第三章卫星运动基础与GPS卫星星历.pptVIP

第三章卫星运动基础 * （3）卫星在地球坐标系的位置 利用GPS定位时，应使观测卫星和观测站的位置处于统一的坐标系统。由于瞬时地球空间直角坐标系与瞬时天球空间直角坐标系的差别在于x轴的指向不同，若取其间的夹角为春分点的格林尼治恒星时GAST，则在地球坐标系中卫星的瞬时坐标（X，Y，Z）与天球坐标系中的瞬时坐标（x，y，z）存在如下关系： 第三章卫星运动基础 * 3.3 卫星的受摄运动 第三章卫星运动基础 * 3.3 卫星的受摄运动 研究卫星受摄运动的方法 按卫星受到的各种作用力导出其数学表达式 建立受摄运动的微分方程 解算微分方程 第三章卫星运动基础 * J2为地球引力场系数的二阶带谐系数，也称动力扁率。 主要摄动因素 地球形状摄动 日、月引力 大气阻力摄动 光压摄动 潮汐摄动 坐标附加摄动 ... 摄动的量级 设地球正球引力为1，则其它摄动的量级约为1?10-5，其中以 J2 的影响最大。 第三章卫星运动基础 * 在考虑了摄动力的作用后，卫星的受摄运动的轨道参数不再保持为常数，而是随时间变化的轨道参数。 卫星在地球质心引力和各种摄动力影响下的轨道参数称为瞬时轨道参数。 一、各种作用力的特性及影响 第三章卫星运动基础 * 1、地球引力 （1）建立一个位函数来表示地球外部空间一个质点所受的作用力。其位函数的一般形式为： 3-20 地球质量的分布不均匀，且形状不规则 第三章卫星运动基础 * 式中r为质点地心矢径的模， 为质点的球面坐标。式右边第一部分GM／r为地球形状规则和密度均匀所产生的正常引力位。 第二部分只为摄动位函数。R是卫星位置的函数，它使卫星运动的轨道参数随时间而变化。 其中r,v可以转换为轨道参数的函数 第三章卫星运动基础 * 升交点沿赤道缓慢西移 实际上，这种摄动作用的影响就是使轨道平面产生旋转。在二阶球谐系数项C2的影响轨道面的进动速度 。由于升交点还受到其它摄动力的影响，所以升交点赤经的变率实际上并不是一个常数。 近地点在轨道面内旋转 近地点位置的变化，意味着开普勒椭圆在轨道面内定向的改变，这种摄动作用引起近地角距w的缓慢变化（ ）。 引起平近点角的变化M(t) （2）地球引力场摄动力影响 第三章卫星运动基础 * 2、日月引力的影响 日月引力造成卫星相对于地球的摄动力可表示为： 太阳质量 月球质量 r(s),r(m),r分别表示太阳、月球和卫星的位置矢量 日月引力也能产生升交点缓慢进动，近地点角距的变化等现象； 摄动方向与地球引力摄动不同；摄动量级更小（5?10-6)。 五天弧段对卫星位置的影响可达1-3km 第三章卫星运动基础 * 太阳光照射到卫星上，将使卫星获得一个推力，称为太阳辐射压力。 一是直接太阳光压；另一种地球反射光压。 卫星受到太阳辐射压力为： GPS五天运动，该压力使卫星位置偏差1km。 3、太阳辐射压力 卫星表面反射系数 光压强度 垂直于太阳光线的卫星截面积 位置单位矢量 第三章卫星运动基础 * 地球固体潮 在日月引力作用下，地球产生的如潮汐般的变形。 海潮 大气潮 4、地球潮汐摄动力 地球潮汐摄动力，对于在36 000km高度的卫星（GPS卫星高度为20 200km），摄动量约为1?10-10，故常被忽略。 3.3 卫星的受摄运动 第三章卫星运动基础 * 对低轨道卫星影响较大 对于GPS卫星（高度为20 200km）的影响可忽略 5、大气阻力 3.3 卫星的受摄运动 第三章卫星运动基础 * 卫星不受太阳辐射压力影响 第三章卫星运动基础 * 二、卫星受摄运动方程（选看） 直角坐标表示受摄方程 第三章卫星运动基础 * 以轨道参数为变量的受摄方程 第三章卫星运动基础 * 牛顿受摄运动方程 第三章卫星运动基础 * 牛顿受摄运动方程 第三章卫星运动基础 * 总结 通过研究卫星运动的二体问题可知，如果已知卫星运动的轨道参数，可以计算出卫星的状态，即卫星的位置和速度。 二体问题中，轨道参数是不变的常数。由于卫星在运动中受到各种摄动力作用的影响，其轨道参数随时间而变化。 若已知某一初始时刻的轨道参数，通过分析解算含有轨道参数的受摄运动方程，可以求得轨道参数的变率，从而求得任一时刻的轨道参数。这样，利用二体问题的运动方程就可以求得任一时刻的卫星位置和速度。 第三章卫星运动基础 * 总结 4. GPS卫星定位中，需要知道GPS卫星的位置。通过卫星的导航电文将已知的某一初始历元的轨道参数及其变率发给用户(接收机)，即可计算出任一时刻的卫星位置。 5. 另外，通过在已知的地面站对GPS卫星进行观测，求得卫星在某一时刻的位置，可以反求出—卫星的轨道参数，从而对卫星的轨道进行改进，实现精密定轨，用于GPS精密定位。 第三章卫星运动