GPS测量原理与应用3.ppt

第二章作业 1.1954年北京坐标系的缺点有哪些？ 2.极移的概念？ 3.建立1980年国家大地坐标系的意义？ 4.1954年新北京坐标系的特点？ 5.WGS—84坐标系的几何定义？ 6.在我国的许多城市、大型工程项目中，为什么要建立地方独立坐标系？ 7.天球坐标系的两种形式？ 8.计量原子时的时钟有哪几种？它们的精度是多少？ 9.GPS时的定义？ 第三章 卫星运动基础及卫星星历 第一节　概述 第二节　卫星的无摄运动 第三节　卫星的受摄运动 第四节　GPS星历 第一节　概述 GPS定位是依GPS卫星的已知瞬时位置为起算基准的。为了确定卫星的瞬时位置，必须了解卫星的运动状态和运行轨道。 GPS卫星的运动，和所有的运动物体一样，取决于它所受的作用力。这些作用力包括： 第一节　概述 1.作用在卫星上的力 第一节　概述 为了研究工作和实际应用的方便，通常把作用于卫星上的各种力按其影响的大小分为两类： 一类是假设地球为均质球体的引力（质量集中于球体的中心），称为中心力，决定着卫星运动的基本规律和特征； 另一类是摄动力或非中心力，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。摄动力使卫星的运动产生一些小的附加变化而偏离理想轨道，同时偏离量的大小也随时间而改变。 第一节　概述 3.1 概述 二体问题：研究两个质点在万有引力作用下的运动规律问题称为二体问题。 卫星轨道：卫星在空间运行的轨迹称为卫星轨道。 卫星轨道参数：描述卫星轨道状态和位置的参数称为轨道参数。 无摄运动：仅考虑地球质心引力作用的卫星运动称为无摄运动。 无摄轨道：无摄运动的卫星轨道称为无摄轨道。 受摄运动：在摄动力的作用下的卫星运动。 受摄轨道：受摄运动的卫星轨道称为受摄轨道。 第二节　卫星的无摄运动 理想情况下的卫星运动----无摄运动 所谓的理想情况下的卫星运动，是将地球视作匀质球体，且不顾及其它摄动力的影响，卫星只是在地球质心引力作用下而运动。理想情况下的卫星运动是我们的首要研究对象。这是因为：（1）它是卫星运动的第一近似描述；（2）它是至今唯一能得到的严密分析解的运动；（3）它是全部作用力下的卫星运动更精确解的基础。 第二节　卫星的无摄运动 开普勒定律 1.开普勒第一定律：卫星运行的轨道是一个椭圆，地球质心位居椭圆的一个焦点上。 此定律阐明了卫星运行轨道的基本形态及其与地心的关系。由万有引力定律可得卫星绕地球质心运动的轨道方程。r为卫星的地心距离，as为开普勒椭圆的长半径，es为开普勒椭圆的偏心率；v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。 第二节　卫星的无摄运动 第二节　卫星的无摄运动 2.开普勒第二定律：卫星的地心向径，在相等的时间内所扫过的面积相等。 表明卫星在椭圆轨道上的运行速度是不断变化的，在近地点处速度最大，在远地点处速度最小。 第二节　卫星的无摄运动 3.开普勒第三定律：卫星运行周期的平方与轨道椭圆长半径的立方之比为一常量，等于GM（地球引力常数）的倒数 假设卫星运动的平均角速度为n，则n=2?/Ts。可得 第二节　卫星的无摄运动 一、卫星运行的轨道 卫星的运行，一般可通过一组适宜的参数来描述。轨道参数可以有很多，它们的选择也不是唯一的。但是无论如何选择，必须有利于下列问题的解决： （1）轨道椭圆的形状和大小； （2）轨道平面与地球体的相关位置； （3）轨道椭圆在轨道平面上的方位； （4）卫星在轨道上的瞬时位置。只有这些问题得到确定，卫星运行 的轨道以及卫星在轨道上的瞬时位置也才是唯一确定的。 第二节　卫星的无摄运动 第二节　卫星的无摄运动 卫星的轨道参数及作用： 第二节　卫星的无摄运动 as为轨道的长半径，es为轨道椭圆偏心率，这两个参数确定了开普勒椭圆的形状和大小。 ?为升交点赤经：即地球赤道面上升交点与春分点之间的地心夹角。i为轨道面倾角：即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。这两个参数唯一地确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向。 ?s为近地点角距：即在轨道平面上，升交点与近地点之间的地心夹角，表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向。 V为卫星的真近点角：即轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距。该参数为时间的函数，确定卫星在轨道上的瞬时位置。 由上述6个参数所构成的坐标系统称为轨道坐标系，广泛用于描述卫星运动。 第二节　卫星的无摄运动 从而，参数a、e、Ω、i、ω、V为卫星运动的6个轨道参数，有它们构成的坐标系统通常称为轨道坐标系统。在该系统中，当6个参数一经确定后，卫星在任意时刻相对