GPS卫星运动轨道及卫星定位信号

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1、第2章GPS卫星运动轨道及卫星定位信号卫星在轨定位方法GPS卫星的载波信号GPS卫星的测距码信号GPS卫星的导航电文GPS卫星星历GPS卫星位置坐标计算GPS定位技术与应用2010.122.1.1开普勒（JohannesKepler）三定律1、开普勒第一定律人造地球卫星的运行轨道是一个椭圆，均质地球位于该椭圆的一个焦点上。APO’baOSfS卫星绕地球运动的轨道方程：式中：r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，fs为真近点角.2.1卫星在轨定位方法GPS定位技术与应用2010.122、

2、开普勒第二定律卫星向径在相同时间内所扫过的面积相等。APO’OSS’能量守恒定律开普勒第二定律所包含内容：卫星在椭圆轨道上的运行速度是不断变化的，在近地点时卫星的速度为最大，远地点时卫星的速度为最小。GPS定位技术与应用2010.123、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轴的立方。平均角速度n或GPS定位技术与应用2010.122.1.2卫星的无摄运动研究地球和卫星相对运动问题的基本公式---引力加速度公式：式中G为引力常数，M为地球质量，m为卫星质量，r为地心向径。引力加速度决定卫星绕地球

3、运动的基本规律。卫星在地球引力场的无摄运动也称开普勒运动。GPS定位技术与应用2010.12三种近点角真近点角当卫星处于轨道上任一点s时，卫星的在轨位置便取决于sop角，这个角就被称为真近点角，以f表示。偏近点角若以长半轴a做辅助圆，卫星s在该辅助圆上的相应点为s’，连接s’o’，s’o’p角称为偏近点角，以E表示。平近点角在轨卫星从过近地点时元tp开始，按平均角速度n0运行到时元t的弧，称为平近点角。以M表示。APs’SO’ODGPS定位技术与应用2010.12真近点角表示的轨道方程偏近点角表示的轨道方程真近点角和

4、偏近点角的关系平近点角表示的轨道方程r=a(1-e2)1+e·cosfr=a(1-e·cosE)tan(f/2)=(1+e/1-e)1/2tan(E/2)M=E-e·sinE=n0(t-tp)GPS定位技术与应用2010.12真近点角与偏近点角的关系APs’SO’ODrcosf=acosE–aecosf=a(cosE-e)rsinf=(1-cos2f)1/2=sinE(1-e2)1-ecosEtan(f/2)=(1+e/1-e)1/2tan(E/2)r=a(1-ecosE)cosf=cosE-e1–ecosEGPS定

5、位技术与应用2010.12近点角总结说明：在轨卫星从过近地点时元tp开始，按平均角速度n0运行到时元t的弧，称为平近点角。卫星S在其辅助圆上的相应点S’和椭圆轨道中心O’的连线O’S’与椭圆轨道极轴OP延长线之间的岬角，称为偏近点角E。在椭圆轨道上运行的卫星S，其卫星向径OS与以焦点O指向近地点P的极轴OP的夹角，称为真近点角f。英文名称中文名称符号表达式Meananomaly平近点角MM(t)=n0(t-tp)Eccentricanomaly偏近点角EE(t)=M(t)+e·SinE(t)Trueanomaly真近

6、点角fF(t)=?GPS定位技术与应用2010.12卫星轨道六参数轨道平面倾角（i）——卫星轨道平面与天球赤道平面的夹角；升交点赤经（Ω）——升交点（N），是由南向北飞行的卫星，其轨道与天球赤道的交点。地球环绕太阳公转的一圈中有一个点（即日历上表示的春分时间），它反映在天球赤道平面上的固定位置，叫做春分点。升交点赤经是春分点轴向东度量到升交点的弧度；近地点角距（ω）——是由升交点轴顺着卫星运行方向度量到近地点的弧长；长半轴（a）——卫星椭圆轨道的长半轴；偏心率（e）——卫星椭圆轨道的偏心率，是焦距的一半与长半轴的比值

7、；平近点角（M）——是卫星自近地点以平均速度运行到某时刻的弧长。EyxHOωΩSPNfiGPS定位技术与应用2010.12开普勒轨道六参数英文名称中文名称符号意义Inclinationoforbitalplane轨道平面倾角i决定轨道平面的空间位置Rightascensionoftheascendingnode升交点赤经ΩSemimajoraxisoforbitalellipse长半轴a决定轨道椭圆的大小Nunerialeccentricityofellipse偏心率e决定轨道椭圆的形状Argumentofperig

8、ee近地点角距ω决定近地点在轨道上的位置Meananomaly平近点角M卫星以平均角速度运行的角度GPS定位技术与应用2010.122.1.3卫星的受摄运动1.卫星运动的摄动力2.各种摄动力的影响GPS定位技术与应用2010.121.卫星运动的摄动力地心引力地球非球形引力地球潮汐摄动力太阳引力月球引力大气阻力太阳辐射压力GPS定位技术与应用20