GPS定位与导航15-卫星运动课件

《GPS定位与导航》第三章卫星运动基础知识及坐标计算

卫星受摄运动

卫星无摄运动2025/10/1一、卫星的无摄运动无摄运动地球质心引力---理想的轨道---中心引力---二体问题开普勒运动

§3-1卫星运动

2025/10/11.卫星运动方程2.卫星运动特征开普勒定律

§3-1卫星运动2025/10/13.卫星运动轨道参数(1)开普勒轨道参数=轨道坐标系统椭圆长半径as偏心率es

升交点的赤经

轨道面的倾角i近地点角距

s

真近点角fs

§3-1卫星运动2025/10/13.卫星运动轨道参数(1)开普勒轨道参数=轨道坐标系统椭圆长半径as偏心率es

升交点的赤经

轨道面的倾角i近地点角距

s

----升交点与近地点之间地心夹角.真近点角fs---确定任意时刻卫星在轨道上位置

§3-1卫星运动确定椭圆的形状和大小确定卫星轨道平面与地球体之间的相对定向2025/10/14.真近点角fs的计算确定卫星空间位置与时间的关系。引进计算真近点角的两个辅助参数Es和Ms。Es=偏近点角:假设过卫星质心ms,作平行于椭圆短半轴的直线，则m’为该直线与近地点至椭圆中心连线的交点，m“为该直线与以椭圆中心为原点，并以as为半径的大圆的交点。Es就是在椭圆平面上，近地点P至m”点的圆弧所对应的圆心角。Ms平近点角:

§3-1卫星运动

2025/10/1真近点角fs的计算

§3-1卫星运动2025/10/1二、卫星的受摄运动地球非对称性引力日月引力大气阻力光辐射压力摄动力=中心引力10—3量级---偏离理想轨道---随时间而变化

§3-1卫星运动结论：开普勒轨道参数变为时间的函数。2025/10/11.卫星运动的摄动力（1）地球非中心引力Fm（2）太阳引力Fs和月球引力Fn（3）太阳光的直接与间接辐射压力Fr（4）大气阻力Fa（5）地球潮汐作用力（6）磁力及其他作用力；结论：开普勒轨道参数变为时间的函数。

§3-1卫星运动摄2025/10/12、卫星受摄动力影响在摄动力加速度的影响下，卫星运行的开普勒轨道参数，不再保持常数而变为时间的函数。卫星运行的轨道，因各种摄动力加速度影响而产生的偏差；

§3-1卫星运动2025/10/13.卫星受摄运动方程（1）地球质心引力与各种摄动力的总和（2）受摄运动方程F=F（X，Y，Z，

,t)

§3-1卫星运动地球M2025/10/14、地球引力场摄动力对卫星轨道的影响（1）原因=地球体的不均匀和不规则性，引起地球引力场的摄动，地球引力位模型含有一摄动位

V

§3-1卫星运动2025/10/1（2）地球引力位

§3-1卫星运动2025/10/1（3）地球引力场摄动力对卫星轨道的影响引起轨道平面在空间旋转，使升交点赤经

产生周期性变化引起近地点在轨道平面内旋转，导致近升角距

变化

§3-1卫星运动2025/10/1引起平近点角M的变化结论:卫星的轨道运动实际并不在同一平面上，而是在空间画出一条螺旋状的曲线

§3-1卫星运动2025/10/15、日、月引力对卫星轨道摄动影响（1）原因=万有引力（2）摄动位（3）日、月摄动位引起卫星轨道摄动力

§3-1卫星运动2025/10/1结论:日、月引力引起的卫星位置摄动表现为长周期摄动。作用在卫星上加速度约为5x10％(m／s2)，如果忽视这项影响，将造成GPS卫星在3h弧段上，在径向、法向和切向上产生50一150m的位置误差。

§3-1卫星运动2025/10/16、太阳光压对卫星轨道摄动影响（1）原因=卫星在运行中，将直接或间接受太阳光辐射压力的影响（2）摄动加速度与卫星、太阳、地球三者间的相对应位置有关与卫星表面的反射特性、卫星接收阳光照射的有效截面积以及卫星质量的比有关.

§3-1卫星运动2025/10/1结论:

太阳光压对GPS卫星约产生10-7m·s-2的摄动力加速度，忽略影响，可使卫星在3h弧段上产生5—10m的位置偏差。

§3-1卫星运动2025/10/17、固体潮及海洋潮汐摄动影响固体潮和海洋阐汐也将改变地球重力位，进而对GPS卫星产生摄动加速度，其量级约为10-9m／s2。如果忽略固体潮汐的影响，在2天的运动弧段上将产生0．5—1m的轨道误差。而忽略海洋潮汐的影响，也将对2天的弧段产生1—2m的轨道误差。

§3-1卫星运动2025/10/18、大气的摄动影响影响量值主要取决于大气密度、卫星截面积与质量之比及卫