02卫星轨道与导航.ppt

2. 卫星运动规律与气象卫星轨道 卫星的运动规律 假设 地球为均质理想球体，质心在地心； 卫星质量地球质量，可忽略； 卫星自身尺度卫星-地球的距离，可视为质点； 忽略其它因素对卫星的作用力 那么，根据理论力学，卫星在地球引力（有心力）作用下的运动为平面运动，该平面称为轨道面，轨道面过地心。 卫星的运动规律 卫星的运动方程 卫星的运动方程 求解方程可得 A 为积分常数。令 ， ，则 卫星的运动方程 当e = 0， ，轨道为圆。 当e 1，椭圆轨道，以地心为焦点，焦点与椭圆中心不重合， ， 。 近地点 ； 远地点 。 卫星的运动方程 当e =1, 卫星脱离地球引力，抛物线轨道?太阳行星?无法对地观测； 当e 1, 卫星脱离太阳系引力，双曲线轨道?恒星?无法对地球观测。 卫星运动三定律 卫星运行的轨道是一圆锥截线（圆、椭圆、抛物线、双曲线），地球位于其中的一个焦点上。 卫星运动三定律 卫星的矢径在相等的时间扫过的面积相等。 据此，可以推导出卫星在轨道上运行时的能量 近地点时， ，由(2.7)式 ，代入(2.11)式可得 远地点时， 圆形轨道时， 卫星运动三定律 卫星轨道半长轴的三次方与其轨道运行周期二次方的比值为常数。 卫星运动三定律 例1：NOAA卫星轨道离地表约850km，卫星周期 T = ？ FY-1，H=830km，T=6080s=101.3min。 卫星运动三定律 例2：地球同步卫星的轨道离地表有多高？ 卫星在轨运行的角速度与地球相同，即 代入(2.15)式，有 ，其中 卫星轨道参数 星下点轨迹 升交点/降交点 升段/降段 倾角 截距 轨道数 周期 卫星定位 卫星轨道参数 卫星定位 卫星定位的六个参数 轨道参数：半长轴 a ，偏心率 e ，倾角 i ； 通过计算获得的平均近点角 M ，升交点赤经 和近点角 ： 矢量旋转法定位卫星 确定卫星在轨道平面的位置：计算真近点角 和矢量半径 r ： 矢量旋转法定位卫星 在以地心为中心、轨道平面所在的X-Y平面（近地点位于X轴正向）所处的天球坐标系中，卫星矢径的笛卡尔坐标可以表示为（图2.5a）： 矢量旋转法定位卫星 将矢径绕Z轴旋转近地点角 ，得到新的矢径 （图2.5b） ： 矢量旋转法定位卫星 将轨道平面绕X轴转动倾角 i ，得到新矢径矢径 （图2.5c）： 矢量旋转法定位卫星 将轨道平面绕Z轴转动升交点赤经 ，得到新矢径矢径 （图2.5d）： 矢量旋转法定位卫星 矢径 就是 t 时刻卫星在天球坐标系中的位置： 卫星跟踪 地心到卫星的矢径为： 地心到天线的矢径为： 卫星定位与跟踪 假设地球是球形，则卫星天顶角 的余弦为： 卫星方位角 为： 卫星轨道报释义及应用 TRMM sub-satellite track For the given orbiting parameters: Inclination angle = 35?, Orbit height = 350km, Circular orbit 气象卫星轨道 气象卫星的发展分为近极地轨道（又称近极地太阳同步轨道）卫星系列和地球静止轨道（又称地球同步轨道）卫星系列两类；它们分别又经历实验-业务使用卫星阶段。 此外，还有近年来发展的观测试验卫星、海洋卫星、陆地卫星、GPS掩星亦可提供气象观测资料。 卫星轨道的摄动 卫星轨道平面的进动率 如果 ，即卫星轨道为前进轨道，则 ，表明卫星轨道平面自东向西进动； 如果 ，即卫星轨道为后退轨道，则 ，表明卫星轨道平面自西向东进动。 卫星轨道的摄动 R赤道R极地?摄动力 f ? 时，轨道平面自东向西进动； 时，轨道平面自西向东进动。 卫星轨道的摄动 卫星轨道平面长轴的旋转 升（降）降交点周期 近地点周期 卫星轨道的摄动 空气阻力对卫星轨道的影响 空气阻力使卫星