),satPos,maskAngle);
    
    % Calculate pseudoranges and pseudorange rates using satellite and
    % receiver positions and velocities.
    [allP(:,idx),allPDot(:,idx)] = pseudoranges(receiverLLA(idx,:),satPos,recVel(idx,:),satVel);
    
    set(sp,"AzimuthData",satAz(allIsSatVisible(:,idx)), ...
        "ElevationData",satEl(allIsSatVisible(:,idx)), ...
        "LabelData",prnStr(allIsSatVisible(:,idx)))
    drawnow limitrate
end

Figure contains an object of type skyplot.

Оценка положения приемника из псевдообластей значений и спутниковых позиций

Наконец, используйте положения спутника и псевдообласти значений, чтобы оценить положение приемника с receiverposition функция.

% Preallocate results.
lla = zeros(simulationSteps,3);
gnssVel = zeros(simulationSteps,3);
hdop = zeros(simulationSteps,1);
vdop = zeros(simulationSteps,1);

for idx = 1:simulationSteps
    p = allP(:,idx);
    pdot = allPDot(:,idx);
    isSatVisible = allIsSatVisible(:,idx);
    satPos = allSatPos(:,:,idx);
    satVel = allSatVel(:,:,idx);
    
    % Estimate receiver position and velocity using pseudoranges,
    % pseudorange rates, and satellite positions and velocities.
    [lla(idx,:),gnssVel(idx,:),hdop(idx,:),vdop(idx,:)] = receiverposition(p(isSatVisible),...
        satPos(isSatVisible,:),pdot(isSatVisible),satVel(isSatVisible,:));
end

Визуализация результатов

Постройте график положения основная истина и предполагаемого положения приемника на geoplot. 

figure
geoplot(lat,lon,lla(:,1),lla(:,2))
geobasemap("topographic")
legend("Ground Truth","Estimate")

Figure contains an axes. The axes contains 2 objects of type line. These objects represent Ground Truth, Estimate.

Постройте график абсолютной ошибки в оценке положения. Ошибка сглаживается движущейся медианой, чтобы сделать график более читаемым. Ошибка в осях x - и ось Y - меньше, потому что со стороны приемника есть спутники. Ошибка в том, что ось Z больше, потому что над приемником только спутники, а не ниже него. Ошибка изменяется со временем, когда приемник перемещается, и некоторые спутники выходят из поля зрения.

estPos = lla2ned(lla,lla0,"ellipsoid");
winSize = floor(size(estPos,1)/10);
figure
plot(smoothdata(abs(estPos-pos),"movmedian",winSize))
legend("x","y","z")
xlabel("Time (s)")
ylabel("Error (m)")
title("Position (NED) Error")

Figure contains an axes. The axes with title Position (NED) Error contains 3 objects of type line. These objects represent x, y, z.

См. также

Объекты

Функции

Похожие примеры

Подробнее о

Документация по Satellite Communications Toolbox

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте