《卫星运动基础》PPT课件

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1、第三章卫星运动基础及GPS卫星星历思考题：解释卫星轨道各参数的含义开普勒三大定律的内容理解二体问题的运动方程简述影响卫星各种摄动力的特征什么是星历，有哪些星历，各有何特点。1第三章卫星运动基础第三章卫星运动基础及GPS卫星星历3.1概述3.2卫星的无摄运动3.3卫星的受摄运动3.4GPS卫星星历2第三章卫星运动基础§3.1概述一、作用在卫星上的外力1、地球引力地球引力(1)－地球的球形引力或称地球中心力地球引力(2)－地球的非球形引力或称地球形状摄动力2、日、月及其它天体的引力3、大气阻力4、太阳

2、光压5、其它作用力（如：地磁、地球潮汐摄动等）摄动力3第三章卫星运动基础二、二体问题与卫星正常轨道二体问题：研究二个质点在万有引力作用下的运动规律问题摄动力：除地球引力(1)外，其它作用在卫星上的力人卫正常轨道满足如下假定条件下的卫星轨道，称为人卫正常轨道地球为正球除地球正球引力外，卫星不受其它摄动力的作用人卫正常轨道的特点运动轨道为一椭圆可以精确地计算出椭圆大小形状及其在空间中的定向以及卫星在轨道上的位置4第三章卫星运动基础二、二体问题与卫星正常轨道4.人卫真实轨道除了地球引力(1)外，卫星还受

3、到地球引力(2)以及其它摄动力的作用。卫星在所有这些力的作用下的轨道，称为人卫真实轨道。5.轨道摄动卫星的真实轨道与正常轨道之间的差异，称为轨道摄动。只考虑地心引力(1)的卫星运动叫无摄运动，考虑其它作用力的卫星运动叫受摄运动。5第三章卫星运动基础6第三章卫星运动基础研究卫星的无摄运动规律，描述卫星轨道的基本特征研究卫星运动的步骤研究各种摄动力的影响，对卫星的无摄轨道修正确定卫星受摄运动轨道的瞬时特征7第三章卫星运动基础3.2卫星的无摄运动开普勒运动三大定律卫星运动的轨道参数二体问题运动方程8第三

4、章卫星运动基础3.2卫星的无摄运动一、开普勒三定律Kepler三大定律之第一定律卫星运行的轨道为一椭圆，该椭圆的一个焦点与地球质心重合。此定律阐明了卫星运行轨道的基本形态及其与地心的关系。行星绕太阳的轨道为椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。9第三章卫星运动基础卫星的地心向径在单位时间内所扫过的面积相等。Kepler三大定律之第二定律表明卫星在椭圆轨道上的运行速度是不断变化的，在近地点处速度最大，在远地点处速度最小。10第三章卫星运动基础卫星运行周期的平方与轨道椭圆长半径的立方之比为一常量，等于GM的

5、倒数。Kepler三大定律之第三定律假设卫星运动的平均角速度为n，则n=2π/Ts，可得当开普勒椭圆的长半径确定后，卫星运行的平均角速度也随之确定，且保持不变。11第三章卫星运动基础二、轨道参数轨道参数，是在人卫轨道理论中用来描述卫星椭圆轨道的形状、大小及其在空间的指向，及确定任一时刻t0卫星在轨道上的位置的一组参数。通常采用的是所谓的6个开普勒轨道参数。。参数包括：升交点赤经Ω轨道倾角i长半径a偏心率e近地点角距ω真近点角V（卫星过近地点的时刻t0）12第三章卫星运动基础轨道平面上的特殊点近地点

6、与远地点升交点与降交点通常，卫星轨道与赤道平面有2个交点。当卫星从赤道平面以下（南半球）穿过赤道平面进入北半球的交点，称为升交点。反之，则称为降交点。13第三章卫星运动基础轨道参数(1)轨道倾角i定义：在升交点处轨道正方向（卫星运动方向）与赤道正方向（赤经增加方向）之间的夹角。长半径a定义：轨道长轴的一半，也称作长半轴或半长轴偏心率e定义：真近点角V定义：轨道平面上卫星与近地点之间的角距升交点赤经Ω定义：升交点与春分点之间的地心夹角近地点角距ω定义：轨道平面上近地点与升交点之间的夹角14第三章卫星

7、运动基础轨道参数(2)长半径a偏心率e这两个参数确定了开普勒椭圆的形状和大小。升交点赤经Ω轨道倾角I这两个参数唯一地确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向。近地点角距ω表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向。真近点角v卫星过近地点的时刻t0该参数为时间的函数，确定卫星在轨道上的瞬时位置。15第三章卫星运动基础计算卫星的位置通过开普勒轨道6个参数可以确定出卫星在轨道平面上的瞬间位置和速度。a、e、、i、、V由卫星发射条件决定，已知为时间的函数，需计算出16第三章卫星运动基础三、二体问题的运动方程在

8、图3-1中所示的二体问题中，依据万有引力定律可知，地球O与卫星S之间的引力为：式中：G——万有引力常数，G=(6672±4.1)×10-14N·m2/kg2；Ｍ，m——地球和卫星的质量；r——卫星的在轨位置矢量。17第三章卫星运动基础根据牛顿第二定律，可得卫星与地球运动方程引力产生的加速度O和S点在某一惯性坐标系内运动方程18第三章卫星运动基础二体运动方程设a为卫星S相对于地球质心O的加速度，则:忽略卫星的质量3-4取地球引力常数µ=GM=1，此时（3-4）式可写成为：19第三章卫