运动基础及卫星星历.pptVIP

第三章卫星运动的基础及GPS卫星星历§3.1概述§3.2卫星的无摄运动§3.3卫星的受摄运动§3.4GPS卫星星历卫星轨道：卫星在空间运行的轨迹；为什么要研究卫星运动规律？轨道参数：描述卫星轨道位置和状态的参数；3.1概述§3.1概述已知的高空观测目标，在进行绝对定位时，卫星轨道误差将直接影响用户接收机位置的精度；而在相对定位时，尽管卫星轨道误差的影响将会减弱，但当基线较长或精度要求较高时，轨道误差影响不可忽略。假设观测站至所测卫星的距离为?，卫星轨道误差为??，两观测站间的基线长度为D，由??引起的基线长度误差为?D，则其间的关系可近似表示为：D????D相对精度/ppm卫星轨道误差??（m）基线长度D(km)基线长度误差?D（cm）120101001000110100卫星轨道在GPS定位中具有重要意义；为了制订GPS测量的观测计划和便于捕获卫星发射的信号，也需要知道卫星的轨道参数。0102为什么要研究卫星运动规律？01020304卫星受力：卫星受到的作用力，如果设地球引力视为1，则其他作用力均小于10-5。中心力：假设地球为均质球体（质量集中于球心）的所产生的引力。除了受地球重力场的引力作用外，还受到太阳、月亮和其它天体的引力影响，以及太阳光压、大气阻力和地球潮汐力等因素影响。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，也称摄动力。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。10-305由此出现无摄运动和受摄运动。影响卫星轨道的因素及其研究方法开普勒轨道1卫星精密轨道的计算涉及到复杂的力学模型，为简化问题，作下列假设：地球为均质球体，引力场对称；卫星质量与地球质量相比忽略不计；2忽略摄动力影响33.2卫星的无摄运动开普勒轨道参数描述卫星在轨的瞬时位置。（表示为时间的函数）01二体问题：万有引力定律02二体问题的解033.2卫星的无摄运动§3.2卫星的无摄运动3.2.1开普勒轨道参数卫星轨道：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真近点角的计算yxz轨道春分点升交点近地点卫星地心赤道i??sfs开普勒轨道参数示意图as为轨道的长半径

es为轨道椭圆偏心率

?为升交点赤经

i为轨道面倾角

?s为近地点角距

fs为卫星的真近点角yxz轨道春分点升交点近地点卫星地心赤道i??sfs卫星运动的轨道参数中文名称符号意义轨道平面倾角i决定轨道平面的空间位置升交点赤经Ω轨道椭圆的长半径a决定轨道椭圆的大小轨道椭圆的偏心率e决定轨道椭圆的形状近地点角距（幅角）ω轨道平面上，升交点与近地点之间的地心夹角决定开普勒椭圆在轨道平面上的定向。真近点角V轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距。确定卫星在轨道上的瞬时位置。真近点角的计算（表示为时间的函数）在描述卫星无摄运动的6个开普勒轨道参数中，只有真近点角是时间的函数，其余均为常数。故卫星瞬间位置的计算，关键在于计算真近点角。asbsMms近地点远地点fs真近点角的计算（表示为时间的函数）为了计算真近点角，引入两个辅助参数：偏近点角Es和平近点角Ms。Ms是一个假设量，当卫星运动的平均角速度为n，则Ms=n(t-t0)，t0为卫星过近地点的时刻，t为观测卫星时刻。平近点角与偏近点角间存在如下关系：Es=Ms+essinEs。由此可得真近点角asbsasrm?fsEsases近地点真近点角的计算（表示为时间的函数）m?fs近地点Mm?bsasasasesrEs01020304真近点角fs偏近点角ES平近点角MSt0为卫星过近地点的时刻，t为观测卫星时刻。n为卫星的平均角速度真近点角的计算（表示为时间的函数）01根据万有引力定律，卫星受地球的引力02按照牛顿第二定律，可写出卫星和地球的运动方程03卫星相对地球的运动方程为3.2.2二体问题二阶常数微分方程组的积分含6个积分常数，卫星运动状态就由这6个积分常数确定，一般称为轨道6参数。开普勒第一定律：卫星在通过地球质心的平面内运动，其向径扫过的面积与所经历的时间成正比01轨道面的法线向量为02卫星轨道6参数和开普勒三大定律轨道倾角和升交点赤经轨道倾角和升交点赤经一经确定，轨道平面在空间的位