卫星运动基础讲解

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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。第三♦卫旦运钞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卫星星历第三♦卫旦运钞基础§3.1概述一、作用在卫星上的外力1、地球引力G丝丝・地球引力(1)-地球的球形引力或称地球中心力r~•地球引力(2)一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I摄动力4、太阳光压5、其它作用力(如：地碱、地球

2、潮汐摄动等)>、二体问题与卫星正有轨道1.二体问题：研究二个质点在万有引力作用下的运动规律问题2.摄动力：除地球引力(1)外，其它作用在卫星上的力3・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第三♦卫JIL近幼水础6、二体问题与卫星正有轨道4.人卫真实轨道•除了地球引力(1)外，卫星还受到地球引力(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

3、摄动卫星的真实就道与正常轨道之间的差异，称为轨道摄动.人卫真实轨道=人卫正常轨道+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。作用在卫星上的力卫星轨道轨道理论地球引力⑴人卫正常轨道人TI正常轨道(二体问题)摄动力地球引力⑵日、月引力大气阻力光压其它作用力轨道摄动人卫轨道摄动理论总和人卫真实轨道人卫轨道理论第三♦卫JIL近幼水础6研究卫星运动的步骤研究卫星的无摄运动规律，描述卫星轨道的基本特征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

4、参数•二体问题运动方程第三♦卫JBL近钞基础3.2卫星的无损运动一、开普勒三定律绕的为，位圆个上星阳道圆阳椭一点行太轨椭太于的焦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。Kepler三大定律之第二定律卫星的地心向径在单位时间内所扫过的面积相等。表明卫星在椭圆轨道上的运行速度是不断变化的，在近地点处邃度最大，在远地点处速度戢小。第三♦卫AL运动基砒12Kepler三大定律之第三定律JL星运行周期的平方与轨道椭圆长半径晶立।方之比为二常量,等于GM的倒数。假设卫星运动的

5、平均角速度为n,则n=27r/T§,可得第三♦卫AL运动基砒12第三♦卫AL运动基砒12第三♦卫AL运动基砒12第三♦卫AL运动基砒12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。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to卫星在枕道上的位置的一组参数。•参数包括：-升交点赤经Q-就道倾角i-长半径a-偏心率e-近地点角距3-真近点角V（卫星过近地点的时刻10）•通常采用的是所谓的6第三♦卫AL运动基砒12个开普勒轨道参数。第三♦卫AL运动基砒12轨道平面上的特殊点近

6、地点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。第三♦卫H运动基础#第三♦卫H运动基础#第三♦卫H运动基础#轨道参数(2)水行径a②偏心率e•这两个参数确定了开普勒椭圆的形状和大小。③升交点赤经。④就道倾角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。⑤近地点角距3表达了开普勒椭圆在枕道平面上的定向。⑥其近点角V卫星过近地点的时刻to•该参数为时间的函数，确定卫星在轨道上的瞬时位置。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

7、平面上的瞬间位置和速度o为时间的函数,需计算出由卫星发射条件决定,已知第三♦卫网运动基础#三、二体问题的运动方程在图3-1中所示的二体问题中，依据万有引力定律可知,地球0与卫星S之间的引力为：Fs=-(GMm/r2YrFe=+(GA/m/r2)-r(3-1)式中：G万有引力常数,G=(6672±4.1)x10-14N-m2/kg2M,m地球和卫星的质量；r——卫星的在抗位置矢量。•根据牛顿第二定律，可得卫星与地球运动方程0和S点在某一惯性坐标系内运动方程as=—{GM/r2)•r=——sdt2奥=+(Gzn//)•/(3-2)引力产生的加速度第三♦卫HL运动丞

8、础18二体运动方程•设a为卫星S相对于