05、GPS卫星运动及坐标计算65分钟 GPS课件.pptVIP

由于预报星历每小时更新一次，在数据更新前后，各表达式之间将会产生小的跳跃，其值可达数分米，一般可利用适当的拟合技术（如切比雪夫多项式）予以平滑。 GPS用户通过卫星广播星历可以获得的有关卫星星历参数共16个，其中包括1个参考时刻，6个相应参考时刻的开普勒轨道参数和9个反映摄动力影响的参数。 导航电文中的星历参数 t0e——参考历元 M0——参考时刻的平近点角 es——轨道偏心率 as1/2——轨道长半径的平方根 ?0——参考时刻的升交点赤经 i0——参考时刻的轨道倾角 ?s——近地点角距 ——升交点赤经变化率 ——轨道倾角变化率 ?n——由精密星历计算得到的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——卫星地心距的余弦、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 AODE——星历数据的龄期（外推星历的外推时间间隔） a0——卫星钟差 a1——卫星钟速（频率偏差系数） a2——卫星钟速变化率（漂移系数） 卫星的预报星历是用跟踪站以往时间的观测资料推求的参考轨道参数为基础，并加入轨道摄动项改正而外推的星历。用户在观测时可以通过导航电文实时得到，对导航和实时定位十分重要。但对精密定位服务则难以满足精度要求。 后处理星历是一些国家的某些部门根据各自建立的跟踪站所获得的精密观测资料，应用与确定预报星历相似的方法，计算的卫星星历。这种星历通常是在事后向用户提供的在用户观测时的卫星精密轨道信息，因此称后处理星历或精密星历。该星历的精度目前可达5cm。 后处理星历一般不通过卫星的无线电信号向用户传递，而是通过磁盘、电脑、电传、卫星通讯等方式有偿地为所需要的用户服务。 建立和维持一个独立的跟踪系统来精密测定GPS卫星的轨道，技术复杂，投资大，因此，利用GPS预报星历进行精密定位工作仍是目前一个重要的研究和开发领域。 § 4.4 GPS卫星的坐标计算 根据开普勒轨道参数，可计算卫星在不同坐标系中的瞬时坐标，而在实际工作中，由于轨道摄动的影响，具体计算方法有所不同。本节介绍在协议地球坐标系中GPS卫星位置的计算步骤： 1.计算真近点角fs ?计算平均角速度 加上导航电文给出的摄动改正数 得卫星运行的平均角速度为 ?计算归化时间 首先对观测时刻t做卫星钟差改正 然后将改正后观测时刻t’归化到GPS时间系统中 注意 不同 ?计算观测时刻t的平近点角Ms和偏近点角Es ?计算观测时刻的真近点角fs 2.计算升交距角及轨道摄动改正项 ?升交距角：u0=?s+fs ?摄动改正项 3.计算升交距角、卫星的地心距离及轨道倾角 4.计算卫星在轨道坐标系中的坐标（x,y,z） (这里的X轴指向了升交点） 5.计算升交点的经度 6.计算在协议天球坐标系中的空间直角坐标 7.计算在协议地球坐标系中的空间直角坐标 8.考虑极移的影响，最后得到在协议地球坐标系中的空间直角坐标 § 4.1 坐标系转换的种类 1 大地坐标系与空间直角坐标系之间的转换 例如：大地坐标系与北京54坐标系之间的转换,换算关系如下，其中N为椭球卯酉圈的曲率半径，e为椭球的第一偏心率，a、b为椭球的长短半径。 2 大地坐标系与高斯投影平面直角坐标系之间的转换 分为两种公式，分别是正算公式和反算公式 由大地坐标计算高斯坐标为正算公式，反之为反算公式。 正算公式如下： 式中，B为投影点的大地纬度，l=L－L0,L为投影点的大地经度，L0为轴子午线的大地经度，N为投影点的卯酉圈曲率半径； 为B的函数式。 3 直角坐标系之间的转换 分为三维空间直角坐标系之间的转换，例如：北京54坐标系与WGS84坐标系之间的转换；平面直角坐标系之间的转换，例如：数字化仪坐标与测量坐标系之间的转换。 通常采用布尔莎模型又称七参数法进行坐标转换。 3.1 平面直角坐标系之间的转换 包括两种情况，一种是不同投影带之间的坐标转换，另一种是不同平面直角坐标系之间的转换例如：屏幕坐标系与数字化仪坐标系之间的转换通常采用四参数法、相似变换和仿射变换。 所谓不同投影带的坐标转换又称邻带换算，它是指一个带的平面坐标换算到相邻带的平面坐标。 利用高斯投影正反算公式进行邻带坐标换算的实质是把椭球面上的大地坐标作为过渡坐标，其解法是首先利用高斯投影反算公式，将(x1,y1)换算成椭球面大地坐标(B,l1),进而得到该点经度 ，然后再由大地