卫星运动基础及GPS卫星星历ppt课件.ppt

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1、第三章卫星运动基础及GPS卫星星历1一、卫星轨道在GPS定位中的意义卫星在空间运行的轨迹称为轨道，而描述卫星轨道位置和状态的参数，称为轨道参数。轨道误差会直接影响所求用户接收机位置的精度。1.概述>卫星轨道在GPS定位中的意义2一、卫星轨道在GPS定位中的意义意义：满足精密定位的需要制定GPS测量的观测计划便于捕获GPS卫星信号概述>卫星轨道在GPS定位中的意义3二、影响卫星轨道的因素及其研究方法人造地球卫星在空间绕地球运行时，会受到各种作用力的影响：地球重力场的引力太阳、月亮和其他天体的引力太阳光压大气阻力地球潮汐力概述>影响卫星轨道的因素及其研究方

2、法4二、影响卫星轨道的因素及其研究方法为了研究工作和实际应用的方便，将各种作用力按其影响分为两类：1、中心力——假设地球为匀质球体的引力2、非中心力——摄动力，包括地球非球形对称的作用力、日月引力、大气阻力、光辐射压力、地球潮汐力概述>影响卫星轨道的因素及其研究方法5二、影响卫星轨道的因素及其研究方法对应两类作用力，产生了两种研究方法：1、二体问题——忽略所有摄动力，仅考虑地球质心引力2、受摄运动——在二体问题基础上，再加上摄动力来推求卫星运动轨道概述>影响卫星轨道的因素及其研究方法6§1导航卫星的正常轨道（无摄运动）7一、卫星运动的开普勒三定律无摄运

3、动>卫星运动的开普勒定律1、开普勒第一定律：卫星运行的轨道是一个椭圆，而该椭圆的一个焦点与地球的质心相重合。8一、卫星运动的开普勒三定律无摄运动>卫星运动的开普勒定律2、开普勒第二定律：卫星的地心向径，即地球质心与卫星质心间的距离向量，在相同的时间内所扫过的面积相等。9一、卫星运动的开普勒三定律无摄运动>卫星运动的开普勒定律3、开普勒第三定律：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，而该常量等于地球引力常数GM的倒数。10无摄卫星轨道的描述轨道为椭圆：长半轴as及其偏心率es为了确定任意时刻卫星在轨道上的位置，需一个参数，一般为真近点角

4、fs。卫星轨道平面与地球体的相对位置：三个参数11轨道参数（根数）无摄运动>轨道参数1、轨道平面倾角i：卫星轨道平面与天球赤道平面之间的夹角。12轨道参数（根数）无摄运动>轨道参数2、升交点赤径Ω：升交点N：由南向北飞行的卫星，其轨道与天球赤道的交点。从春分点轴向东度量到升交点的弧长，叫升交点赤径Ω。13轨道参数（根数）无摄运动>轨道参数3、近地点角距ω：从升交点轴ON顺着卫星运行方向度量到近地点的弧长，叫近地点角距，又称近地点辐角。14轨道参数（根数）无摄运动>轨道参数六个轨道参数及其定义中文名称符号意义轨道平面倾角i决定轨道平面的空间位置升交点赤经

5、Ω轨道椭圆的长半轴as决定轨道椭圆的大小轨道椭圆的偏心率es决定轨道椭圆的形状近地点角距（辐角）ωs决定近地点在轨道椭圆上的位置真近点角fs卫星以角速度n0运行的瞬时位置15无摄运动>无摄卫星轨道的描述选用上述6个轨道参数来描述卫星运动的轨道，一般来说是合理而必要的。6个轨道参数i,Ω,ω,a,e,f所构成的坐标系统，称轨道坐标系统。在该系统中，6个参数一经确定，卫星在任一瞬间相对地球体的空间位置及速度便可唯一确定。16计算真近点角fs真近点角的两个辅助参数偏近点角（Es）：卫星S在其辅助圆上的相应点S’和轨道椭圆中心O’的连线与轨道椭圆极轴延长线之间

6、的夹角，叫偏近点角。平近点角（Ms）：在轨卫星从过近地点时元tp开始，按平均角速度n0运行到时元t的弧长，叫平近点角。17Ms=Es-essin（Es）因此，可由平近点角计算出偏近点角，再由偏近点角计算出真近点角ascosEs=rcosfs+ases卫星的真近点角计算出来之后，即可获得其在椭圆轨道上的瞬时位置。18卫星的瞬时位置1、卫星在轨道平面坐标系中的位置x轴指向近地点，z轴垂直于轨道平面，y轴在轨道平面上构成右手坐标系2、卫星在天球坐标系中的位置3、卫星在地球坐标系中的位置19§2导航卫星的摄动轨道（受摄运动）20一、卫星运动的摄动力受摄运动>卫

7、星运动的摄动力1、摄动：在轨运行的卫星受外力作用而产生轨道偏离椭圆的现象，以致卫星轨道变成一条复杂的封闭曲线。21一、卫星运动的摄动力受摄运动>卫星运动的摄动力2、摄动力：是导致卫星摄动的作用力。22一、卫星运动的摄动力受摄运动>卫星运动的摄动力3、摄动轨道：卫星在摄动力作用下的运行轨迹。23二、地球非球形引力的摄动及其影响受摄运动>地球非球形引力的摄动及其影响1、地球的形状：地球质量并非均匀分布，地球形状既非球体又不规则。研究表明，地球近似于椭球，其长短半轴之差约为21.3km。地球北极高出椭球面19m左右，地球南极凹下椭球面约26m。地球非匀质和非

8、球形都将导致卫星正常轨道的变化，其相应的作用力叫做地球非球形引力。24二、地球非球形引力的摄动