GNSS/IMU紧耦合学习笔记之卫星数据处理

了解了组合导航紧耦合的框架后，下一步就是准备GNSS的输入数据了。

这里以单点定位的代码为例，介绍每个参数的计算方法：

代码链接在这里：

kakusang2020/iXR_GNSS-IMU_TightlyCouplingProgram​github.com

代码框图如下所示：

读取RINEX3.02格式的星历文件，之后计算卫星速度，位置等信息。这里以单点定位程序为基础，在红色标注的地方存储紧耦合需要的数据。

1.GNSS时间

选择GPS秒为时间基准。

2.PRN号

卫星编号，GPS一般从1遍到32号，QZSS从33到40.

3.伪距

精确的伪距需要电离层，对流层，卫星钟差和相对论效应改正。改正过后的伪距保留着接收机钟差，紧耦合中钟差和钟差率的状态量不为0。

L_noclk=[L_noclk;Range-Trop+c*sat_clk+c*rela];%计算并存储伪距

4.卫星位置

这里的位置是接受时刻卫星在ECEF下的位置。

参考《GPS原理与接收机设计》P62：

求出t时刻与参考时间toe之间的差异；

tk=tkr-t1;  %The time difference between the time when the satellite transmits the signal and the reference time

计算信号发射时刻平近点角

Mk=tempNav.M0+n*tk;   % Mean anomaly (rad/s)

计算发射时刻偏近角点，用迭代法从开普勒方程中解出

while dEk>1e-9
        Ek=Mk+e*sin(Ek0);
        dEk=abs(Ek-Ek0);
        Ek0=Ek;    
end

计算信号发射时刻的真近角点

vk=2*atan(tan(Ek/2)*sqrt((1+e)/(1-e))); % True anom (rad)
if(vk<0)
        vk=vk+2*pi;
end

升交点角距

PHI_k=vk+tempNav.omega;

计算摄动校正项

duk=tempNav.cus*sin(2*PHI_k)+tempNav.cuc*cos(2*PHI_k);  % Argument of Lat correction
drk=tempNav.crs*sin(2*PHI_k)+tempNav.crc*cos(2*PHI_k);  % Radius correction
dik=tempNav.cis*sin(2*PHI_k)+tempNav.cic*cos(2*PHI_k);  % Inclination correction

计算升交点角距，卫星失径长度和轨道倾角

uk=PHI_k+duk;                    % Corr. arg of lat
r=A*(1-e*cos(Ek))+drk;               % Corrected radius
ik=tempNav.i0+dik+tempNav.idot*tk;   % Corrected inclination

信号发射时刻卫星在轨道平面位置

x=r*cos(uk);
y=r*sin(uk);

升交点赤经

Omega=tempNav.Omega0+(tempNav.Omegadot-omgedote)*tk-omgedote*tempNav.toe

卫星位置

% ECEF coordinates
Xs=x*cos(Omega)-y*cos(ik)*sin(Omega);
Ys=x*sin(Omega)+y*cos(ik)*cos(Omega);
Zs=y*sin(ik);

5.伪距率

rate = -1.0 * ObsData(i).svObs(j).measurements(D1C) * c / F1;
LV_ = [LV_; rate + ( AV_(end,1) .* (Xsvel-ApproCoorV_(1)) + AV_(end,2) .* (Ysvel-ApproCoorV_(2)) + AV_(end,3) .* (Zsvel-ApproCoorV_(3))) - c * delta_tsv_L1pie];%实际的伪距率（卫星速度减接收机速度）减去卫星时钟频漂

6.卫星钟差率

导航文件的af1加af2乘以(观测时刻-星历参考时刻)

rate_clock = tempNav.af1 + tempNav.af2 * t;

7.卫星速度

偏近点角对时间求导

ek=mk/(1-tempNav.ecc*cos(Ek));

升交点角距求导

Wk=sqrt(1-tempNav.ecc^2)*ek/(1-tempNav.ecc*cos(Ek));

摄动校正项求导

Uuk=2*Wk*(tempNav.cus*cos(2*PHI_k)-tempNav.cuc*sin(2*PHI_k)); %Perturbation correction term
Rrk=2*Wk*(tempNav.crs*cos(2*PHI_k)-tempNav.crc*sin(2*PHI_k));
Iik=2*Wk*(tempNav.cis*cos(2*PHI_k)-tempNav.cic*sin(2*PHI_k));

对升交点角距，卫星失径长度，轨道倾角升交点赤经求导

Uk=Wk+Uuk;                                      %After correction
Rk=(tempNav.roota^2)*tempNav.ecc*ek*sin(Ek)+Rrk;
Ik=tempNav.idot+Iik;
WK=tempNav.Omegadot-7.2921151467e-5;

信号发射时刻卫星在轨道平面位置求导

Xxk=Rk*cos(uk)-r*Uk*sin(uk);
Yyk=Rk*sin(uk)+r*Uk*cos(uk);

同样是接受时刻卫星在ECEF下的速度

Xsvel=-Ys*WK-(Yyk*cos(ik)-Zs*Ik)*sin(Omega)+Xxk*cos(Omega);
Ysvel=Xs*WK+(Yyk*cos(ik)-Zs*Ik)*cos(Omega)+Xxk*sin(Omega);
Zsvel=Yyk*sin(ik)+y*Ik*cos(ik);

8.卫星高度角

接收机水平方向为0度，天顶为90度。

Sat_xyz=([Xs ,Ys ,Zs]-ApproCoor)*Rota; 
ele=asind(Sat_xyz(3)/sqrt(sum(Sat_xyz.^2)));

9.SNR信息

每个卫星的信噪比，作为权衡信号质量的值。对应星历文件的S1C。

ObsData(i).svObs(j).measurements(S1C)

有了这些信息后就可以作为GNSS量测信息传入紧耦合程序中啦。