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Descripción general de la simulación GNSS

La simulación del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) genera estimaciones de la posición del receptor. Estas estimaciones de la posición del receptor provienen de modelos de sensores GPS y GNSS como objetos gpsSensor y gnssSensor . Monitoree el estado de la estimación de posición en el gnssSensor usando la dilución de salidas de precisión y compare la cantidad de satélites disponibles.

Parámetros de simulación

Especifique los parámetros que se utilizarán en la simulación GNSS:

Frecuencia de muestreo del receptor GNSS
Marco de referencia de navegación local
Ubicación en la Tierra en coordenadas de latitud, longitud y altitud (LLA)
Número de muestras a simular

Fs = 1;
refFrame = "NED";
lla0 = [42.2825 -71.343 53.0352];
N = 100;

Cree una trayectoria para un sensor estacionario.

pos = zeros(N, 3);
vel = zeros(N, 3);
time = (0:N-1) ./ Fs;

Creación de modelos de sensores

Cree los objetos de simulación GNSS, gpsSensor y gnssSensor utilizando los mismos parámetros iniciales para cada uno.

gps = gpsSensor("SampleRate", Fs, "ReferenceLocation", lla0, ...
    "ReferenceFrame", refFrame);

gnss = gnssSensor("SampleRate", Fs, "ReferenceLocation", lla0, ...
    "ReferenceFrame", refFrame);

Simulación usando `gpsSensor`

Genere salidas desde un receptor estacionario utilizando el sensor GPS. Visualice la posición en coordenadas LLA y la velocidad en cada dirección.

% Generate outputs.
[llaGPS, velGPS] = gps(pos, vel);

% Visualize positon.
figure
subplot(3, 1, 1)
plot(time, llaGPS(:,1))
title('Latitude')
ylabel('degrees')
xlabel('s')
subplot(3, 1, 2)
plot(time, llaGPS(:,2))
title('Longitude')
ylabel('degrees')
xlabel('s')
subplot(3, 1, 3)
plot(time, llaGPS(:,3))
title('Altitude')
ylabel('m')
xlabel('s')

Figure contains 3 axes objects. Axes object 1 with title Latitude, xlabel s, ylabel degrees contains an object of type line. Axes object 2 with title Longitude, xlabel s, ylabel degrees contains an object of type line. Axes object 3 with title Altitude, xlabel s, ylabel m contains an object of type line.

% Visualize velocity.
figure
plot(time, velGPS)
title('Velocity')
legend('X', 'Y', 'Z')
ylabel('m/s')
xlabel('s')

Figure contains an axes object. The axes object with title Velocity, xlabel s, ylabel m/s contains 3 objects of type line. These objects represent X, Y, Z.

Simulación usando `gnssSensor`

Genere salidas desde un receptor estacionario utilizando el sensor GNSS. Visualice la posición y la velocidad y observe las diferencias en la simulación.

% Generate outputs.
[llaGNSS, velGNSS] = gnss(pos, vel);

% Visualize positon.
figure
subplot(3, 1, 1)
plot(time, llaGNSS(:,1))
title('Latitude')
ylabel('degrees')
xlabel('s')
subplot(3, 1, 2)
plot(time, llaGNSS(:,2))
title('Longitude')
ylabel('degrees')
xlabel('s')
subplot(3, 1, 3)
plot(time, llaGNSS(:,3))
title('Altitude')
ylabel('m')
xlabel('s')

% Visualize velocity.
figure
plot(time, velGNSS)
title('Velocity')
legend('X', 'Y', 'Z')
ylabel('m/s')
xlabel('s')

Figure contains an axes object. The axes object with title Velocity, xlabel s, ylabel m/s contains 3 objects of type line. These objects represent X, Y, Z.

Dilución de la precisión

El objeto gnssSensor tiene una simulación de mayor fidelidad en comparación con gpsSensor. Por ejemplo, el objeto gnssSensor utiliza posiciones de satélite simuladas para estimar la posición del receptor. Esto significa que la dilución de precisión horizontal (HDOP) y la dilución de precisión vertical (VDOP) se pueden informar junto con la estimación de posición. Estos valores indican qué tan precisa es la estimación de la posición basada en la geometría del satélite. Los valores más pequeños indican una estimación más precisa.

% Set the RNG seed to reproduce results. 
rng('default')

% Specify the start time of the simulation.
initTime = datetime(2020, 4, 20, 18, 10, 0, "TimeZone", "America/New_York");

% Create the GNSS receiver model.
gnss = gnssSensor("SampleRate", Fs, "ReferenceLocation", lla0, ...
    "ReferenceFrame", refFrame, "InitialTime", initTime);

% Obtain the receiver status. 
[~, ~, status] = gnss(pos, vel);
disp(status(1))

      SatelliteAzimuth: [7x1 double]
    SatelliteElevation: [7x1 double]
                  HDOP: 1.1290
                  VDOP: 1.9035

Vea el HDOP durante toda la simulación. Hay una disminución en el HDOP. Esto significa que la geometría del satélite cambió.

hdops = vertcat(status.HDOP);

figure
plot(time, vertcat(status.HDOP))
title('HDOP')
ylabel('m')
xlabel('s')

Figure contains an axes object. The axes object with title HDOP, xlabel s, ylabel m contains an object of type line.

Verifique que la geometría del satélite haya cambiado. Encuentre el índice donde disminuyó el HDOP y vea si eso corresponde a un cambio en la cantidad de satélites a la vista. La variable numSats aumenta de 7 a 8.

% Find expected sample index for a change in the
% number of satellites in view.
[~, satChangeIdx] = max(abs(diff(hdops)));

% Visualize the satellite geometry before the
% change in HDOP.
satAz = status(satChangeIdx).SatelliteAzimuth;
satEl = status(satChangeIdx).SatelliteElevation;
numSats = numel(satAz);
skyplot(satAz, satEl);
title(sprintf('Satellites in View: %d\nHDOP: %.4f', ...
    numSats, hdops(satChangeIdx)))

Figure contains an object of type skyplot.

% Visualize the satellite geometry after the
% change in HDOP.
satAz = status(satChangeIdx+1).SatelliteAzimuth;
satEl = status(satChangeIdx+1).SatelliteElevation;
numSats = numel(satAz);
skyplot(satAz, satEl);
title(sprintf('Satellites in View: %d\nHDOP: %.4f', ...
    numSats, hdops(satChangeIdx+1)))