全球定位系统原理_卫星轨道运动及坐标计算.ppt

西南交通大学 LOGO GPS定位技术与方法第三章 卫星轨道运动及坐标计算 土木工程学院测量工程系 概述 卫星在空间运行的轨迹称为轨道，描述卫星轨道位置和状态的参数称为轨道参数。 一、卫星轨道在GPS定位中的意义: (1)绝对定位：卫星轨道误差将直接影响用户接收机位置的精度; (2)相对定位：尽管卫星轨道误差的影响将会减弱，但当基线较长或精度要求较高时，轨道误差影响不可忽略; (3)捕获卫星信号：利用卫星的轨道参数可以计算卫星位置，捕获卫星信号。 概述 二、卫星受力情况： (1)质点地球引力场；中心力 (2)地球的质量分布不均匀，其形体也不是对称的球体，因此地球引力场分布也不均匀。摄动力 (3)太阳、月亮和其它天体的引力场。摄动力 (4)太阳光压、大气阻力和地球潮汐力等因素影响。摄动力 概述 三、卫星运动情况： 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。而理想状态的卫星轨道，相应称为无摄轨道。 春分点 i z x y 卫星的无摄运动 假设地球为均质球体，忽略卫星质量的影响，则卫星的引力加速度为： 其中：G为引力常数，M为地球质量，r为卫星的地心向径。 卫星在上述地球引力场中的无摄运动，也称开普勒运动，其规律可通过开普勒定律来描述。 开普勒定律 开普勒第一定律 卫星运行的轨道为一椭圆，该椭圆的一个焦点与地球质心重合。 卫星绕地球质心运动的轨道方程： 近地点 升交点 降交点 远地点 v b a 开普勒定律 开普勒第二定律 卫星的地心向径在单位时间内所扫过的面积相等。 能量守恒定律： 近地点 地心 远地点 开普勒定律 开普勒第三定律 卫星轨道椭圆长半径的立方与运行周期的平方之比为一常量 平均角速度为n，则n=2π/Ts，长半径确定后，卫星运行的平均角速度也随之确定 无摄卫星轨道 卫星的无摄运动一般可通过一组适宜的参数来描述，称为开普勒轨道参数或开普勒轨道根数： 轨道的长半径，轨道椭圆偏心率； 这两个参数确定了开普勒椭圆的形状和大小。 近地点角距：轨道平面上，升交点与近地点之间的地心角 该参数表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向。 真近点角：即轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距 该参数为时间的函数，确定卫星在轨道上的瞬时位置 轨道面倾角：即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角 升交点赤经：即赤道面上升交点与春分点之间的地心角 这两个参数确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向 卫星无摄运动轨道参数 格林尼制子午线 春分点 升交点 赤道面 近地点 i Z(z) X Y x y 近地点 升交点 降交点 远地点 开普勒轨道六参数：长半径、偏心率、近地点角距、 真近点角、轨道面倾角、升交点赤经 卫星受摄运动轨道参数 升交点赤经变化率 轨道倾角变化率 卫星平均角速度与按给定参数计算所得的平均角速度之差 Cuc, Cus：升交距角的余弦、正弦调和改正项振幅 Crc, Crs：卫地距的余弦、正弦调和改正项振幅 Cic, Cis：轨道倾角的余弦正弦调和改正项振幅 广播星历参数 M0 Mean anomaly at reference time(参考时刻t0c的平近点角) Δn Correction to the computed mean motion(平均角速度与计算值n0之差) e Eccentricity(轨道偏心率) a square root of the semi-major axis(轨道长半轴的平方根) Ω0 Longitude of the ascending node at the beginning of the GPS week (周起始升交点经度) i0 Inclination of satellite orbit(参考时刻的轨道倾角) ω Argument of perigee(近地点角距) rate of change of RAAN with time(升交点赤经的变率) Cuc，Cus Amplitudes of harmonic correction terms for argument of ascending node(升交点角距） Cic，Cis Amplitudes of harmonic correction terms for inclination(轨道倾角） Crc，Crs 轨道半径的余弦、正弦调和改正项的振幅 t0c Reference epoch of ephemeris(星历的参考时刻，从星期日零时开始量度，以秒计) IODT（I） Rate of change of inclination with time(轨道倾角的变率) AODE Age of da