卫星轨道与导航讲解课件

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1、2021/9/2112.卫星运动规律与气象卫星轨道2021/9/212卫星的运动规律假设地球为均质理想球体，质心在地心；卫星质量<<地球质量，可忽略；卫星自身尺度<<卫星-地球的距离，可视为质点；忽略其它因素对卫星的作用力那么，根据理论力学，卫星在地球引力（有心力）作用下的运动为平面运动，该平面称为轨道面，轨道面过地心。2021/9/213卫星的运动规律北南轨道轨道平面赤道平面2021/9/214卫星的运动方程=常数轨道地心其中：r是卫星的矢径；为幅角；；h为积分常数。2021/9/215卫星的运动方程求解方程可得A为积分常数。令，，则——圆锥曲线，力心位于焦点上。2

2、021/9/216（近地点）（远地点）卫星的运动方程当e=0，，轨道为圆。当e<1，椭圆轨道，以地心为焦点，焦点与椭圆中心不重合，，。近地点；远地点。2021/9/217卫星的运动方程当e=1,卫星脱离地球引力，抛物线轨道太阳行星无法对地观测；当e>1,卫星脱离太阳系引力，双曲线轨道恒星无法对地球观测。2021/9/218卫星运动三定律卫星运行的轨道是一圆锥截线（圆、椭圆、抛物线、双曲线），地球位于其中的一个焦点上。椭圆轨道圆轨道双曲线轨道抛物线轨道2021/9/219卫星运动三定律卫星的矢径在相等的时间扫过的面积相等。据此，可以推导出卫星在轨道上运行时的能量

3、——卫星活力公式近地点时，，由(2.7)式，代入(2.11)式可得远地点时，圆形轨道时，——卫星入轨最小速度/第一宇宙速度实现卫星椭圆轨道，必须克服地球引力，即但是，当时，卫星轨道变成抛物线，卫星成为行星。此时，由卫星活力公式(2.11)可得卫星入轨速度应为因此，实现椭圆轨道的入轨速度必须满足当卫星入轨速度大至足以克服太阳引力时，便进入银河系，成为恒星。此时，其入轨速度。2021/9/2112卫星运动三定律卫星轨道半长轴的三次方与其轨道运行周期二次方的比值为常数。2021/9/2113卫星运动三定律例1：NOAA卫星轨道离地表约850km，卫星周期T=？FY-1，H=

4、830km，T=6080s=101.3min。2021/9/2114卫星运动三定律例2：地球同步卫星的轨道离地表有多高？卫星在轨运行的角速度与地球相同，即代入(2.15)式，有，其中2021/9/2115卫星轨道参数星下点轨迹升交点/降交点升段/降段倾角截距轨道数周期北南轨道轨道平面赤道平面2021/9/2116卫星定位卫星轨道参数平均近点角其中：平均角速度已知卫星通过近地的时刻()，可以确定任意时刻(t)卫星的在轨位置。近点角：卫星在轨道平面内的升交点与近地点之间的夹角。（近地点）（远地点）真近点角偏近点角E2021/9/2118卫星定位卫星定位的六个参数轨道参数：

5、半长轴a，偏心率e，倾角i；通过计算获得的平均近点角M，升交点赤经和近点角：2021/9/2119矢量旋转法定位卫星确定卫星在轨道平面的位置：计算真近点角和矢量半径r：2021/9/2120矢量旋转法定位卫星在以地心为中心、轨道平面所在的X-Y平面（近地点位于X轴正向）所处的天球坐标系中，卫星矢径的笛卡尔坐标可以表示为（图2.5a）：2021/9/2121矢量旋转法定位卫星将矢径绕Z轴旋转近地点角，得到新的矢径（图2.5b）：2021/9/2122矢量旋转法定位卫星将轨道平面绕X轴转动倾角i，得到新矢径矢径（图2.5c）：2021/9/2123矢量旋转法定位卫星将轨道

6、平面绕Z轴转动升交点赤经，得到新矢径矢径（图2.5d）：2021/9/2124矢量旋转法定位卫星矢径就是t时刻卫星在天球坐标系中的位置：——卫星的轨道半径——卫星的赤纬——卫星的升交点赤经2021/9/2125卫星跟踪2021/9/2126卫星跟踪地心到卫星的矢径为：地心到天线的矢径为：2021/9/2127卫星定位与跟踪假设地球是球形，则卫星天顶角的余弦为：卫星方位角为：2021/9/2128卫星轨道报释义及应用2021/9/2129从地球观察卫星运行轨道Forthegivenorbitingparameters:Inclinationangle=35,Orbi

7、theight=350km,CircularorbitTRMMsub-satellitetrack2021/9/2133气象卫星轨道气象卫星的发展分为近极地轨道（又称近极地太阳同步轨道）卫星系列和地球静止轨道（又称地球同步轨道）卫星系列两类；它们分别又经历实验-业务使用卫星阶段。此外，还有近年来发展的观测试验卫星、海洋卫星、陆地卫星、GPS掩星亦可提供气象观测资料。2021/9/2135卫星轨道的摄动卫星轨道平面的进动率如果，即卫星轨道为前进轨道，则，表明卫星轨道平面自东向西进动；如果，即卫星轨道为后退轨道，则，表明卫星轨道平面自西向东进动。NS20