《GPS原理与应用》课程教学资源（PPT讲稿）第三章 卫星运动的基础知识与

第三章卫星运动的基础知识与GPS卫星星 历 第一节卫星的无摄运动与受摄运动 卫星的无摄运动 卫星运动不仅受地心引力的作用,而且还受到非地心引力、日 月引力、行星引力、太阳光压、地球潮汐、大气阻力等影响。除地心引 力外的其它作用力称为摄动力。只考虑地心引力的卫星运动叫无摄运动, 考虑其它作用力的卫星运动叫受摄运动

第三章 卫星运动的基础知识与GPS卫星星 历 第一节 卫星的无摄运动与受摄运动 一、卫星的无摄运动 卫星运动不仅受地心引力的作用，而且还受到非地心引力、日 月引力、行星引力、太阳光压、地球潮汐、大气阻力等影响。除地心引 力外的其它作用力称为摄动力。只考虑地心引力的卫星运动叫无摄运动， 考虑其它作用力的卫星运动叫受摄运动

1、卫星运动的开普勒定律 第一定律:卫星轨道是椭圆,一个焦点是地心。 第一定律:卫星与地心连线在相同时间内扫过的面积相等 第三定律:卫星运行的周期平方与轨道长半径立方成比例。 724丌 (GM2 GM GM

1、卫星运动的开普勒定律 第一定律：卫星轨道是椭圆，一个焦点是地心。 第二定律：卫星与地心连线在相同时间内扫过的面积相等。 第三定律：卫星运行的周期平方与轨道长半径立方成比例。 2 1 3 2 3 2 3 2 ....... ........ 4         = = = s s s s a GM n a GM n a GM T 

扫过的面积相等 远地点 近地点

扫过的面积相等

2、无摄运动的轨道参数 轨道形状与大小:轨道长半径as;扁心率es; 轨道椭圆在轨道平面上的定向:近地点角距ω 卫星在轨道平面上的位置:真近点角y 轨道平面与地球体之间的相对定向:升交点经Q:轨道面倾角 辅助参数平近点角M和偏近点角E M=n(t-tO) t0为卫星过近地点时刻 参数说明 近地点角距近地点与升交点的地心夹角。 真近点角—卫星与近地点的地心夹角。 升交点赤经—升交点与春分点的地心夹角。 轨道面倾角—卫星轨道面与天球赤道面的夹角。 升交距角—卫星与升交点的地心夹角,即真近点角与近地点角距之 和

2、无摄运动的轨道参数 轨道形状与大小：轨道长半径as；扁心率es； 轨道椭圆在轨道平面上的定向：近地点角距ω； 卫星在轨道平面上的位置：真近点角V（变量）； 轨道平面与地球体之间的相对定向：升交点赤经Ω；轨道面倾角i。 辅助参数平近点角M和偏近点角E。 M=n(t-t0)…………t0为卫星过近地点时刻。 参数说明 近地点角距——近地点与升交点的地心夹角。 真近点角——卫星与近地点的地心夹角。 升交点赤经——升交点与春分点的地心夹角。 轨道面倾角——卫星轨道面与天球赤道面的夹角。 升交距角——卫星与升交点的地心夹角，即真近点角与近地点角距之 和

虫星 地 斗开普勒六参数 分点 交点 偏近点角E 远地点P P近地点 as

开普勒六参数 偏近点角E

3、偏近点角与真近点角的计算 偏近点角: E=M+e sinE 真近点角: 1+e E tan tan

3、偏近点角与真近点角的计算 偏近点角： E=M+e.sinE 真近点角：               − +  =      2 tan 1 1 2 tan 2 1 s s s E e V e

4、无摄卫星位置计算 y s yo 在轨道直角坐 标系中的位置: x0近地点 卫星在天球坐 标系和地球坐标系中 的位置通过坐标系的 转换求得。但在转换 前需加摄动改正。 春分点 无球赤道 升交点 卫星轨道x0 cos u r sin v r sin u 0

4、无摄卫星位置计算 在轨道直角坐 标系中的位置： 卫星在天球坐 标系和地球坐标系中 的位置通过坐标系的 转换求得。但在转换 前需加摄动改正。           =                     =                  0 sin cos 0 sin cos 0 0 0 0 0 0 u u r z y x V V r z y x 

卫星的受摄运动 受摄运动的卫星位置是在无摄位置的基础上加相应的改正数求 得 、地球赤道隆起的影响 )引起升交点赤经变化,变率Q 2)引起近地点角距变化,变率ω; 3)引起平近点角M变化,变率M或n或△n 2、其它影响 引起切向、法向、径向偏移。增加6个参数Cus,C uc

二、卫星的受摄运动 受摄运动的卫星位置是在无摄位置的基础上加相应的改正数求 得。 1、地球赤道隆起的影响 1）引起升交点赤经变化，变率Ω′； 2）引起近地点角距变化，变率ω′； 3）引起平近点角M变化，变率M′或n′或Δn； 2、其它影响。 引起切向、法向、径向偏移。增加6个参数Cus，Cuc，Cis，Cic， Crs，Crc

第二节GP$卫星星历 卫星星历是描述卫星运行轨道的参数,分 预报星历和后处理星历 地心 春分 升交点 1、预报星历 由卫星向用户播发。可用于实时定位。分 C/A码星历和P码星历。 内容:分三部分,开普勒六参、轨道 时格林 提劫九参数、时间二参数。 威治 预报星历的内容: )开普勒六参数 星期日子夜零时的格林威治子午面与参考时刻t时的升交点所 在子午面之间的夹角

第二节 GPS卫星星历 卫星星历是描述卫星运行轨道的参数，分 预报星历和后处理星历。 1、预报星历 由卫星向用户播发。可用于实时定位。分 C/A码星历和P码星历。 内容：分三部分，开普勒六参数、轨道 摄动九参数、时间二参数。 GAST(t 0 ) Ωoe Ωo t 时格林 威治 t 时 升交点 地心 春分 点 o oe 预报星历的内容： 1）开普勒六参数 e, i0 , ωs, Ω0 , M0 Ω0——星期日子夜零时的格林威治子午面与参考时刻toe时的升交点所 在子午面之间的夹角

2)轨道摄动九参数 3)时间二参数 oe 星期日子夜零时起算的星历参考时刻。取值范 围:0~604800s。 A○DE—数据龄期,即用于推算星历的监测站观测 数据的最后观测时刻t到te的时间间隔,AODE=te-to 注:不属于星历的其它信息表23前3行,后5行,与星历同 属导航电文。 1)卫星钟差改正参数:△t=a0+a1tt)+a2(t) 星钟参考时刻 2)GPD星期数,取值范围0~1024 1980.1.6~1999.8.22,1999.8,22~20194.6

2)轨道摄动九参数 3）时间二参数 toe——星期日子夜零时起算的星历参考时刻。取值范 围：0~604800s。 AODE——数据龄期，即用于推算星历的监测站观测 数据的最后观测时刻tL到toe的时间间隔，AODE= toe- tL。 注：不属于星历的其它信息表2.3前3行，后5行，与星历同 属导航电文。 1）卫星钟差改正参数：Δts=a0+a1 (t-toC)+a2 (t-toC) 2 toC——星钟参考时刻。 2）GPD——星期数，取值范围0~1024， 1980.1.6~1999.8.22，1999.8.22~2019.4.6