安徽理工大学：《GPS定位原理与应用》课程教学资源（PPT课件讲稿）第三章 卫星运动基本知识及其坐标计算

第三章卫星运动基本知识及其坐标计算 主要内容 31概述 3.2卫星的无摄运动 3.3卫星的受摄运动 34卫星的星历 35GPS卫星坐标的计算 36北斗卫星坐标的计算 ②安徽理工大学导航定位技术应用研究所tC 余学祥(0554)6633378xxyu9166 @aliyun con NPTA

第三章 卫星运动基本知识及其坐标计算 主要内容 3.1 概述 3.2 卫星的无摄运动 3.3 卫星的受摄运动 3.4 卫星的星历 3.5 GPS卫星坐标的计算 3.6 北斗卫星坐标的计算

第三章卫星运动基本知识及其坐标计算 思考题 1、何为卫星的轨道参数? 2、作用在卫星轨道上的力分为哪两类,相应的卫 星运动轨道为何? 3、研究卫星运行轨道的基本方法分为哪两个步骤? 4、何为开普勒三定律?其意义是什么? 5、试绘图描述无摄卫星轨道,并阐明各参数的含 义 6、写出开普勒方程,并说明其意义 ②安徽理工大学导航定位技术应用研究所tC 余学祥(0554)6633378xxyu9166 @aliyun con NPTA

思考题 1、何为卫星的轨道参数？ 2、作用在卫星轨道上的力分为哪两类，相应的卫 星运动轨道为何？ 3、研究卫星运行轨道的基本方法分为哪两个步骤？ 4、何为开普勒三定律？其意义是什么？ 5、试绘图描述无摄卫星轨道，并阐明各参数的含 义。 6、写出开普勒方程，并说明其意义。 第三章 卫星运动基本知识及其坐标计算

第三章卫星运动基本知识及其坐标计算 思考题 7、卫星运动的摄动力有哪些?主要的摄动力是哪几项? 8、卫星星历分为哪两种?广播星历中主要包括哪些参 数? 9、说明GPS卫星坐标计算的基本过程,并给出计算公 式? 10、在广播星历中,t2与t有何区别? 11、试述采用广播星历计算北斗卫星瞬时坐标的基本 步骤。 ②安徽理工大学导航定位技术应用研究所tC 余学祥(0554)6633378xxyu9166 @aliyun con NPTA

思考题 7、卫星运动的摄动力有哪些？主要的摄动力是哪几项？ 8、卫星星历分为哪两种？广播星历中主要包括哪些参 数？ 9、说明GPS卫星坐标计算的基本过程，并给出计算公 式？ 10、在广播星历中， t0e与t0c有何区别？ 11、试述采用广播星历计算北斗卫星瞬时坐标的基本 步骤。 第三章 卫星运动基本知识及其坐标计算

第三章卫星运动基本知识及其坐标计算 GPS卫星在空间的已知瞬时位置,是确定用户接 收机位置(或观测站坐标)和制订观测计划的依据。 本章将在介绍卫星无摄运动和受摄运动等基础知识 的基础上,进一步阐述GPS卫星的星历及卫星坐标的 计算。 ②安徽理工大学导航定位技术应用研究所tC 余学祥(0554)6633378xxyu9166 @aliyun con NPTA

GPS卫星在空间的已知瞬时位置，是确定用户接 收机位置(或观测站坐标)和制订观测计划的依据。 本章将在介绍卫星无摄运动和受摄运动等基础知识 的基础上，进一步阐述GPS卫星的星历及卫星坐标的 计算。 第三章 卫星运动基本知识及其坐标计算

第三章卫星运动基本知识及其坐标计算 3.1概述 卫星轨道在GPS定位中的意义 卫星在空间运行的轨迹称为轨道,而描述卫星轨道 位置和状态的参数,称为轨道参数。由于在利用GP进行 导航和定位时,GPS卫星是作为位置已知的高空观测目标, 所以在进行绝对定位时,卫星轨道的任何误差,都会直 接影响所求用户接收机位置的精度,而在相对定位时, 尽管卫星轨道误差的影响将会减弱,但当基线较长且精 度要求较高时,这种影响也不可忽视。 ②安徽理工大学导航定位技术应用研究所tC 余学祥(0554)6633378xxyu9166 @aliyun con NPTA

3.1 概述 卫星在空间运行的轨迹称为轨道，而描述卫星轨道 位置和状态的参数，称为轨道参数。由于在利用GPS进行 导航和定位时，GPS卫星是作为位置已知的高空观测目标， 所以在进行绝对定位时，卫星轨道的任何误差，都会直 接影响所求用户接收机位置的精度，而在相对定位时， 尽管卫星轨道误差的影响将会减弱，但当基线较长且精 度要求较高时，这种影响也不可忽视。 一、卫星轨道在GPS定位中的意义 第三章 卫星运动基本知识及其坐标计算

第三章卫星运动基本知识及其坐标计算 卫星轨道误差对所测基线精度的影响可按下式估算 b b 卫星轨道误差对所测基线的影响 相对精度|卫星轨道误差基线长度基线误差 (ppm) ds (m) (km) 10 20 100 10 1000 100 10 0.1 0.1 100 1000 10 为了制订GPS测量的观测计划和便于捕获卫星发射的信号,需 要知道卫星的轨道参数。只是其要求的精度较低,对用户来说,为 了理解和运用GPS卫星的轨道信息,就需要了解一下有关卫星的运 动规律、轨道的描述和卫星位置的计算等基础知识

卫星轨道误差对所测基线精度的影响可按下式估算： 为了制订GPS测量的观测计划和便于捕获卫星发射的信号，需 要知道卫星的轨道参数。只是其要求的精度较低，对用户来说，为 了理解和运用GPS卫星的轨道信息，就需要了解一下有关卫星的运 动规律、轨道的描述和卫星位置的计算等基础知识。 第三章 卫星运动基本知识及其坐标计算

第三章卫星运动基本知识及其坐标计算 二、影响卫星轨道的因素及其研究方法 人造地球卫星在空中绕地球运行,除了受地球重 力场的引力作用外,还将受到太阳、月亮和其它 天体引力的影响,以及太阳光压、大气阻力和地 球潮汐等因素的影响。卫星实际运行的轨道极其 复蘊各种作用力对卫星运行轨道的影响中,以地 球引力场的影响最为主要,其它作用力的影响要 小得多。若假设地球引力场的影响为1,则其它作 用力的影响比之均小于105。 ②安徽理工大学导航定位技术应用研究所tC 余学祥(0554)6633378xxyu9166 @aliyun con NPTA

二、影响卫星轨道的因素及其研究方法 人造地球卫星在空中绕地球运行，除了受地球重 力场的引力作用外，还将受到太阳、月亮和其它 天体引力的影响，以及太阳光压、大气阻力和地 球潮汐等因素的影响。卫星实际运行的轨道极其 复杂。在各种作用力对卫星运行轨道的影响中，以地 球引力场的影响最为主要，其它作用力的影响要 小得多。若假设地球引力场的影响为1，则其它作 用力的影响比之均小于10-5 。 第三章 卫星运动基本知识及其坐标计算

第三章卫星运动基本知识及其坐标计算 就地球引力场的影响来说,可以首先把地球视为一匀 质球体,并在相应的理想引力场中,来研究卫星运动的 轨道,然后再考虑引力场异常的影响。 虽然实际上地球的质量分布并不均匀,其形体也不 是对称的球体,这些都将对卫星的运动产生影响,但是 这种影响,比之上述理想的匀质球体的影响要小得多。 根据分析,实际地球引力场与上述匀质球体引力场 对卫星的影响,相差仅约为108级。所以,为了研究工 作和实际应用的方便,通常均把作用于卫星上的各种力, 按其影响的大小分为两类 ②安徽理工大学导航定位技术应用研究所tC 余学祥(0554)6633378xxyu9166 @aliyun con NPTA

就地球引力场的影响来说，可以首先把地球视为一匀 质球体，并在相应的理想引力场中，来研究卫星运动的 轨道，然后再考虑引力场异常的影响。 虽然实际上地球的质量分布并不均匀，其形体也不 是对称的球体，这些都将对卫星的运动产生影响，但是 这种影响，比之上述理想的匀质球体的影响要小得多。 根据分析，实际地球引力场与上述匀质球体引力场 对卫星的影响，相差仅约为10-8级。所以，为了研究工 作和实际应用的方便，通常均把作用于卫星上的各种力， 按其影响的大小分为两类。 第三章 卫星运动基本知识及其坐标计算

第三章卫星运动基本知识及其坐标计算 ◆一类是假设地球为匀质球体的引力(质量 集中于球体的中心),称为中心力。它决定着 卫星运动的基本规律和特征,此时卫星的运动 称为无摄运动,由此所决定的卫星轨道可视为 理想的轨道,又称卫星的无摄运动轨道。这是 我们分析卫星实际轨道的基础。 ②安徽理工大学导航定位技术应用研究所tC 余学祥(0554)6633378xxyu9166 @aliyun con NPTA

◆一类是假设地球为匀质球体的引力(质量 集中于球体的中心)，称为中心力。它决定着 卫星运动的基本规律和特征，此时卫星的运动 称为无摄运动，由此所决定的卫星轨道可视为 理想的轨道，又称卫星的无摄运动轨道。这是 我们分析卫星实际轨道的基础。 第三章 卫星运动基本知识及其坐标计算

第三章卫星运动基本知识及其坐标计算 ◆一类是摄动力,也称为非中心力,它包括 地球非球形对称的作用力、日月引力、大气阻力、 光辐射压力以及地球潮汐力等。摄动力的作用, 是使卫星的运动产生一些小的附加变化而偏离上 述的理想轨道,同时,这种偏离量的大小也随时 间而改变。 在摄动力作用下的卫星的运动称为受摄运动, 由此所决定的卫星轨道称为卫星的受摄运动轨道。 ②安徽理工大学导航定位技术应用研究所tC 余学祥(0554)6633378xxyu9166 @aliyun con NPTA

◆一类是摄动力，也称为非中心力，它包括 地球非球形对称的作用力、日月引力、大气阻力、 光辐射压力以及地球潮汐力等。摄动力的作用， 是使卫星的运动产生一些小的附加变化而偏离上 述的理想轨道，同时，这种偏离量的大小也随时 间而改变。 在摄动力作用下的卫星的运动称为受摄运动， 由此所决定的卫星轨道称为卫星的受摄运动轨道。 第三章 卫星运动基本知识及其坐标计算