第2章 卫星运动基础及GPS卫星星历.ppt

地球质心引力（中心引力） 假设地球为密度均匀或由无限多密度 均匀的同心球层所构成的圆球的引力 决定GPS卫星运动的基本规律 摄动力（非中心引力） 内容 地球非球形对称的引力 太阳引力 月球引力 大气阻力 太阳光压力 地球潮汐力 摄动力是地球质心引力的10-3量级，使GPS卫星运动产生一些小的变化而偏离理想轨道 卫星的无摄运动 二体问题 只考虑地球质心引力作用，研究卫星相对于地球的运动（将地球和卫星视为两个质点） 二体问题的作用 卫星运动虽然是一种近似描述，但能得到卫星运动的严密分析解，从而可以在此基础上加上摄动力来推求卫星受摄运动的轨道 开普勒行星运动定律 第一定律 卫星运动轨迹是椭圆，地球 质心位于椭圆的一个焦点上 第二定律 卫星的地心向径，即地球质心与卫星 质心间的距离向量，在相同的时间内 所扫过的面积相等 开普勒行星运动定律 第三定律 卫星运动周期的平方与轨道椭圆长半径的立方之比为一常量 开普勒轨道参数（根数） 描述卫星轨道位置和状态的参数 作用 确定轨道椭圆的形状、大小 确定卫星在其轨道椭圆上的位置 确定卫星轨道与地球的相对位置 和方向 GPS卫星星历 描述卫星运动轨道的信息 对应于某一时刻（历元）的轨道参数及其变率 分类 预报星历（广播星历） 参数（17个） 时间二参数 开普勒六参数 轨道摄动九参数 坐标系统 WGS-84 后处理星历（精密星历） 按一定时间间隔给出卫星的位置（X,Y,Z） 坐标系统 ITRS 广播星历参数详解 广播星历参数详解 广播星历参数详解 广播星历参数详解 GPS卫星位置的计算----广播星历 计算思路 计算卫星在轨道平面坐标系下的坐标 将上述坐标分别绕 x 轴旋转-i角、绕 z 轴旋转-L角，求出卫星在WGS-84坐标系下的坐标 GPS卫星位置的计算----广播星历 计算卫星运行的平均角速度n 计算归化时间tk 计算t时刻卫星的平近点角Mk GPS卫星位置的计算----广播星历 计算t时刻卫星的偏近点角Ek 计算真近点角 Vk 计算升交距角Φk （未经改正的） 计算摄动量： GPS卫星位置的计算----广播星历 计算经过摄动改正的 计算卫星在轨道平面坐标系中的坐标 计算t时刻升交点经度Lk GPS卫星位置的计算----广播星历 计算卫星在WGS-84坐标系下的坐标 后处理星历 后处理星历，是一些国家的某些部门，根据各自建立的跟踪站所获得的对GPS卫星的精密观测资料，应用与确定预报星历相似的方法计算的卫星星历。它不是GPS卫星直接播发的，而是由第三方提供给用户的GPS星历。 /pub /pub/gps/gpsdata ftp://igs.ensg.ign.fr/pub/igs/ /pub/product/ 后处理星历 精密星历 格式 * 2004 1 15 0 0 0P 1 5945.509635 15759.608404 20698.949374 324.533285 P 2 1141.101111 22665.359989 14690.489309 -257.156064 P 3 -10344.447068 24021.826531 -3968.233325 77.825932 P 4 22798.349665 -6520.820872 12310.795279 -43.522805 P 5 -12628.924903 -23445.674881 -1192.036791 13.422888 P 6 -13958.380086 -7542.103497 21489.237683 -2.952584 P 7 18939.291158 -12511.028058 -13257.166627 635.667094 P 8 26246.825668 -918.226411 -5165.342142 383.670428 GPS卫星位置的计算-精密星历 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 广播星历与后处理星历的比较 * 南京工业大学测绘工程教研室 GPS定位技术及其应用 吴继忠 jzwumail@163.com 测绘工程教研室 孙小荣 第二章 卫星运动基础及GPS卫星星历 GPS定位技术与应用 地球引力Fc 太阳光压力Fp 太阳引力Fs 月球引力Fm 大气阻力Fd 地球潮汐力Ft GPS卫星的受力 GPS卫星受力 海水受月球和太阳等天体的引力作用而发生的周期性涨落现象，引起地球质量分布的变化，引起地球引力的变化