上海海洋大学《GPS原理》课件-GPS测量原理与应用ch3_卫星运动基础及GPS卫星星历_2h.pptxVIP

GPS原理及应用上海海洋大学海洋学院Email:lchang@shou.edu.cn讲授：常亮

第三讲卫星运动基础及GPS卫星星历3.1概述3.2卫星的无摄运动3.3卫星的受摄运动3.4GPS卫星星历

一、为什么要研究卫星运动规律？在利用GPS进行导航和测量时，卫星是做为位置已知的高空观测目标，所以其轨道误差将影响定位精度.为了制订GPS测量的观测计划和便于捕获卫星发射的信号，需要知道卫星的轨道参数。3.1概述相关名词-卫星轨道：卫星在空间运行的轨迹。-轨道参数：描述卫星轨道状态和位置的参数。基本问题:任意时刻卫星在什么地点?

二、研究卫星基本运动规律的历史古希腊哲学家亚里士多德认为，一切万物的运动都是基于圆形或球形的。此后，这种观点持续了几个世纪。3.1概述

椭圆轨道的发现约翰尼斯.开普勒(1571-1630)利用第谷多年积累的观测资料，仔细分析研究，发现了行星沿椭圆轨道运行提出行星运动三定律（即开普勒定律）第谷(1546-1601):著名的天文观测者对天体进行了精确，细致的观测3.1概述

Kepler’sLaws开普勒第一定律——卫星运行的轨道是一个椭圆，而该椭圆的一个焦点与地球的质心相重合。开普勒第二定律——卫星的地心向径，即地球质心与卫星质心间的距离向量，在相同的时间内所扫过的面积相等开普勒第三定律——卫星运动周期的平方与轨道椭圆长半径的立方之比为一常量，而该常量等于地球引力常数GM的倒数。3.1概述

牛顿力学定律是天体力学的基础艾萨克.牛顿(1643-1727)的运动定律和万有引力定律给开普勒三定律提供了物理的解释。万有引力定律也成为了天体力学的理论基础。天体力学即应用力学规律来研究天体的运动和形状。3.1概述

三、影响卫星轨道的因素研究卫星轨道的基础：应用力学规律。3.1概述

卫星受到的作用力地球对卫星的引力；太阳、月亮对卫星的引力；大气阻力；太阳光压；地球潮汐力等。如果将地球引力视为1，则其它作用力均小于10-5。在多种力的作用下，卫星在空间运行的轨迹极其复杂，难以用简单而精确的数学模型表达。3.1概述

卫星所受到的力作用力作用力来源结果卫星运动卫星轨道中心力假设地球为均质球体的引力（质量集中在球体的中心）决定卫星运动的基本规律和特征无摄运动理想轨道（无摄轨道）摄动力（非中心力）地球非球型对称的作用力、太阳、月亮和其它天体引力、大气阻力、太阳光压、地球潮汐力等卫星偏离理想轨道受摄运动受摄轨道（偏离量的大小随时间变化）110-53.1概述二体问题：将地球和卫星视为两个质点，仅考虑地球质心引力研究卫星运动规律

研究卫星的无摄运动规律，描述卫星轨道的基本特征研究卫星运动的步骤3.1概述研究各种摄动力的影响，对卫星的无摄轨道修正确定卫星受摄运动轨道的瞬时特征

卫星的中心力：地球引力根据牛顿万有引力定律，计算引力加速度:3.2卫星的无摄运动

无摄运动——二体问题G为引力常数；M为地球质量；为卫星质量；r为卫星的地心向径。3-43-63.2卫星的无摄运动

无摄运动：二体问题微分方程的解卫星的平面方程卫星的轨道方程开普勒方程卫星的轨道在一个平面上卫星的轨道为椭圆卫星在轨道上的位置可以表达成时间的函数P263-83-113-173.2卫星的无摄运动

六个积分常数？产生于二体问题的微分方程积分求解；若已知，可以由此描述卫星的任意时刻的位置；3.2卫星的无摄运动

卫星过近地点的时刻:p27开普勒方程图3-23.2卫星的无摄运动

真近点角描述了什么？近地点卫星轨道VsVs─卫星的真近点角，即在轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距p25

其它的积分常数:---为轨道椭圆的长半径es─轨道椭圆的偏心率3.2卫星的无摄运动

其它的积分常数:iyxz升交点春分点轨道赤道ΩΩ─升交点赤经，即在地球赤道平面上升交点与春分点之间的地心夹角，它是卫星由南向北运行时，其轨道通过赤道面的交点i─轨道倾角，即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角3.2卫星的无摄运动

其它的积分常数:近地点卫星yxz升交点春分点轨道赤道ωsVsωs─近地点角距，即在轨道平面上升交点与近地点之间的地心角距3.2卫星的无摄运动

真近点角的计算3.2卫星的无摄运动以椭圆轨道O’为圆心，以椭圆半径a为半径作一辅助圆O’-AS’A’偏近点角(E)平近点角(M)M=n(t-τ)真近点角(V)卫星平均角速度卫星过近地点时刻，已知

真近点角的计算3.2卫星的无摄运动偏近点角(E)平近点角(M)真近点角(V)开普勒方程:M=E-esinE

积分常数——〉开普勒轨道六参数SymbolNameWhatisit?a半长轴