卫星定位原理及其应用 ppt课件.ppt

GPS卫星定位原理及其应用 卫星运动的基础知识及GPS卫星坐标的计算 卫星轨道在GPS定位中的意义 影响卫星轨道的因素 中心力与摄动力的特征 卫星轨道的分析 卫星的无摄运动（开普勒运动） 卫星运动的开普勒定律 开普勒第二定律 开普勒第二定律 开普勒第三定律 开普勒定律的意义 无摄卫星轨道的描述 开普勒轨道参数 开普勒轨道参数的意义 真近点角的计算 真近点角的计算 卫星的瞬时位置计算： 卫星瞬时位置的计算 在天球坐标系中卫星位置的计算 卫星在地球坐标系中的位置 卫星的受摄运动 GPS卫星的星历 GPS卫星的星历 导航电文中的星历参数 后处理星历 卫星坐标的计算第一步 卫星坐标的计算第二步 卫星坐标计算第三步 卫星坐标计算第四步 卫星坐标计算第五步 卫星坐标计算第六步 * * 轨道：卫星在空间运行的轨迹。 轨道参数：描述卫星轨道位置和状态的参数。 观测站至所观测卫星之间的距离 卫星轨道的误差 两观测站之间的基线长度 由卫星的轨道误差引起的基线长度误差 其近似关系可表示为： 1.卫星绕地球运行时的受力情况。 2.卫星与地球的引力和与其它天体引力的比较 引力的分类： 1.中心力：这种力是假设地球为均质球体与卫星的引力。 2.摄动力：又称为非中心力，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。 1.中心力决定着卫星运动的基本规律和特征，由此所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。 2.摄动力的作用是使卫星的运动产生一些小的附加变化而偏离上述的理想轨道。 3.受摄运动：在摄动力的作用下卫星的运动。 4.受摄轨道：在摄动力作用下，相应的卫星运行轨道。 5.无摄轨道：理想状态下，相应卫星的运行轨道。 根据卫星运动的受力情况卫星轨道分析可分为两步： 1.在理想的地球引力场中，只考虑地球质心引力的作用，来研究卫星的无摄运动规律，并描述卫星轨道的基本特征。 2.研究各种摄动力对卫星运动的影响，并对卫星的无摄轨道加以修正，从而确定卫星受摄运动轨道的瞬时特征。 在理想情况下，根据牛顿万有引力定律，卫星与地球引力加速度可表示为： 引力常数 地球质量 卫星质量 卫星的地心向径 相对与地球的质量，卫星的质量可以忽略，于是引 力加速度可表示为： 开普勒第一定律： 卫星运行的轨道是一个椭圆，而该椭圆的一个焦点与地球的质心相重合 近地点P 远地点P 卫星绕地球质心运动的轨道方程为： 为真近点角，它描述了任意时刻，卫星在轨道上相对近地点的位置，是时间的函数。 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。 近地点P 远地点P 1.在轨道上运行的卫星具有动能和势能。 2.势能受地球重力场的影响，其大小和卫星在轨道上 所处 的位置有关。 3.近地点的势能最小，远地点的势能最大。 4.任一时刻所具的势能为： 5.卫星在运动过程中的势能和动能的总和保持不变。 6.卫星运行在近地点时，其动能应为最大，在远地点时其动能应为最小。 卫星运行周期的平方，与轨道椭圆长半径的立方之比为常量，而该常量等于地球引力常数GM的倒数。 其数学形式为： 若假设卫星运行的平均角速度为n，则有： 开普勒第三定律可写为： 或 1.开普勒第一定律阐明了卫星运行轨道的基本形态及其与地心的关系。 2.开普勒第二定律阐明了卫星在椭圆轨道上的运行速度是不断变化的，在近地点处速度为最大，而在远地点时速度为最小。 3.开普勒第三定律在已知椭圆长半径的情况下，卫星运行的平均角速度的计算，其在卫星位置的计算中具有重要的意义。 1.确定卫星轨道椭圆的形状参数： 2.确定卫星在轨道上的瞬时位置参数： 近地点P 远地点P fs r Ω z y x i ws 赤道 M 升交点 卫星 轨道 Ω 为升交点的赤经，即在地球赤 道平面上升交点与春分点之间的地心夹角。 i 为轨道平面的倾角，卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。 为近地点角，即在轨道平面上，升交点与近地点之间的地心夹角。 卫星的真近点角，即在轨道平面上，卫星与近地点之间的地心角距。 轨道椭圆的长半径。 轨道椭圆的扁心率。 近地点P 远地点P 两参数确定了开普勒轨道的形状和大小。 Ω i 这三个参数表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向。 3. 为时间的函数它确定了卫星在轨道上的瞬时位置。 Es 近地点P 远地点P Es 为偏近点角。 Ms 为平近点角，它是一个假设量，如果卫星在轨道上运动的平均速度为n,则平近点角定义为： 为卫星过近地