第三章卫星运动基础及GPS卫星星历ppt课件.ppt

《第三章卫星运动基础及GPS卫星星历ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、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3.4GPS卫星星历3.5GPS卫星坐标的计算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。3.1.1卫星轨道在GPS定位中的意

2、义3.1概述卫星轨道误差对所测基线精度的影响可按下式估算：3.1.2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。就地球引力场的影响来说，可以首先把地球视为一匀质球体，并在相应的理想引力场

3、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。一类是假设地球为均质球体的引力（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，由此决定的卫星轨道，可视为理想轨道，

4、是分析卫星实际轨道的基础。另一类是摄动力或非中心力，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。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。在摄动力的作用下的卫星运动称为受摄运动，相应的卫星轨道称为受摄轨道。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

5、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。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

6、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。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。3.2.1卫星运动的开普勒定律解式（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为真近点角，它描述了任意时刻，卫星在轨道上，相对近地点的位置，是时间的函数，其定义如上图所示。这一定律阐明了卫星运行轨道的基本形态，及其与地心的关系。开普勒第二定律卫星的地心向径，即地球质心与卫星质心间的距离

7、向量，在相同的时间内所扫过的面积相等。这一定律可根据(3-1)式的能量积分而导出。与任何其它的运动物体一样，在轨道上运行的卫星也具有两种能量，即位能(或势能)和动能。开普勒第二定律所包含的内容是：卫星在椭圆轨道上的运行速度是不断变化的，在近地点处速度为最大，而在远地点时速度为最小。t2S2t0t1S1t1-t0=t2-t1S1=S2远地点近地点开普勒第三定律卫星运动周期的平方与轨道椭圆长半径的立方之比为一常量，而该常量等于地球引力常数GM的倒数。开普勒第三定律的数学形式为：若假设卫星运动的平均角速

8、度为n，则有其中，Ts—卫星运行周期于是，开普勒第三定律可写为：表示为常用形式很明显，当开普勒椭圆的长半径确定后，卫星运行的平均角速度便随之确定，且保持不变。(3-7)式在卫星位置的计算中具有重要意义。3.2.2无摄卫星轨道的描述Y升交点赤经Ω轨道倾角i近地点角距真近点角Vf轨道长半轴a近地点赤道平面轨道偏心率升交点Ω卫星rXωZiVfb由开普勒定律可知，卫星运动的轨道，是通过地心平面上的椭圆，且椭圆的一个焦点与地心相重合。而确定椭圆的形状和大小至少需要两个参数，即椭圆的长半径a