GPS课件3.ppt

GPS原理及应用 卫星运动及GPS卫星信号 概述 利用卫星进行导航，必须事先精确地确定卫星在空中的位置。 自然天体：恒星、行星、卫星 恒星：北斗、牛郎、织女、太阳 行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星 、(冥王星 ) 卫星：月亮 概述 卫星轨道在GPS定位中的意义 影响卫星轨道的因素 中心力与摄动力的特征 卫星轨道的分析 卫星的无摄运动（开普勒运动） 卫星运动的开普勒定律 开普勒第二定律 开普勒第二定律 开普勒第三定律 开普勒第三定律 开普勒定律的意义 无摄卫星轨道的描述 开普勒轨道参数 开普勒轨道参数的意义 真近点角的计算 真近点角的计算 真近点角fs的计算 真近点角fs的计算 真近点角fs的计算 真近点角fs的计算 由Es计算真近点角fs 卫星位置和速度的计算 真近点角fs的计算 卫星位置和速度的计算 卫星位置和速度的计算 卫星位置和速度的计算 卫星位置和速度的计算 卫星位置和速度的计算 卫星位置和速度的计算 卫星位置和速度的计算 卫星位置和速度的计算 卫星瞬时位置和速度的计算 卫星的受摄运动 卫星的受摄运动 卫星的受摄运动 卫星的受摄运动 卫星的受摄运动 卫星的受摄运动 卫星的受摄运动 卫星的受摄运动 GPS卫星的星历 GPS卫星的星历 导航电文中的星历参数 后处理星历 卫星坐标的计算第一步 卫星坐标的计算第二步 卫星坐标计算第三步 卫星坐标计算第四步 卫星坐标计算第五步 卫星坐标计算第六步 作业 作业 协议地球坐标系中的位置 轨道直角坐标系中的速度 轨道直角坐标系中的速度 相应坐标系中的速度 协议地球坐标系 地球坐标系 天球坐标系 例：假设卫星轨道是开普勒椭圆，参数为a=26000km, e=0.10,ω=-140o,i=60o,升交点经度l=110o，求在偏近点角E=45o时，卫星在地球坐标系中的位置和速度。 P49-2.mcd 无摄运动 卫星的受摄运动 非中心引力：Fnc 太阳引力：Fs 月球引力：Fn 光辐射压力：Fr 大气阻力：Fa 地球潮汐： 磁力等： 量级：引力的10-4 1.0～1.5 — 1×10-8 反照压 100～800 5～10 1×10-7 光辐射压力 0.5～0.1 0.0～2.0 — — 1×10-9 1×10-9 地球潮汐：固体潮汐 海洋潮汐 1000～3000 5～150 5×10-6 日、月的影响 ≈14km 100～150 ≈2km 5～80 5×10-5 3×10-7 非中心引力：C2u 其他调和项 2d弧段 3h弧段 轨道摄动/m 加速度/(m/s2) 摄动源 非中心引力：Fnc 轨道平面在空间旋转，升交点赤经Ω周期变化； 3.3km/d 非中心引力：Fnc 近地点在轨道平面内旋转，近地点角距ω变化； 非中心引力：Fnc 平近点角M变化； △n=0.01度/d 非中心引力：Fnc 月亮和太阳的影响 月球引力：Fs、 光辐射压力：Fr a 220m 5m e 140m 5m i 80m 2m Ω 80m 5m ω+M 500m 10m (4h弧段、 3h弧段的影响值) 太阳引力： Fn 相当于46%月球引力的影响 大气和潮汐忽略不计 卫星的星历是描述有关卫星运行轨道的信息. 1.卫星星历的种类 GPS卫星星历的提供方式: 预报星历 (广播星历)精度约20~40m 后处理星历(精密星历)精度可达分米级 2.预报星历的定义 预报星历:是通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文,传递给用户的,用户接收机接收到这些信号,经过解码便可获得所需的卫星星历. 3.预报星历的内容 预报星历包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数,和必要的轨道摄动改正项参数. 4.参考历元:相应参考历元的卫星开普勒轨道参数,是根据GPS卫星监测站约一周的观测资料推算的.参考星历只代表卫星在参考历元的瞬时轨道参数. 5.为保持卫星预报星历的必要精度,一般采用限制预报星历外推时间间隔的方法.每小时更新一次. 6.GPS用户可以通过广播星历可以获得有关卫星星历参数. 参考时刻的平近点角 平均运行速度差 轨道偏心率 轨道长半轴的方根 参考时刻的升交点赤经 参考时刻的轨道倾角 近地点角距 升交点赤经变率 轨道倾角扁率 升交距角的调和改正项振幅 卫星地