[理学]GPS卫星坐标计算.ppt

第二章 GPS卫星位置的计算 主要内容 2.1卫星坐标系简介 2.2偏近点角E与真近点角f的关系公式推导 2.3卫星位置计算推导过程 2.4二体问题的卫星位置计算解析 第二章 GPS卫星位置的计算 第二章 GPS卫星位置的计算 第二章 GPS卫星位置的计算 第二章 GPS卫星位置的计算 第二章 GPS卫星位置的计算 三、天球坐标系 以地心为坐标原点的天球坐标系，Z轴的正向指向北天极，X轴的正向指向春分点，并构成右手坐标系，以确定Y轴的正向 2、协议天球坐标系 建立一个与惯性坐标系相近的坐标系，通常选择某一时刻t0作为标准历元，并将此刻地球的瞬时自转轴（指向北极）和地心至瞬时春分点的方向，经过该瞬时岁差和章动改正后，作为z轴和x轴，由此构成的空固坐标系称为协议天球坐标系 3、地心空间直角坐标系 以地球自转轴为Z轴，而以地球赤道面为其基准面。由于地球坐标系是随同地球自转的旋转坐标系，显然X轴的方向不能指向与地球自转无关的春分点，而是采用地球赤道面与格林尼威治子午面交线的方向。 2.2偏近点角E与真近点角f的关系公式推导 第二章 GPS卫星坐标的计算 第二章 GPS卫星位置的计算 第二章 GPS卫星位置的计算 第二章 GPS卫星位置的计算 第二章 GPS卫星位置的计算 第二章 GPS卫星位置的计算 第二章 GPS卫星位置的计算 2.4二体问题的卫星位置计算 在二体问题的情况下，若以给定6的轨道根数。 这6个轨道根数是不随时间而变化的常数。在卫星坐标计算中，可直接引用这些轨道根数。 a：椭圆的长半径；e：椭圆的离心率； i：轨道倾角；ω:近地点角距；E:偏近点角 Ω：升交点赤经；M0：平近点角；f：真近点角； 第二章 GPS卫星位置的计算 第二章 GPS卫星位置的计算 若顾及极移的影响，则归算到地固坐标系中的卫星位置向量为 * * 2.1卫星坐标系简介 WGS-84(World Geodetic System，1984年)是美国国防部研制确定的大地坐标系，其坐标系的几何定义是： 一、WGS-84大地坐标系 1、WGS-84大地坐标系定义 原点在地球质心，Z轴指向BIH 1984.0定义的协议地球极(CTP)方向，X轴指向BIH 1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z、X轴构成右手系。 2、WGS-84椭球参数 对应于WGS-84大地坐标系有一个WGS-84椭球，其常数采用IUGG第17届大会大地测量常数的推荐值。这里给出WGS-84椭球的两个最常用的几何常数： 国际大地测量与地球物理联合会(IUGG)——International Union of Geodesy and Geophysics 椭球第一偏心率：　e2=0.00669437999013 　　　地球引力常数：　GM=（3986005?0.6）?108（m3/s2） 正常化二阶带谐系数：J2=（–484.16685?1.30）?10–9（rad/s） 　地球自转角速度：　ω=（7292115?0.1500）?10–11（rad/s） 二、站心赤道直角坐标系与站心地平直角坐标系 1、站心赤道直角坐标系 如右图，P1是测站，O是球心。以P1为原点建立与球心空间直角坐标系相应坐标轴平行的坐标系叫做站心赤道直角坐标系。显然，站心赤道直角坐标系与球心空间直角坐标系坐标系间有简单的平移关系。其中大地经纬度(B,L)和大地高(H)， 2、站心地平直角坐标系 以P1为原点， P1点的法线为z轴（指向天顶为正），以子午线方向为x轴（向北为正），y轴与x、z轴垂直（向东为正）。 站心赤道直角坐标系与站心地平直角坐标系之间的关系 站心地平直角坐标系与球心空间直角坐标系的关系 3、站心地平极坐标系 以测站P1为原点，至卫星s的距离r、卫星的方位角A、卫星的高度角h可以建立站心地平极坐标系。 站心地平极坐标系与站心地平直角坐标系间有关系 第二章 GPS卫星位置的计算 1、天球空间直角坐标系 第二章 GPS卫星位置的计算 第二章 GPS卫星位置的计算 平均经度零点X`T(t) GAST 平均经度零点X`T(t) GAST 春分点XT(t) Z Y X 平均经度零点X`T(t) GAST E P O f S S` Q O` P` O Q` E f P 第二章 GPS卫星位置的计算 第二章 GPS卫星位置的计算 GPS用户通过卫星广播星历，