(8)-3.3 廣播星歷下衛(wèi)星位置計算

3.1衛(wèi)星的無攝運動3.2衛(wèi)星的受攝運動3.3GPS衛(wèi)星星歷3.4GPS衛(wèi)星的坐標(biāo)計算3.5載波與測距碼3.6導(dǎo)航電文3.7衛(wèi)星信號的調(diào)制第3章GPS衛(wèi)星運動和衛(wèi)星星歷、信號1.衛(wèi)星運動基礎(chǔ)知識：開普勒定律2.無攝運動下衛(wèi)星坐標(biāo)計算3.廣播星歷下衛(wèi)星坐標(biāo)計算4.精密星歷的插值方法5.GPS衛(wèi)星信號分類廣播星歷下衛(wèi)星坐標(biāo)計算基礎(chǔ)知識1.衛(wèi)星的受攝運動2.衛(wèi)星星歷3.廣播星歷下衛(wèi)星計算過程§3.3.1衛(wèi)星的受攝運動衛(wèi)星運動的攝動力非中心引力日月引力大氣阻力地球潮汐作用力磁力等攝動源加速度（m/s2）軌道攝動（m）3小時弧段2日弧段地球的非對稱性（a）5×10-5≈2km≈14km（b）其它調(diào)和項3×10-75~80100~1500日、月點質(zhì)影響5×10-650~1501000~3000地球潮汐位（a）固體潮1×10-9—0.5~1.0（b）海洋潮汐1×10-9—0.0~2.0太陽輻射壓1×10-75~10100~800反照壓1×10-8—1.0~1.5地球引力場攝動力的影響非球形質(zhì)量分布不均勻引力位模型地球引力場攝動力的影響軌道平面在空間的旋轉(zhuǎn)近地點在軌道面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)平近點角Ms的變化或太陽光壓影響攝動加速度約為10-7m/s2

3小時弧段上位置誤差5m~10m衛(wèi)星被地球陰影區(qū)掩蓋程度的參數(shù)日月引力的影響若中心力為1，月亮引力為10-5太陽引力為月亮引力的0.46攝動加速度約為5×10-6m/s2

3小時弧段上位置誤差50m~150m§3.3.2GPS衛(wèi)星星歷

衛(wèi)星星歷是描述衛(wèi)星運動軌道的信息，是一組對應(yīng)某一時刻的軌道根數(shù)及其變率。根據(jù)衛(wèi)星星歷可以計算出任一時刻的衛(wèi)星位置及其速度，精密的軌道信息是精密定位的基礎(chǔ)。GPS衛(wèi)星星歷分為預(yù)報星歷后處理星歷預(yù)報星歷是通過衛(wèi)星發(fā)射的含有軌道信息的導(dǎo)航電文，傳遞給用戶，經(jīng)解碼獲得所需的衛(wèi)星星歷，也稱廣播星歷，包括相對某一參考?xì)v元的開普勒軌道參數(shù)必要的軌道攝動項改正參數(shù)參考?xì)v元的衛(wèi)星開普勒軌道參數(shù)稱為參考星歷，是根據(jù)GPS監(jiān)測站約1周的監(jiān)測資料推算的參考星歷只代表衛(wèi)星在參考?xì)v元的瞬時軌道參數(shù)（或密切軌道參數(shù)）。在攝動力的影響下，衛(wèi)星的實際軌道將偏離其參考軌道。偏離的程度主要取決于觀測歷元與所選參考?xì)v元間的時間差一般來說，如果用軌道參數(shù)的攝動項對已知的衛(wèi)星參考星歷加以改正，可以外推出任意觀測歷元的衛(wèi)星星歷。§3.3.2GPS衛(wèi)星星歷預(yù)報星歷為了保證必要精度，采用限制預(yù)報星歷外推時間間隔方法。GPS衛(wèi)星發(fā)播的廣播星歷每2小時更新一次。如果將計算參考星歷的參考?xì)v元toe選在兩次更新星歷的中央時刻，則外推時間間隔<=1小時，在采用同樣攝動力模型的情況下，有效保持外推軌道參數(shù)的精度。預(yù)報星歷的精度，目前一般估計為2m由于預(yù)報星歷定時更新，在數(shù)據(jù)更新前后，各表達(dá)式之間將會產(chǎn)生小的跳躍，其值可達(dá)dm，一般可利用適當(dāng)?shù)臄M合技術(shù)（如切比雪夫多項式）予以平滑?！?.3.2GPS衛(wèi)星星歷預(yù)報星歷GPS用戶通過衛(wèi)星廣播星歷可以獲得的有關(guān)衛(wèi)星星歷參數(shù)共16個：1個參考時刻,1個星歷數(shù)據(jù)齡期6個相應(yīng)參考時刻的開普勒軌道參數(shù)9個反映攝動力影響的參數(shù)§3.3GPS衛(wèi)星星歷導(dǎo)航電文中的星歷參數(shù)t0e——參考?xì)v元M0——參考時刻的平近點角es——軌道偏心率as1/2——軌道長半徑的平方根

0——參考時刻的升交點赤經(jīng)i0——參考時刻的軌道傾角

s——近地點角距——升交點赤經(jīng)變化率

——軌道傾角變化率導(dǎo)航電文中的星歷參數(shù)n——由精密星歷計算得到的衛(wèi)星平均角速度與按給定參數(shù)計算所得的平均角速度之差。Cuc,Cus——升交距角的余弦、正弦調(diào)和改正項振幅Crc,Crs——衛(wèi)星地心距余弦、正弦調(diào)和改正項振幅Cic,Cis——軌道傾角的余弦、正弦調(diào)和改正項振幅AODE——星歷數(shù)據(jù)的齡期(外推星歷的時間間隔)a0——衛(wèi)星鐘差a1——衛(wèi)星鐘速（頻率偏差系數(shù)）a2——衛(wèi)星鐘速變化率（漂移系數(shù)）預(yù)報星歷是用跟蹤站以往時間的觀測資料推求的參考軌道參數(shù)為基礎(chǔ)，并加入軌道攝動項改正而外推的星歷。用戶在觀測時可以通過導(dǎo)航電文實時得到，對導(dǎo)航和實時定位十分重要。預(yù)報星歷精度目前一般為2m，對精密定位服務(wù)難以滿足精度要求。后處理星歷是一些國家的某些部門根據(jù)各自建立的跟蹤站所獲得的精密觀測資料，應(yīng)用與確定預(yù)報星歷相似的方法，計算的衛(wèi)星星歷。建立和維持一個獨立的跟蹤系統(tǒng)來精密測定GPS衛(wèi)星的軌道，技術(shù)復(fù)雜，投資大這種星歷通常是在事后向用戶提供的在用戶觀測時的衛(wèi)星精密軌道信息，因此稱后處理星歷或精密星歷。該星歷的精度目前可達(dá)cm一般不通過衛(wèi)星的無線電信號向用戶傳遞，而是通過磁盤、電視、電傳、衛(wèi)星通訊等方式有償?shù)貫樗枰挠脩舴?wù)。

§3.3.2GPS衛(wèi)星星歷名稱時延更新率采樣率精度IGS事后精密星歷約13天每周15min<5cm精密衛(wèi)星鐘差約13天每周15min0．1～0．2nsIGR快速精密星歷17h每天15min<5cm快速衛(wèi)星鐘差17h每天15min0．2～0．3nsIGU預(yù)報精密星歷實時12h15min約25cm預(yù)報衛(wèi)星鐘差實時12h15min約5ns內(nèi)容：精密星歷（每隔15min給出1個衛(wèi)星的位置，有時還給出衛(wèi)星的速度）特點：提供精密星歷三種IGS精密星歷信息ftp：//igs.ensg.ign.fr根據(jù)開普勒軌道參數(shù)，可計算衛(wèi)星在無攝運動下的瞬時坐標(biāo)而在實際工作中（受攝運動），由于軌道攝動的影響，根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航電文中的星歷參數(shù)，具體計算方法有所不同。在協(xié)議地球坐標(biāo)系中，GPS衛(wèi)星位置的計算方法§3.3.3GPS衛(wèi)星坐標(biāo)計算在協(xié)議地球坐標(biāo)系中GPS衛(wèi)星位置的計算步驟：計算真近點角fs計算升交距角及軌道攝動改正項計算升交距角、衛(wèi)星的地心距離及軌道傾角計算衛(wèi)星在軌道坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計算升交點的經(jīng)度計算在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的空間直角坐標(biāo)首先對觀測時刻t′做衛(wèi)星鐘差改正

然后將改正后觀測時刻t歸化到GPS時間系統(tǒng)中注意不同計算歸化時間在協(xié)議地球坐標(biāo)系中GPS衛(wèi)星位置的計算步驟：1.計算真近點角fs

計算平均角速度加上導(dǎo)航電文給出的攝動改正數(shù)得衛(wèi)星運行的平均角速度為

計算觀測時刻t的平近點角Ms和偏近點角Es

計算觀測時刻的真近點角fs2.計算升交距角及軌道攝動改正項

升交距角：u0=

s+fs

攝動改正項3.計算升交距角、衛(wèi)星的地心距離及軌道傾角4.計算衛(wèi)星在軌道坐標(biāo)系中的坐標(biāo)（x,y,z）

(這里的X軸指向了升交點）5.計算升交點的經(jīng)度升交點經(jīng)度的計算觀測瞬時t觀測時的升交點經(jīng)度關(guān)系式根據(jù)廣播星歷參數(shù)計算升交點赤經(jīng)t觀測時春分點的格林尼治恒星時廣播星歷參數(shù)之間的關(guān)系請同學(xué)們推算一下升交點的經(jīng)度設(shè)t0=0需要注意的是：t，to，toe6.計算在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的空間直角坐標(biāo)進一步考慮極移，在協(xié)議地球坐標(biāo)系中，衛(wèi)星的位置在協(xié)議地球坐