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武汉大学 第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历 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 3.1 概述 卫星轨道作用力： 地球引力，太阳、月亮的引力大气阻力、太阳光压，地球潮汐力等。 地球引力最重要。 影响卫星轨道的因素及其研究方法 中心力：决定着卫星运动的基本规律和特征 摄动力（非中心力）：无摄运动和受摄运动 对于卫星运行轨道的分析一般分为两步 首先，在上述理想的地球引力厂中，只考虑地球质心引力的作用，来研究卫星的无摄运动规律，并描述卫星轨道的基本特征 其次，研究各种摄动力对卫星运动的影响，并对卫星的无摄轨道加以修正，从而确定卫星受摄运动轨道的瞬时特征 3.2 无摄运动 二体问题 忽略所有的摄动力，仅考虑地球质心引力研究卫星行对于地球的运动，在天体力学中称为二体问题 3.2 无摄运动 卫星运动不仅受地心引力的作用，而且还受到非地心引力、日月引力、行星引力、太阳光压、地球潮汐、大气阻力等影响。除地心引力外的其它作用力称为摄动力。只考虑地心引力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。 卫星运动的开普勒定律 第一定律：卫星轨道是椭圆，一个焦点是地心。 第二定律：卫星与地心连线在相同时间内扫过的面积相等。 第三定律：卫星运行的周期平方与轨道长半径立方成比例。 扫过的面积相等 无摄运动的轨道参数 轨道形状与大小：轨道长半径a；扁心率e； 卫星在轨道平面上的位置：真近点角V（变量）； 轨道椭圆在轨道平面上的定向：近地点角距ω； 轨道平面与地球体之间的相对定向：升交点赤经Ω；轨道面倾角i。 参数说明 近地点角距ω——近地点与升交点的地心夹角。 真近点角V——卫星与近地点的地心夹角。 升交点赤经Ω——升交点与春分点的地心夹角。 轨道面倾角i——卫星轨道面与天球赤道面的夹角。 辅助参数平近点角M和偏近点角E。 M=n(t-t0)…………t0为卫星过近地点时刻。 3.3 卫星的受摄运动 受摄运动的卫星位置是在无摄位置的基础上加相应的改正数求得。 1、地球赤道隆起的影响 1）引起升交点赤经变化，变率Ω′； 2）引起近地点角距变化，变率ω′； 3）引起平近点角M变化，变率M′或n′或Δn； 2、其它影响 引起切向、法向、径向偏移。增加6个参数Cus，Cuc，Cis，Cic，Crs，Crc。 卫星的受摄运动 卫星运动的摄动力 地球体的非球性及其质量分布不均匀而引起的作用力，既地球的非中心引力 太阳的引力和月球的引力 太阳的直接与间接辐射压力 大气的阻力 地球潮汐的作用力 磁力等 卫星的受摄运动 地球引力场摄动力的影响 日月引力的影响 太阳光压的影响 3.4 GPS卫星的星历 定义：描述卫星的有关的轨道信息。 GPS提供两种星历：预报星历（广播星历）和后处理星历（精密星历） 预报星历 通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文，传递给用户 的，用户接收机接收到信号后经过解码获得的卫星星历（广播星历） 相应参考历元的卫星开普勒轨道参数，也叫参考星历 预报星历 利用跟踪站以往的观测资料推求的轨道参数为基础，并加入轨道摄动改正而外推的星历。 观测时通过导航电文实时地得到 后处理星历 一些 国家的某些部门，根据各自建立的跟踪站所获得的精密观测资料，应用与确定预报星历相似的方法，计算的卫星星历。 可以向用户提供，避免了预报星历外推的误差。 事后才提供，所以叫后处理星历或者预报星历。 有偿服务。 后处理星历 国际组织、国家、城市、仪器制造商等由自已的跟踪站观测数据推算，由网络、手机、电视、光盘、磁带等介质以免费或收费的方式向用户提供。一般不能实时定位。 利用精密星历及其它手段进行精密单点定位，精度可达0.1m。 * 开普勒六参数 偏近点角E