第三章-卫星运动基础及GPS卫星星历ppt课件.ppt

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1、第三章卫星运动基础及GPS卫星星历基本要求：了解影响卫星受到的各种力、开普勒定律、卫星的无摄运动、卫星的受摄运动。掌握描述卫星轨道的六个参数、GPS卫星星历等基本内容。教学重点：开普勒定律、无摄卫星轨道的六参数、卫星星历、预报星历、后处理星历。§3.1概论一、卫星轨道在GPS定位中的意义二、影响卫星轨道的因素一、卫星轨道在GPS定位中的意义卫星的运行遵循一般自然天体的运行规律。自然天体分为：恒星、行星、卫星。利用卫星进行定位和导航，前提是卫星在太空的位置必须事先确定。卫星在空间运行的轨迹称为卫星轨道，而描述卫星轨道位置和状

2、态的参数，称为轨道参数（轨道根数）。研究卫星轨道参数是确定卫星位置的基础。实践证明，卫星到接收机的距离越长，卫星轨道误差对GPS测量的精度影响越大。因此，有必要了解有关卫星受到的各种力、卫星运动的规律、轨道的描述等基础知识。二、影响卫星轨道的因素人造卫星绕地球运动，其运动状态取决于其受到的各种作用力：地球引力，太阳、月球对卫星的引力，大气阻力，太阳辐射光压和地球潮汐力等。其中，地球引力是主要的，其数量级是其他力的105倍。为研究方便，将以上力分作两类：中心力摄动力卫星受力归类第一类：假设地球为均质球体对卫星的引力（质量集中

3、于球心），称为中心力，它决定着卫星运动的基本规律和特征，由中心力决定的轨道可视为理想卫星轨道，是我们分析卫星实际轨道的基础。第二类：摄动力，也称为非中心力，它包括地球非中心对称的引力场对卫星的非中心引力，日月引力，大气阻力，太阳光压，地球潮汐力等。摄动力的作用，使得卫星产生小的附加变化而偏离上述理想轨道。在摄动力作用下，卫星的运动称为受摄运动，相应的卫星轨道称为受摄轨道；只考虑地球质心引力作用的卫星运动称为无摄运动,相应的轨道称为无摄运动轨道。§3.2卫星的无摄运动卫星运动的开普勒定律无摄卫星轨道的参数一、开普勒定律开普勒

4、其人开普勒（1571-1630年）是德国近代著名的天文学家、数学家、物理学家和哲学家。1571年12月27日，开普勒出生在德国威尔的一个贫民家庭。开普勒是一个早产儿，体质很差。他四岁时患上了天花和猩红热，虽侥幸死里逃生，身体却受到了严重的摧残，视力衰弱，一只手半残。但开普勒身上有一种顽强的进取精神。他放学后要帮助父母料理酒店，但一直坚持努力学习，成绩一直名列前茅。他1587年进入蒂宾根大学，在校中遇到秘密宣传哥白尼学说的天文学教授麦斯特林。在他的影响下，很快成为哥白尼学说的忠实维护者。大学毕业后，开普勒获得了天文学硕士的学

5、位，被聘请到格拉茨新教神学院担任教师。后来离开学院，成了丹麦著名天文学家第谷(TychoBrahe)的学生和继承人，他与意大利的伽利略(Galileo)是同时代的两位巨人。开普勒从理论的高度上对哥白尼学说作了科学论证，使它更加提高了一大步。他所发现的行星运动定律“改变了整个天文学”，为后来牛顿(IsaacNewton)发现万有引力定律奠定了基础。开普勒也被后人赞誉为“天空的立法者”。开普勒根据第谷毕生观测所留下的宝贵资料，孜孜不倦地对行星运动进行深入的研究，提出了行星运动三定律。一、开普勒定律古人认为天体的运动是最完美、和

6、谐的匀速圆周运动。开普勒首先对天体的匀速圆周运动的观点提出怀疑。各行星绕太阳运动和月球绕地球运动都遵循（行星）开普勒定律，人造地球卫星在地球引力的作用下，亦服从开普勒三定律。1、开普勒第一定律（椭圆定律）卫星运动的轨道为一椭圆，而且该椭圆的一个焦点与地球的质心重合。2、开普勒第二定律（面积定律）卫星的地心向径（即地球质心与卫星质心间的距离向量），在相同的时间内扫过的面积相等。用公式表示为：SAB=SCD=SEK或者：卫星在其轨道上的运动速度是不断变化的，在近地点处速度最快，在远地点处速度最慢。3、开普勒第三定律（调和定律）

7、卫星绕地球一圈时间的平方和卫星椭圆轨道的长半轴的立方成正比。用公式表示为：其中a=卫星公转轨道半长轴、T=卫星公转周期、K=常数思考：1、卫星在太空中运行，受到那些力的作用？这些力按照对卫星运行轨道影响程度的大小，可作怎么的划分？2、叙述卫星运行的开普勒定律。二、无摄卫星轨道的参数卫星绕地球质心(以其为一个焦点)作椭圆形轨道运动，要确定该轨道的大小、位置、方向和卫星的位置，需要以下六个参数：a——轨道椭圆的长半轴e——轨道椭圆的偏心率确定了卫星轨道的大小和形状重要概念：升交点（N）：卫星s从南向北运动经过地球赤道面时，与赤

8、道面的交点。近地点（P）Ω——升交点赤径，即地球赤道平面上，升交点N与春分点之间的地心夹角。ｉ——轨道面倾角，即卫星轨道平面与地球赤道平面之间的夹角。！以上两个参数，唯一确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向。ｗ——近地点角距，即在轨道平面上近地点P与升交点N间的地心角距。！用以确定卫星轨道在轨道面上