(6)-3.1 GPS衛(wèi)星運動基礎知識

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)星的坐標計算3.5載波與測距碼3.6導航電文3.7衛(wèi)星信號的調制第3章GPS衛(wèi)星運動和衛(wèi)星星歷、信號1.衛(wèi)星運動基礎知識：開普勒定律2.無攝運動下衛(wèi)星坐標計算3.廣播星歷下衛(wèi)星坐標計算4.精密星歷的插值方法5.GPS衛(wèi)星信號分類GPS衛(wèi)星運動基礎知識1.衛(wèi)星軌道在GPS定位中的意義2.影響衛(wèi)星軌道的因素及研究方法3.無攝運動的開普勒定律4.開普勒軌道參數(shù)定義衛(wèi)星在空間運行的軌跡稱為軌道描述衛(wèi)星軌道位置和狀態(tài)的參數(shù)稱為軌道參數(shù)

作用為滿足精密定位的要求，衛(wèi)星軌道必須有足夠精度由于利用GPS進行導航和測量時，衛(wèi)星作為位置已知的高空觀測目標;為了制訂GPS測量的觀測計劃和便于捕獲衛(wèi)星發(fā)射的信號，也需要知道衛(wèi)星的軌道參數(shù)。只是其要求的精度較低。（隨著衛(wèi)星增多，可略）§3.1.1衛(wèi)星軌道在GPS定位中的意義衛(wèi)星在空間繞地球運行時，除受地球重力場引力外，還受到太陽、月亮和其它天體的引力影響，以及太陽光壓、大氣阻力和地球潮汐力等因素影響。衛(wèi)星實際運行軌道十分復雜，難以用簡單而精確的數(shù)學模型加以描述。引力分兩類第一類是地球質心引力（中心引力）:密度均勻或由無限多密度均勻的同心球層所構成的圓球。稱之為二體問題。第二類攝動力（非中心引力僅為量級）:非球形對稱的地球引力，日、月引力,大氣阻力,太陽光壓,地球潮汐力(各項作用力均小于)?！?.1.2影響衛(wèi)星軌道的因素及其研究方法引力分兩類第一類是地球質心引力（中心引力），稱為二體問題。第二類攝動力（非中心引力）研究工作和實際應用的方便，通常分為兩步：在中心力的作用下的衛(wèi)星運動稱為無攝運動描述衛(wèi)星的基本特征；在攝動力的作用下的衛(wèi)星運動稱為受攝運動相應的衛(wèi)星軌道稱為受攝軌道。確定衛(wèi)星受攝運動軌道的瞬時特征?！?.1.2影響衛(wèi)星軌道的因素及其研究方法§3.1.3衛(wèi)星的無攝運動

衛(wèi)星發(fā)射升至預定高度后，開始繞地球運行。假設地球為均質球體，根據(jù)萬有引力定律，衛(wèi)星的引力加速度為

G為引力常數(shù)，M為地球質量，ms為衛(wèi)星質量，r為衛(wèi)星的地心向徑。研究地球和衛(wèi)星之間的相對運動問題，在天體力學中稱二體問題。衛(wèi)星在上述地球引力場中的無攝運動，也稱開普勒運動，其規(guī)律可通過開普勒定律來描述。衛(wèi)星運動的開普勒定律（1）開普勒第一定律

衛(wèi)星運行的軌道為一橢圓，該橢圓的一個焦點與地球質心重合。闡明了衛(wèi)星運行軌道的基本形態(tài)及其與地心的關系。由萬有引力定律可得衛(wèi)星繞地球質心運動的軌道方程。msasbsM近地點遠地點fs（2）開普勒第二定律

衛(wèi)星的地心向徑在單位時間內所掃過的面積相等。表明衛(wèi)星在橢圓軌道上的運行速度是不斷變化的，在近地點處速度最大，在遠地點處速度最小。近地點地心遠地點（3）開普勒第三定律

衛(wèi)星運行周期的平方與軌道橢圓長半徑的立方之比為一常量，等于GM的倒數(shù)。假設衛(wèi)星運動的平均角速度為n，則n=2/Ts，可得當開普勒橢圓的長半徑確定后，衛(wèi)星運行的平均角速度也確定了，且保持不變?！?.1.4無攝衛(wèi)星軌道的描述——開普勒軌道參數(shù)前述參數(shù)as、es、fs唯一地確定了衛(wèi)星軌道的形狀、大小以及衛(wèi)星在軌道上的瞬時位置。但衛(wèi)星軌道平面與地球體的相對位置和方向還無法確定。確定衛(wèi)星軌道與地球體之間的相互關系，可以表達為確定開普勒橢圓在天球坐標系中的位置和方向，尚需三個參數(shù)。衛(wèi)星的無攝運動一般可通過一組適宜的參數(shù)來描述，但這組參數(shù)的選擇并不唯一，其中應用最廣泛的一組參數(shù)稱為開普勒軌道參數(shù)或開普勒軌道根數(shù)。as為軌道的長半徑，es為軌道橢圓偏心率，這兩個參數(shù)確定了開普勒橢圓的形狀和大小為升交點赤經(jīng)：即地球赤道面上升交點與春分點之間的地心夾角。i為軌道面傾角：即衛(wèi)星軌道平面與地球赤道面之間的夾角。這兩個參數(shù)唯一地確定了衛(wèi)星軌道平面與地球體之間的相對定向。yxz軌道春分點升交點近地點衛(wèi)星地心赤道i

sfs§3.1.4無攝衛(wèi)星軌道的描述——開普勒軌道參數(shù)

s為近地點角距：即在軌道平面上，升交點與近地點之間的地心夾角，表達了開普勒橢圓在軌道平面上的定向。fs為衛(wèi)星的真近點角：即軌道平面上衛(wèi)星與近地點之間的地心角距。該參數(shù)為時間的函數(shù)，確定衛(wèi)星在軌道上的瞬時位置。由上述6個參數(shù)所構成的坐標系統(tǒng)稱為軌道坐標系，廣泛用于描述衛(wèi)星運動。yxz軌道春分點升交點近地點衛(wèi)星地心赤道i

sfs§3.1.4無攝衛(wèi)星軌道的描述——開普勒軌道參數(shù)as，es確定了開普勒橢圓的形狀和大小。為升交點赤經(jīng),i為軌道面傾角,這兩個參數(shù)唯一地確定了衛(wèi)星軌道平面與地球體之間的相對定向。

s為近地點角距,表達了開普勒橢圓在軌道平面上的定向。fs為衛(wèi)星的真近點角：確定衛(wèi)星在軌道上的瞬時位置。由上述6個參數(shù)所構成的坐標系統(tǒng)稱為軌道坐標系，廣泛用于描述衛(wèi)星運動。yxz軌道春分點升交點近地