第三章卫星运动及GPS卫星信号.ppt

第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历---- 3.1 概述 1.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，描述卫星轨道位置和状态的参数称为轨道参数。 由于利用GPS进行导航和测量时，卫星作为位置已知的高空观测目标，在进行绝对定位时，卫星轨道误差将直接影响用户接收机位置的精度；而在相对定位时，尽管卫星轨道误差的影响将会减弱，但当基线较长或精度要求较高时，轨道误差影响不可忽略。 此外，为了制订GPS测量的观测计划和便于捕获卫星发射的信号，也需要知道卫星的轨道参数。 第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历---- 3.1 概述 第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历---- 3.1 概述 2.影响卫星轨道的因素及其研究方法 卫星在空间绕地球运行时，除了受地球重力场的引力作用外，还受到太阳、月亮和其它天体的引力影响，以及太阳光压、大气阻力和地球潮汐力等因素影响。卫星实际运行轨道十分复杂，难以用简单而精确的数学模型加以描述。 在各种作用力对卫星运行轨道的影响中，地球引力场的影响为主，其它作用力的影响相对要小的多。若假设地球引力场的影响为1，其它引力场的影响均小于10-5。 第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历---- 3.1 概述 通常把作用于卫星上的各种力按其影响的大小分为两类：中心力：是假设地球为均质球体的引力（质量集中于球体的中心）。决定着卫星运动的基本规律和特征，由此决定的卫星轨道，可视为理想轨道，是分析卫星实际轨道的基础。 摄动力或非中心力：包括地球非球形对称的作用力、日月引力、大气阻力、光辐射压力以及地球潮汐力等。摄动力使卫星的运动产生一些小的附加变化而偏离理想轨道，同时偏离量的大小也随时间而改变。（受摄运动，受摄轨道） 第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历---- 3.1 概述 第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历---- 3.1 概述 第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历---- § 3.2卫星的无摄运动 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相对于地球的运动，在天体力学中，称之为二体问题。 ①它是卫星运动的第一近似描述； ②它是至今惟一能得到的严密分析解的运动； ③它是全部作用力下的卫星运动更精确解的基础。 第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历---- § 3.2卫星的无摄运动 2.无摄卫星轨道的描述 参数as、es、vs唯一地确定了卫星轨道的形状、大小以及卫星在轨道上的瞬时位置。 但卫星轨道平面与地球体的相对位置和方向还无法确定。确定卫星轨道与地球体之间的相互关系，可以表达为确定开普勒椭圆在天球坐标系中的位置和方向，尚需三个参数。 卫星的无摄运动一般可通过一组适宜的参数来描述，但这组参数的选择并不唯一，其中应用最广泛的一组参数称为开普勒轨道参数或开普勒轨道根数。 第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历---- § 3.2卫星的无摄运动 第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历---- § 3.2卫星的无摄运动 as为轨道的长半径，es为轨道椭圆偏心率，这两个参数确定了开普勒椭圆的形状和大小。 ?为升交点赤经：即地球赤道面上升交点与春分点之间的地心夹角。 i为轨道面倾角：即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。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。 ?s为近地点角距：即在轨道平面上，升交点与近地点之间的地心夹角，表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向。 vs为卫星的真近点角：即轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距。该参数为时间的函数，确定卫星在轨道上的瞬时位置。 开普勒轨道参数或开普勒轨道根数 第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历---- § 3.2卫星的无摄运动 二体运动的方程 卫星发射升至预定高度后，开始绕地球运行。假设地球为均质球体，根据万有引力定律，卫星的引力加速度为： G为引力常数，M为地球质量，ms为卫星质量，r为卫星的地心向径。根据上式来研究地球和卫星之间的相对运动问题，在天体力学中称为二体问题。引力加速度决定了卫星绕地球运动的基本规律。卫星在上述地球引力场中的无摄运动，也称开普勒运动，其规律可通过开普勒定律来描述。 第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历---- § 3.2卫星的无摄运动 卫星运动的轨道方程： （1）开普勒第一定律 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。由万有引