第3单元 卫星运动基础与卫星星历.pptVIP

第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历 卫星的无摄运动 1、卫星的无摄运动 基本概念 地球质心引力：将地球看作密度均匀或由无限多密度均匀的同心球层所构成的圆球，它对球外一点的引力等效于质量集中于球心的质点所产生的引力，这种引力叫做中心引力。 摄动力（非中心引力）：地球为椭球体，这种非球形对称的地球引力场便对卫星产生非中心的引力，加上日月引力，大气阻力，太阳光压，地球潮汐力等。摄动力与中心引力相比，仅为10-3量级。 五、卫星的无摄运动 无摄运动：仅考虑地球质心引力作用的运动，在天体力学中称为二体问题。卫星的无摄运动一般可通过一组适宜的参数来描述，若已知六个轨道根数，就可以唯一地确定卫星的运动状态。 卫星的无摄运动 开普勒轨道参数 （轨道根数） ① 椭圆长半径a ② 椭圆短半径b ③ 升交点的赤径Ω:地球赤道平面上，升交点N与春分点r之间的地心夹角。 ④ 近地点角距?:轨道平面上近地点A与升交点N之间的地心角距。 ⑤ 真近点角v:轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距。 GPS卫星位置的计算-根据广播星历计算卫星位置① 计算思路 首先计算卫星在轨道平面坐标系下的坐标 然后将上述坐标分别绕X轴旋转-i角、绕Z轴旋转-?k角，求出卫星在地固系下的坐标 卫星的受摄运动 2、卫星的受摄运动 卫星的受摄运动：考虑了摄动力作用的卫星运动。对于卫星精密定位来说，若只考虑地球质心引力情况下计算卫星的运动状态（即研究二体问题）是不能满足精度要求的。必须考虑地球引力场摄动力、日月摄动力、大气阻力、光压摄动力、潮汐摄动力等对卫星运动状态的影响。 瞬时轨道根数：卫星在地球质心引力和各种摄动力影响下的轨道根数。 卫星的受摄运动 卫星的摄动轨道（或瞬时轨道）：卫星运动的真实轨道 各种作用力的特性及其影响： 1）地球引力 地球引力场对卫星的引力包括地球质心引力和地球引力场摄动力两部分。地球引力场摄动力是由于地球形状不规则及其质量不均匀而引起。 2）日、月引力 卫星和地球同时受到日、月的引力。 卫星的受摄运动 3）太阳辐射压力 4）地球潮汐作用力 5）大气阻力 综上所述，在人造地球卫星所受的摄动力中，地球引力场摄动力最大，约为10-3量级。其他摄动力大多小于或近于10-6量级。这些摄动力引起卫星位置的变化，引起轨道根数的变化。 通过解算卫星受摄运动的微分方程，可以得到卫星轨道根数的变化规律。 3.4 GPS卫星星历 GPS卫星星历 卫星星历：描述卫星运动轨道的信息，即一组对应某一时刻的轨道根数及其变化率。可以计算出任一时刻的卫星位置及其速度。分为两类即广播星历和精密（事后处理）星历。 广播星历：包括相对某一参考历元的开普勒轨道根数和必要的轨道摄动改正项参数。 广播星历参数：共有16个，其中包括1个参考时刻，6个对应参考时刻的开普勒轨道根数和9个反映摄动力影响的参数。这些参数通过GPS卫星导航电文传递给用户。 GPS卫星星历 C/A码星历：C/A码所传送的GPS卫星星历，其星历精度为数十米。 P码星历：P码所传送的GPS卫星星历，精度提高到5m左右。 精密事后处理星历： 一些国家某些部门，根据各自建立的卫星跟踪站所获得的对GPS卫星的精密观测资料，应用与确定广播星历相似的方法而计算得到的卫星星历。 它可以向用户提供在用户观测时间内的卫星星历，避免了星历外推的误差。 精密星历 下载网址：ftp：///pub/products/ GPS卫星位置的计算-根据精密星历计算卫星位置 * * 卫星运动的轨道参数 卫星运行的轨道：通过地心平面上的椭圆，且椭圆的一个焦点与地心相重合。（开普勒定律） x y z 地心 o S卫星 A v 近地点 升交点 N 赤道 春分点 Ω ω 轨道 i ⑥ 轨道面的倾角i:卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。 轨道平面坐标系 轨道参数 任意时刻t卫星位置的计算 原理：插值法 方法：拉格朗日插值法等