卫星运动基础及GPS卫星星历

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1、GPS原理与应用第三章卫星运动基础及GPS卫星星历第三章卫星运动基础及GPS卫星星历主要内容3.1概述3.2卫星的无摄运动3.3卫星的受摄运动3.4卫星的星历3.5卫星坐标的计算3.1概述卫星在空间运行的轨迹称为轨道，而描述卫星轨道位置和状态的参数，称为轨道参数。由于在利用GPS进行导航和定位时，GPS卫星是作为位置已知的高空观测目标，所以在进行绝对定位时，卫星轨道的任何误差，都会直接影响所求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，但当基线较长且精度要求较高时，这种影响也不可忽视。一、卫星轨道在GPS定位中的意

2、义GPS卫星在空间的已知瞬时位置，是确定用户接收机位置(或观测站坐标)和制订观测计划的依据。本章将在介绍卫星无摄运动和受摄运动等基础知识的基础上，进一步阐述GPS卫星的星历及卫星坐标的计算。第三章卫星运动基础及GPS卫星星历卫星轨道误差对所测基线精度的影响可按下式估算：第三章卫星运动基础及GPS卫星星历为了制订GPS测量的观测计划和便于捕获卫星发射的信号，需要知道卫星的轨道参数。只是其要求的精度较低，对用户来说，为了理解和运用GPS卫星的轨道信息，就需要了解一下有关卫星的运动规律、轨道的描述和卫星位置的计算等基础知识。式中：db为基线误差，

3、b为基线长，ρ为卫星至测站的距离，ds为卫星轨道误差（星历误差）。第三章卫星运动基础及GPS卫星星历二、影响卫星轨道的因素及其研究方法人造地球卫星在空中绕地球运行，除了受地球重力场的引力作用外，还将受到太阳、月亮和其它天体引力的影响，以及太阳光压、大气阻力和地球潮汐等因素的影响。卫星实际运行的轨道极其复杂。在各种作用力对卫星运行轨道的影响中，以地球引力场的影响最为主要，其它作用力的影响要小得多。若假设地球引力场的影响为1，则其它作用力的影响比之均小于10-5。第三章卫星运动基础及GPS卫星星历就地球引力场的影响来说，可以首先把地球视为一匀质

4、球体，并在相应的理想引力场中，来研究卫星运动的轨道，然后再考虑引力场异常的影响。虽然实际上地球的质量分布并不均匀，其形体也不是对称的球体，这些都将对卫星的运动产生影响，但是这种影响，比之上述理想的匀质球体的影响要小得多。根据分析，实际地球引力场与上述匀质球体引力场对卫星的影响，相差仅约为10-8级。所以，为了研究工作和实际应用的方便，通常均把作用于卫星上的各种力，按其影响的大小分为两类。第三章卫星运动基础及GPS卫星星历◆一类是假设地球为匀质球体的引力(质量集中于球体的中心)，称为中心力。它决定着卫星运动的基本规律和特征，此时卫星的运动称为

5、无摄运动，由此所决定的卫星轨道可视为理想的轨道，又称卫星的无摄运动轨道。这是我们分析卫星实际轨道的基础。◆一类是摄动力，也称为非中心力，它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，同时，这种偏离量的大小也随时间而改变。在摄动力作用下的卫星的运动称为受摄运动，由此所决定的卫星轨道称为卫星的受摄运动轨道。第三章卫星运动基础及GPS卫星星历◆研究卫星运行的基本方法：考虑到摄动力的影响相对较小，因此对于卫星运行轨道的分析一般分为两步。首先，在上述

6、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；其次，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。第三章卫星运动基础及GPS卫星星历3.2卫星的无摄运动卫星被发射并升至预定的高度后，便开始围绕地球运行。假设地球为均质球体，在忽略摄动力影响的理想情况下，根据牛顿万有引力定律，其间的引力加速度可表示为式中，G为引力常数，M为地球质量，ms为卫星质量，r为卫星的地心向径。卫星的质量ms相对地球的质量M可以忽略，于是有根据上式来研究地球和卫星之间的

7、相对运动问题，在天体力学中称为两体问题。引力加速度决定着卫星绕地球运动的基本规律。卫星在上述地球引力场中的无摄运动也称为开普勒运动，其规律可通过开普勒定律来表达。第三章卫星运动基础及GPS卫星星历一、卫星运动的开普勒定律1、开普勒第一定律卫星运行的轨道是一个椭圆，而该椭圆的一个焦点与地球的质心相重合。这一定律表明，在中心引力场中，卫星绕地球运行的轨道面，是一个通过地球质心的静止平面。轨道椭圆一般称开普勒椭圆，其形状和大小不变。在椭圆轨道上，卫星离地球质心(简称地心)最远的一点称远地点，而离地心最近的一点称近地点，它们在惯性空间的位置也是固定

8、不变的。第三章卫星运动基础及GPS卫星星历解式（3-2），得卫星绕地球质心运动的轨道方程：式中,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；fs为真近