GPS基本原理和应用三—卫星运动基础修改

1、GPS基本原理和应用三卫星运动基础修改GPS定位的基本原理需解决的两个关键问题需解决的两个关键问题如何确定卫星的位置如何确定卫星的位置如何测量出站星距离如何测量出站星距离V(t)cab 卫星受到的作用力为了研究卫星运动的规律，可以将卫星受到的作用力分为两类1、地球质心引力 将地球视为一均质球体，将地球全部质量集中于地球质心这一点的质心引力称为中心引力。在这种力的作用下卫星的运动称为无摄运动2、摄动力（非中心力） 它包括地球非球形对称的作用力，日月引力，光压力以及地球潮汐力。在这种力的作用下卫星的运动称为受摄运动。 1.1.作用在卫星上的力作用在卫星上的力作用在卫星上的力卫星轨道轨道理论地球引力

2、（1）：地球正球（质点）的引力人卫正常轨道人卫正常轨道理论（二体问题）摄动力地球引力（2）：形状摄动力日、月引力大气阻力光压力其它作用力轨道摄动人卫正常摄动理论总和人卫真实轨道人卫轨道理论日、月引力卫星的无摄运动卫星的无摄运动在（图3-4）中所示的二体问题中，依据万有引力定律可知，地球O作用于卫星S上的引力加速度A为： （3-1）式中：G万有引力常数， G=(66724.1)10-14 Nm2/ kg2 ； M,m地球和卫星的质量； r卫星的在轨位置矢量。上式是研究地球和卫星之间的相对运动问题方程式，在天体力学中称为两体问题。引力加速度决定着卫星绕地球运动的基本规律。卫星在上述地球引力场中的无

3、摄运动，也称为开普勒运动，其规律可通过开普勒定律来描述。 二体问题的运动方程二体问题的运动方程V(t)E(t)开普勒第二定律开普勒第二定律 卫星的地心向径，即地球质心与卫星质心间的距离向量，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。在相同的时间内所扫过的面积相等。开普勒第三定律开普勒第三定律 卫星运行周期的平方，与轨道椭圆长半径的立方之比为一常量，而该卫星运行周期的平方，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常量等于地球引力常数GMGM的倒数。的倒数。卫星坐标的计算变换公式变换公式卫星在轨道面坐标系中的位置卫星在天球坐标系中的位置地

4、球坐标系下卫星的位置协议地球坐标系下卫星的位置极移改正极移改正轨道平面坐标系Inclination of orbital plane轨道平面倾角Right ascension of the ascending node升交点赤经Semi-major axis of orbital ellipse 轨道椭圆的长半径Nunerial eccentricity of ellipse 轨道椭圆的偏心率Argument of perigee近地点角距（幅角）Mean anomaly 平近点角英文名称中文名称符号意义Inclination of orbital plane轨道平面倾角i决定轨道平面的空间位

5、置Right ascension of the ascending node升交点赤经Semi-major axis of orbital ellipse 轨道椭圆的长半径a决定轨道椭圆的大小Nunerial eccentricity of ellipse 轨道椭圆的偏心率e决定轨道椭圆的形状Argument of perigee近地点角距（幅角）决定近地点在轨道椭圆上的位置Mean anomaly 平近点角M卫星以平均角速度n0运行的角度卫星在轨道面坐标系中的位置计算观测瞬间卫星的平近点角卫星在轨道面坐标系中的位置计算观测瞬间卫星的偏近点角计算观测瞬间卫星的真近点角卫星在轨道面坐标系中的位置

6、计算升交距角（未经改正的） 计算卫星向径（未经改正的） 计算摄动改正项 为摄动参数为摄动参数卫星在轨道面坐标系中的位置进行摄动改正 卫星在轨道面坐标系的位置 轨道平面坐标系与天球坐标系轨道平面坐标系与天球坐标系卫星在天球坐标系中的位置轨道平面坐标系与天球坐标系轨道平面坐标系与天球坐标系卫星在地球坐标系中的位置 第二种思路升交点经度的计算 观测时升交点经度：GPS卫星位置的计算 计算过程（续） 计算升交点经度 计算卫星在地固坐标系下的坐标精密星历精密星历按一定时间间隔给出卫星在地固坐标系下的三维位置、按一定时间间隔给出卫星在地固坐标系下的三维位置、三维速度和钟差三维速度和钟差* * 2004 1

7、 15 0 0 0.000000002004 1 15 0 0 0.00000000P 1 5945.509635 15759.608404 20698.949374 324.533285P 1 5945.509635 15759.608404 20698.949374 324.533285P 2 1141.101111 22665.359989 14690.489309 -257.156064P 2 1141.101111 22665.359989 14690.489309 -257.156064P 3 -10344.447068 24021.826531 -3968.233325 77.8

8、25932P 3 -10344.447068 24021.826531 -3968.233325 77.825932P 4 22798.349665 -6520.820872 12310.795279 -43.522805P 4 22798.349665 -6520.820872 12310.795279 -43.522805P 5 -12628.924903 -23445.674881 -1192.036791 13.422888P 5 -12628.924903 -23445.674881 -1192.036791 13.422888P 6 -13958.380086 -7542.1034

9、97 21489.237683 -2.952584P 6 -13958.380086 -7542.103497 21489.237683 -2.952584P 7 18939.291158 -12511.028058 -13257.166627 635.667094P 7 18939.291158 -12511.028058 -13257.166627 635.667094P 8 26246.825668 -918.226411 -5165.342142 383.670428P 8 26246.825668 -918.226411 -5165.342142 383.670428GPS卫星位置的计算-根据精密星历计算卫星位置 任意时刻任意时刻t卫星位置的计算卫星位置的计算 原理：插值法原理：插值法 方法