GNSS原理与应用（四）——卫星运动基本知识

目录

１、前言

１.１卫星轨道在GNSS定位中的重要性

１.２影响卫星轨道的因素与研究方法

２、卫星的无摄运动

２.１无摄运动的定义

２.２开普勒三大行星定律

２.３开普勒轨道参数

３、卫星的受摄运动

４、GPS卫星星历（重点）

４.１卫星星历的定义与分类

４.１.１定义

４.１.２分类

５、卫星坐标计算（重点）

５.１卫星计算步骤

５.２计算公式与各参数

６、课后习题

７、参考材料

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１、前言

１.１卫星轨道在GNSS定位中的重要性

１.２影响卫星轨道的因素与研究方法

２、卫星的无摄运动

２.１无摄运动的定义

 ２.２开普勒三大行星定律

1. 卫星运动的轨迹为椭圆，椭圆的一个焦点与地球质心重合；
2. 卫星的地心向径在单位时间内所扫过的面积相等；
3. 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，等于GM的倒数。

２.３开普勒轨道参数

开普勒轨道参数：是利用开普勒三大定律描述卫星与地球之间的空间位置的参数。

３、卫星的受摄运动

受摄运动：卫星在摄动力的作用下会偏离开普勒轨道。

非球形引力摄动可使GPS卫星在3小时的弧段上，偏离无摄轨道达2km。

主要的摄动力有：

日月引力、太阳辐射光压、地球潮汐作用力、大气阻力

４、GPS卫星星历（重点）

４.１卫星星历的定义与分类

４.１.１定义

　　卫星星历是描述卫星运动轨道的信息，是一组对应某一时刻的轨道根数及其变率。根据卫星星历可以计算出任一时刻的卫星位置及其速度，精密的轨道信息是精密定位的基础。

４.１.２分类

根据发布的时间：

预报星历：GPS卫星星历分为预报星历和后处理星历。预报星历又称广播星历。

后处理星历：GPS卫星星历分为预报星历和后处理星历。后处理星历又称精密星历。

根据精度：

广播星历：是通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文，传递给用户，经解码获得所需的卫星星历，广播星历都属于预报星历。包括：

• 相对某一参考历元的开普勒轨道参数。
• 必要的轨道摄动项改正参数。
• 参考星历: 参考历元的卫星开普勒轨道参数称为参考星历，是根据GPS监测站约1周的监测资料推算的。
• 用户在观测时可以通过导航电文实时得到，对导航和实时定位十分重要。
• 广播星历精度目前一般为1m左右，对精密定位服务难以满足精度要求。

精密星历：是一些国家的某些部门根据各自建立的跟踪站所获得的精密观测资料，进行预报或事后解算而得到的卫星星历，分为：

• 超快速预报星历（igu）
• 快速预报星历（igr） 
• 事后精密星历（igs）
• 目前由IGS组织统一提供，目前上述精密星历的精度可达厘米级

５、卫星坐标计算（重点）

５.１卫星计算步骤

　　卫星的坐标，是在协议地球坐标系上的坐标。

　　什么是协议地球坐标系？

　　原点位于地球质心，采用协议地极方向CTP（Conventional Terrestrial Pole）作为Z轴指向，x轴指向协议地球赤道面和包含CIO与平均天文台赤道参考点的子午面的交点，y轴构成右手坐标系取向的地球坐标系。

　　基本步骤如下：

1. 计算真近点角ｆｓ
2. 计算升交角距及轨道摄动改正项
3. 计算改正后的升交交距、卫星的地心距离及轨道倾角
4. 计算卫星在轨道坐标系中的坐标
5. 计算升交点的经度
6. 计算在协议地球坐标系中的空间直角坐标系

５.２计算公式与各参数

６、课后习题

1. 开普勒轨道参数有哪些？
2. 什么是无摄运动和受摄运动？
3. 什么是真近点角？
4. 如何计算某时刻的真近点角？
5. 简述GPS卫星星历的分类及其特点。
6. 如何计算GPS卫星在协议地球坐标系下的坐标？

７、参考材料

广播星历_百度百科 (baidu.com)https://baike.baidu.com/item/%E5%B9%BF%E6%92%AD%E6%98%9F%E5%8E%86/1365627?fromtitle=%E9%A2%84%E6%8A%A5%E6%98%9F%E5%8E%86&fromid=4138443&fr=aladdin星历（时间的函数）_百度百科 (baidu.com)https://baike.baidu.com/item/%E6%98%9F%E5%8E%86/7285926?fr=aladdin协议地球坐标系_百度百科 (baidu.com)https://baike.baidu.com/item/%E5%8D%8F%E8%AE%AE%E5%9C%B0%E7%90%83%E5%9D%90%E6%A0%87%E7%B3%BB/8777270?fr=aladdin

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