卫星运动基础及GPS卫星星历-NEW

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1、GPS测量原理及应用第三章卫星运动基础及GPS卫星星历GPS卫星的星历是描述卫星运行及其轨道的参数，它的主要作用是利用GPS卫星系统进行导航定位时，计算卫星在空间的瞬时位置。而研究GPS卫星在协议地球坐标系中的瞬时位置，就是GPS卫星的轨道运动理论。1GPS卫星轨道在GPS定位中的意义卫星在空间运行的轨迹称为轨道，描述卫星位置及状态的参数，称为卫星轨道参数（轨道根数）。GPS卫星作为空间位置已知的高空观测目标，是确定接收机位置（或观测站坐标）的依据。在绝对定位中，卫星轨道误差直接影响所求3.1概述GPS测量原理及应用用户接收机位置的精

2、度。在相对定位中，卫星轨道误差的影响会减弱，但基线较长，精度要求较高时（国家A，B级GPS控制网），GPS轨道精度的影响不可忽视。根据经验，其间关系可近似地表示为：分别表示:基线长度误差；基线长度;卫星轨道的误差；观测站至卫星的距离。为满足精密定位要求，必须以足够的精度确定GPS卫星轨道。GPS测量原理及应用2影响卫星运行轨道的因素GPS地球卫星在空间绕地球运行，除受地球引力作用外，还受到日、月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的影响。卫星的实际轨道变得非常复杂，有不确定性，无法用简单而精确的数学模型描述。

3、各种作用力中，地球引力的影响最大，其他作用力的影响相对要小的多（其它作用的影响比之地球引力均小于10-5)。把地球看作匀质椭球，匀质球体的引力称为中心力，决定GPS测量原理及应用卫星运动的基本规律和特征。非中心力也叫做摄动力，包括地球非球形对称的作用力、日、月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。摄动力的作用使卫星的运动产生小的附加变化。中心力作用下的卫星轨道称为无摄轨道；摄动力的作用下卫星的运动称受摄运动，轨道称为受摄轨道。由于摄动力影响小：分析卫星轨道两步：一研究无摄轨道，描述卫星轨道基本特征；再研究摄动力的

4、影响，对无摄轨道加以修正。确定卫星轨道的瞬时特征。GPS测量原理及应用GPS测量原理及应用3.作用在卫星上的力作用在卫星上的力卫星轨道轨道理论地球引力（1）：地球正球（质点）的引力人卫正常轨道人卫正常轨道理论（二体问题）摄动力地球引力（2）：形状摄动力日、月引力大气阻力光压力其它作用力轨道摄动人卫正常摄动理论总和人卫真实轨道人卫轨道理论GPS测量原理及应用二体问题：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

5、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。4.与卫星运动有关的几个概念卫星在预定的轨道上运行，如果忽略摄动力的影响，地球可视为质量全部集中于质心的质点，卫星也可以看作是质量集中的质点。根据万有引力定律，地球受卫星的引力可表示为:研究地球和卫星相对运动问题称为二体问题,引力决定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称为开普勒运动,其规律可用开普勒定律来描述。补充:开普勒定律GPS测量原理及应用第一定律（椭圆定律）：卫星沿一个椭圆轨道环绕地球，而椭圆的一个焦点与地球质心重合。中心

6、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平面，形状和大小不变，卫星离地球质心最远的点为远地点，卫星离地球质心最近的点为近地点。在惯性空间的位置不变。卫星绕地球质心运动的轨道方程为：GPS测量原理及应用（地心距；长半径；偏心率；真近点角）。开普勒第一定律（椭圆定律）描述卫星轨道的基本形态及其与地心的关系.GPS测量原理及应用开普勒第二定律（面积定律）：卫星的向径（地球质心与卫星质心间的距离向量）在相等时间内扫过同等的面积。开普勒第二定律内容是卫星在椭圆轨道上的运行速度是不断变化的，卫星在近地点，速度最大。在远地点速度最小。G

7、PS测量原理及应用开普勒第三定律（调和定律）：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，该常量等于地球引力常数的倒数。开普勒第二定律内容是卫星轨道椭圆的长半径确定后，卫星运行的平均角速度也随之确定，且保持不变。GPS测量原理及应用GPS测量原理及应用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ΩSemi-majoraxisoforbitalellipse轨道椭圆的长半径a决定轨道椭圆

8、的大小Nunerialeccentricityofellipse轨道椭圆的偏心率e决定轨道椭圆的形状Argumentofperigee近地点角距（幅角）ω决定近地点在轨道椭圆上的位置Meananomaly平近点角，真近点