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卫星定位与导航 第三章 卫星运动基础知识及 GPS卫星的坐标计算 3 卫星运动基础知识及GPS卫星的坐标计算 §3-1 GPS 星座概述 一、GPS系统组成 第三章GPS系统及信号  §3-1 GPS 星座概述 3 卫星运动基础知识及GPS卫星的坐标计算 §3-1 GPS 星座概述 二、GPS星座构成 1. 卫星配置 工作卫星-----21颗 备用卫星-----3 颗 2.卫星分布 卫星分布 于6个轨道面 倾角----550 高度----20200KM 3 卫星运动基础知识及GPS卫星的坐标计算§3-1 GPS 星座概述 第三章 卫星运动基础知识及GPS卫星的坐标计算§3-1 GPS 星座概述  GPS卫星运行周期 每12恒星时（11h58 min)沿近圆轨道运行一圈 ； 每天提前约4分钟 卫星服务年限 设计寿命为7.5年 卫星重量 GPS卫星重约800Kg 星座系统特点； 保证全球范围任何时候至少同时观测到4颗卫星 §3-1 GPS 星座概述 三、GPS卫星 1. GPS卫星结构 圆柱形 ?=1.5m 双叶太阳能板 核心： 高稳定原子频标 铷钟 铯钟 §3-1 GPS 星座概述 三、GPS卫星 1. GPS卫星结构 导航系统 导航电文存储器 伪躁声码发生器 S波段接收机 L波段双频发射机 第三章 卫星运动基础知识及GPS卫星 的坐标计算GPS系统及信号 §3-1 GPS 星座概述 2. GPS卫星功能 连续不断地发送导航定位信号(GPS信号),确定自己的现势位置以及其它在轨卫星的概略位置 飞越注入站上空时,接受由地面站用S波段(10厘米波段)发送到卫星的导航电文和其它有关信息 接受地面主控站发送到卫星的调度命令 第三章 卫星运动基础知识及GPS卫星坐标计算 §3-1 GPS 星座概述 3. GPS卫星分类 BLOCKⅠ----(1978~1985) 实验系统, 11颗 BLOCKⅡ，BLOCKⅡA----(1989~1996) 工作系统， 28颗 BLOCKⅡR, ⅡF----(1997~ 2010) ，33颗 §3-1 GPS 星座概述 可观测的GPS卫星状况 第三章 卫星运动基础知识及GPS卫星的坐标计算 卫星定位系统的比较 第三章 卫星运动基础知识及GPS卫星的坐标计算 §3-2 GPS 地面控制系统 一、地面监控系统种类 1. 主控站---1 (美国联合空军执行中心) 2. 监控站---5 (美军事基地) 3. 注入站---3 (美军事基地) §3-2 GPS 地面控制系统 二、地面监控系统分布 §3-2 GPS 地面控制系统 三、地面监控系统作用 1.监测站 ---- 收集伪距、积分多普勒观测值、卫星时钟、工作状态数据、气象数据等 2.主控站----根据收集数据计算卫星星历、时钟改正、状态数据、信号电离层延迟改正等，编算导航电文并传送到注入站，诊断卫星状态，调度卫星 3.注入站 ---- 将卫星星历、卫星时钟钟差等参数和各种控制命令注入到GPS卫星 §3-2 GPS 地面控制系统 三、地面监控系统作用 §3-3 GPS 卫星的无摄运动 一、无摄运动的概念 只考虑地球质心引力作用的卫星运动称为卫星的无摄运动。在研究卫星的无摄运动时，将地球和卫星看作两个质点，作为二体问题研究两个质点在万有引力作用下的运动。根据开普勒第一定律：人造卫星运行的轨迹是一个椭圆，匀质地球位于该椭圆的一个焦点上。 开普勒第一定律：人造卫星运行的轨迹是一个椭圆，匀质地球位于该椭圆的一个焦点上。 如图2.1中的椭圆表示卫星的运行轨迹。当卫星S接近地球O时，它在长半轴上的点称为近地点（Perigee，图中的P点）；当卫星S远离地球O时，它在长半轴上的点称为远地点（Apogee，图中的A点）。椭圆的大小取决于它的长半轴和偏心率。轨道椭圆的偏心率为： §3-3 GPS 卫星的无摄运动 开普勒第二定律： 卫星向径在相同的时间内扫过的面积相等。 开普勒第三定律： 卫星环绕地球运行的周期之平方正比于椭圆轨道长半径的立方。 §3-3 GPS 卫星的无摄运动 根据GM值算出卫星的运行周期为 §3-3 GPS 卫星的无摄运动 几个重要角： 1、真近点角f 2、偏近点角E 3、平近点角M 取真近点角f（在轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距）或偏近点角E（在轨道平面上卫星与近地点之间的轨道中心角距）确定任意时刻卫星在轨道上的位置。这样参数 惟一确定了卫星轨道