第三章衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷.

1、 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 主要內(nèi)容主要內(nèi)容3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 衛(wèi)星的無攝運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星的無攝運(yùn)動(dòng)3.3 3.3 衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)3.4 GPS3.4 GPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷3.5 GPS3.5 GPS衛(wèi)星坐標(biāo)的計(jì)算衛(wèi)星坐標(biāo)的計(jì)算 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 衛(wèi)星在空間

2、運(yùn)行的軌跡稱為軌道，而。由于在利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航和定位時(shí)，GPS衛(wèi)星是作為位置已知的高空觀測(cè)目標(biāo)，所以在進(jìn)行絕對(duì)定位時(shí)，衛(wèi)星軌道的任何誤差，都會(huì)直接影響所求用戶接收機(jī)位置的精度，而在相對(duì)定位時(shí)，盡管衛(wèi)星軌道誤差的影響將會(huì)減弱，但當(dāng)基線較長(zhǎng)且精度要求較高時(shí)，這種影響也不可忽視。3.1.1 3.1.1 衛(wèi)星軌道在衛(wèi)星軌道在GPSGPS定位中的意義定位中的意義3.1 3.1 概述概述 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷衛(wèi)星軌道誤差對(duì)所測(cè)基線精度的影響可按下式估算：dsbdb 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與

3、旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷3.1.2 3.1.2 影響衛(wèi)星軌道的因素及其研究方法影響衛(wèi)星軌道的因素及其研究方法 人造地球衛(wèi)星在空中繞地球運(yùn)行，除了受地人造地球衛(wèi)星在空中繞地球運(yùn)行，除了受地球重力場(chǎng)的引力作用外，還將受到太陽、月亮和球重力場(chǎng)的引力作用外，還將受到太陽、月亮和其它天體引力的影響，以及太陽光壓、大氣阻力其它天體引力的影響，以及太陽光壓、大氣阻力和地球潮汐等因素的影響和地球潮汐等因素的影響。衛(wèi)星實(shí)際運(yùn)行的軌道極其復(fù)雜。 在各種作用力對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行軌道的影響中，以地球引力場(chǎng)的影響最為主要，其它作用力的影響要小得多。若假設(shè)地球引力場(chǎng)的影響為1，

4、則其它作用力的影響比之均小于10-5。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 就地球引力場(chǎng)的影響來說，可以首先把地球視為一勻質(zhì)球體，并在相應(yīng)的理想引力場(chǎng)中，來研究衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的軌道，然后再考慮引力場(chǎng)異常的影響。雖然實(shí)際上地球的質(zhì)量分布并不均勻，其形體也不是對(duì)稱的球體，這些都將對(duì)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，但是這種影響，比之上述理想的勻質(zhì)球體的影響要小得多。根據(jù)分析，實(shí)際地球引力場(chǎng)與上述勻質(zhì)球體引力場(chǎng)對(duì)衛(wèi)星的影響，相差僅約為10-8級(jí)。所以，為了研究工作和實(shí)際應(yīng)用的方便，通常均把作用于衛(wèi)星上的各種力，按其影響的大小分為兩類。

5、池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷n 一類是假設(shè)地球?yàn)榫|(zhì)球體的引力（質(zhì)量集中于球體的中心），稱為中心力，它決定著衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律和特征，由此決定的衛(wèi)星軌道，可視為理想軌道，是分析衛(wèi)星實(shí)際軌道的基礎(chǔ)。n 另一類是攝動(dòng)力或非中心力，包括地球非球形對(duì)稱的作用力、日月引力、大氣阻力、光輻射壓力以及地球潮汐力等。攝動(dòng)力使衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一些小的附加變化而偏離理想軌道，同時(shí)偏離量的大小也隨時(shí)間而改變。在攝動(dòng)力的作用下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)稱為受攝運(yùn)動(dòng)受攝運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的衛(wèi)星軌道稱為受受攝軌道攝軌道。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源

6、環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 研究衛(wèi)星運(yùn)行的基本方法：研究衛(wèi)星運(yùn)行的基本方法：考慮到攝動(dòng)力的影響相對(duì)較小，因此對(duì)于衛(wèi)星運(yùn)行軌道的分析一般分為兩步。 首先，在上述理想的地球引力場(chǎng)中，只考慮地球質(zhì)心引力的作用，來研究衛(wèi)星的無攝運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并描述衛(wèi)星軌道的基本特征； 其次，研究各種攝動(dòng)力對(duì)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的影響，并對(duì)衛(wèi)星的無攝軌道加以修正，從而確定衛(wèi)星受攝運(yùn)動(dòng)軌道的瞬時(shí)特征。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷3.2 3.2 衛(wèi)星的無攝運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星的無攝運(yùn)動(dòng) 衛(wèi)星被發(fā)射并升至預(yù)

7、定的高度后，便開始圍繞地球運(yùn)行。假設(shè)地球?yàn)榫|(zhì)球體，在忽略攝動(dòng)力影響的理想情況下，根據(jù)牛頓萬有引力定律，其間的引力加速度 可表示為1)(3-3rrmMGrs 式中，G為引力常數(shù)，M為地球質(zhì)量，ms s為衛(wèi)星質(zhì)量，r為衛(wèi)星的地心向徑。衛(wèi)星的質(zhì)量ms相對(duì)地球的質(zhì)量M可以忽略，于是有2)(3-3rrGMr r 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 根據(jù)上式來研究地球和衛(wèi)星之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)問題，在天體力學(xué)中稱為兩體問題兩體問題。引力加速度決定著衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律。衛(wèi)星在上述地球引力場(chǎng)中的無攝運(yùn)動(dòng)也稱為開普勒運(yùn)動(dòng)開普勒

8、運(yùn)動(dòng)，其規(guī)律可通過開普勒定律來表達(dá)。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷n 開普勒第一定律開普勒第一定律 衛(wèi)星運(yùn)行的軌道是一個(gè)橢圓，而該橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)與地球的質(zhì)心相重合。3.2.1 3.2.1 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的開普勒定律衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的開普勒定律 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷解式（32），得衛(wèi)星繞地球質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的軌道方程：3)(3cos1-1-2rfeearssss 式中, r為衛(wèi)星的地心距離；as為開普勒橢圓的長(zhǎng)半徑，es為開普勒橢圓

9、的偏心率；fs為真近點(diǎn)角，它描述了任意時(shí)刻，衛(wèi)星在軌道上，相對(duì)近地點(diǎn)的位置，是時(shí)間的函數(shù)，其定義如上圖所示。 這一定律闡明了衛(wèi)星運(yùn)行軌道的基本形態(tài)，及其與地心的關(guān)系。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷n 開普勒第二定律開普勒第二定律 衛(wèi)星的地心向徑，即地球質(zhì)心與衛(wèi)星質(zhì)心間的距離向量，在相同的時(shí)間內(nèi)所掃過的面積相等。 這 一 定 律 可 根 據(jù)(3-1)式的能量積分而導(dǎo)出。與任何其它的運(yùn)動(dòng)物體一樣，在軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星也具有兩種能量，即位能(或勢(shì)能)和動(dòng)能。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章

10、第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 開普勒第二定律所包含的內(nèi)容是：衛(wèi)星在橢圓軌道上的運(yùn)行速度是不斷變化的，在近地點(diǎn)處速度為最大，而在遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)速度為最小。t2S2t0t1S1t1-t0 = t2-t1S1 = S2遠(yuǎn)地點(diǎn)遠(yuǎn)地點(diǎn)近地點(diǎn)近地點(diǎn) 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷n 開普勒第三定律開普勒第三定律 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)周期的平方與軌道橢圓長(zhǎng)半徑的立方之比為一常量，而該常量等于地球引力常數(shù)GM的倒數(shù)。開普勒第三定律的數(shù)學(xué)形式為：）（434232GMaTSS若假設(shè)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的平均角速度為n，則

11、有5)(32radsTnS其中，Ts衛(wèi)星運(yùn)行周期 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷于是，開普勒第三定律可寫為：6332GManS表示為常用形式733SaGMn 很明顯，當(dāng)開普勒橢圓的長(zhǎng)半徑確定后，衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度便隨之確定，且保持不變。(3-7)式在衛(wèi)星位置的計(jì)算中具有重要意義。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷3.2.2 3.2.2 無攝衛(wèi)星軌道的描述無攝衛(wèi)星軌道的描述Y 升交點(diǎn)赤經(jīng)軌道傾角i近地點(diǎn)角距 真近點(diǎn)角Vf軌

12、道長(zhǎng)半軸a 近地點(diǎn)近地點(diǎn)赤道平面赤道平面軌道偏心率22abea升交點(diǎn)升交點(diǎn) 衛(wèi)星衛(wèi)星rX ZiV Vf fb 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 由開普勒定律可知，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的軌道，是通過地心平面上的橢圓，且橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)與地心相重合。而確定橢圓的形狀和大小至少需要兩個(gè)參數(shù)，即橢圓的長(zhǎng)半徑as及其偏心率es(或橢圓的短半徑bs)。另外，為確定任意時(shí)刻衛(wèi)星在軌道上的位置，需要一個(gè)參數(shù)，一般取為真近點(diǎn)角Vf。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星

13、歷衛(wèi)星星歷 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 參數(shù)參數(shù)as 、 es和和Vf惟一地確定了衛(wèi)星軌道的形狀、惟一地確定了衛(wèi)星軌道的形狀、大小以及衛(wèi)星在軌道上的瞬時(shí)位置。大小以及衛(wèi)星在軌道上的瞬時(shí)位置。但是，這時(shí)衛(wèi)星軌道平面與地球體的相對(duì)位置和方向還無法確定。容易理解，確定衛(wèi)星軌道與地球體之間的相互關(guān)系，可以表達(dá)為確定開普勒橢圓在天球坐標(biāo)系中的位置和方向。 因?yàn)楦鶕?jù)開普勒第一定律，軌道橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)與地球的質(zhì)心相重合，所以為了確定該橢圓在上述坐標(biāo)系中的方向，尚需三個(gè)參數(shù)。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與

14、旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 衛(wèi)星的無攝運(yùn)動(dòng)，一般可通過一組適宜的參數(shù)來描述，但是，這組參數(shù)的選擇并不是唯一的：其中一組應(yīng)用廣泛的參數(shù)，稱為開普勒軌道參數(shù)，或開普勒軌道參數(shù)，或稱軌道根數(shù)。稱軌道根數(shù)。as軌道橢圓的長(zhǎng)半軸；es軌道橢圓的偏心率；以上兩個(gè)參數(shù)確定了開普勒橢圓的形狀和大小。升交點(diǎn)的赤經(jīng)，即在地球赤道平面上，升交點(diǎn)與春分點(diǎn)之間的地心夾角；升交點(diǎn)即當(dāng)衛(wèi)星由南向北運(yùn)行時(shí)，其軌道與地球赤道面的一個(gè)交點(diǎn)。i軌道面的傾角，即衛(wèi)星軌道平面與地球赤道面之間的夾角。和i這兩個(gè)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(duì)定向。近地點(diǎn)角距，即在軌道平面

15、上升交點(diǎn)與近地點(diǎn)之間的地心夾角。這一參數(shù)表達(dá)了開普勒橢圓在軌道平面上的定向。Vf衛(wèi)星的真近點(diǎn)角，即在軌道平面上，衛(wèi)星與近地點(diǎn)之間的地心角角距。該參數(shù)為時(shí)間的函數(shù)，它確定了衛(wèi)星在軌道上的瞬時(shí)位置。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 以上6個(gè)參數(shù)as、es、i、和Vf所構(gòu)成的坐標(biāo)系統(tǒng)，通常稱為軌道坐標(biāo)系統(tǒng)軌道坐標(biāo)系統(tǒng)，它廣泛地用于描述衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)。在該系統(tǒng)中，當(dāng)6個(gè)軌道參數(shù)一經(jīng)確定，衛(wèi)星在任一瞬間相對(duì)于地球體的空間位置及其速度便可唯一確定。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)

16、及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 計(jì)算衛(wèi)星瞬時(shí)位置的關(guān)鍵，在于計(jì)算參數(shù)Vf，并由此確定衛(wèi)星的空間位置與時(shí)間的關(guān)系。 為此，需要引進(jìn)有關(guān)計(jì)算真近點(diǎn)角的兩個(gè)輔助參數(shù)Es和Ms。3.2.2 3.2.2 真近點(diǎn)角的計(jì)算真近點(diǎn)角的計(jì)算 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 Es偏近點(diǎn)角偏近點(diǎn)角 假設(shè)過衛(wèi)星質(zhì)心ms作平行于橢圓短半軸的直線，則m為該直線與近地點(diǎn)至橢圓中心連線的交點(diǎn)，m為該直線與以橢圓中心為原點(diǎn)并以as為半徑的大圓的交點(diǎn)，于是Es就是在橢圓平面上，近地點(diǎn)P至m點(diǎn)的圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角。 Ms平近點(diǎn)角平

17、近點(diǎn)角 它是一個(gè)假設(shè)量，如果衛(wèi)星在軌道平面上運(yùn)動(dòng)的平均角速度為n，則平近點(diǎn)角由下式定義：83t -0tnMS 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 式中：t0為衛(wèi)星過近地點(diǎn)的時(shí)刻，t為觀測(cè)衛(wèi)星的時(shí)刻。由(3-8)式可見，平近點(diǎn)角僅為衛(wèi)星平均速度與時(shí)間的線性函數(shù)。因?yàn)?，?duì)于任一確定的衛(wèi)星而言，其平均速度是一個(gè)常數(shù)(見(3-7)式)，所以，衛(wèi)星于任意觀測(cè)時(shí)刻t的平近點(diǎn)角，便可由(3-8)式唯一地確定。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星

18、歷 平近點(diǎn)角Ms與偏近點(diǎn)角Es之間有以下重要關(guān)系：93sinSSSSEeEM或103sinSSSSEeME 該式稱為開普勒方程開普勒方程，它在衛(wèi)星軌道計(jì)算中具有重要意義。為了根據(jù)平近點(diǎn)角Ms計(jì)算偏近點(diǎn)角Es，通常普通采用迭代法: 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 迭代法的初始值可近似取Es0=Ms，然后依次按下式迭代計(jì)算)113 (sin)() 1(ksssksEeME 當(dāng)前后兩次迭代之差小于預(yù)定精度時(shí)，即獲得了偏近點(diǎn)角Es。如果采用直接解法，可應(yīng)用下式計(jì)算偏近點(diǎn)角： )123(7sin46080168076

19、sin80275sin)92163125384125(4sin)15431(3sin)5120243128183(2sin)9816121(sin)92161192181767564753642752sssssssssssssssssssssssssMeMeMeeMeeMeeeMeeeMeeeeME（ 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 對(duì)GPS衛(wèi)星，該式的模型誤差將小于3.410-8。 偏近點(diǎn)角與真近點(diǎn)角之間的關(guān)系。按右圖容易寫出，)133(coscosssfsseaVrEa于是)143()(coscosss

20、sfeEraV將該式代入開普勒橢圓方程式（3-3）得 )153 ()cos1 (sssEear）（33cos1)1 (2rVeearfsss 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷)163(cos1sin1sincos1coscos2ssssssssEeEeVEeeEV進(jìn)一步整理可得真近點(diǎn)角和偏近點(diǎn)角的關(guān)系為 這樣一來，我們就可以根據(jù)衛(wèi)星的平近角Ms ，確定相應(yīng)的偏近點(diǎn)角Es ，計(jì)算相應(yīng)的真近點(diǎn)角Vf。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)

21、星星歷3.3 3.3 衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng) 衛(wèi)星的實(shí)際運(yùn)行軌道，由于受多種非地球中心引力的影響而使其偏離開普勒軌道。對(duì)于GPS衛(wèi)星來說，僅地球的非球形影響，在3小時(shí)的弧段上就可能使衛(wèi)星的位置偏差達(dá)2km，而在兩日弧段上達(dá)14km。顯然，這種偏差對(duì)于任何用途的導(dǎo)航定位工作，都是不容忽視的。為此，必須建立各種攝動(dòng)力模型，對(duì)衛(wèi)星軌道加以修正，以滿足精密定軌的要求。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷3.3.1 3.3.1 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的攝動(dòng)力衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的攝動(dòng)力 衛(wèi)星在運(yùn)行中，除了要受到地球中心引力Fc的作用外，還將

22、受到以下各種攝動(dòng)力的影響，從而引起軌道的攝動(dòng)： 地球體的非球形及其質(zhì)量分布不均勻而引起的作用力，即地球的非中心引Fnc； 太陽的引力Fs和月球的引力Fn； 太陽的直接與間接輻射壓力Fr； 大氣的阻力Fa； 地球潮汐的作用力； 磁力等。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 GPS衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的主要作用力如圖所示。在攝動(dòng)力加速度的影響下，衛(wèi)星運(yùn)行的開普勒軌道參數(shù)不再保持常數(shù)而變?yōu)闀r(shí)間的函數(shù)。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 根

23、據(jù)分析，在數(shù)小時(shí)和數(shù)日內(nèi)，GPS衛(wèi)星運(yùn)行的軌道，因各種攝動(dòng)力加速度影響，而產(chǎn)生的偏差大致下表所列。此外，為使相對(duì)定位精度達(dá)到10-610-7，要求軌道的精度為20m2m，因此，研究各種攝動(dòng)力模型以滿足精密定軌的要求，具有重要意義。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 在上述各種攝動(dòng)力中，大氣阻力的影響主要取決于大氣的密度、衛(wèi)星的斷面與質(zhì)量之比以及衛(wèi)星的速度。由于GPS衛(wèi)星所處的高空，大氣密度甚微，以致其對(duì)衛(wèi)星的阻力影響一般可以忽略。 地球受日月引力的影響產(chǎn)生潮汐現(xiàn)象，而地球的潮汐又將對(duì)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，所以地

24、球潮汐的影響，可以認(rèn)為是日月引力對(duì)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的一種間接影響。理論分析表明，對(duì)GPS衛(wèi)星來說，這種影響也不明顯。因此下面主要簡(jiǎn)要介紹一下其他一些攝動(dòng)力對(duì)GPS衛(wèi)星軌道的影響。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷3.3.2 3.3.2 地球引力場(chǎng)攝動(dòng)力的影響地球引力場(chǎng)攝動(dòng)力的影響 在衛(wèi)星無攝運(yùn)動(dòng)中，我們?cè)僭O(shè)地球是一個(gè)勻質(zhì)的球體，其質(zhì)量集中于球心。這時(shí)地球所形成的引力場(chǎng)稱為中心引力場(chǎng)。可是實(shí)際上，地球不僅其內(nèi)部的質(zhì)量分布并不均勻，而且其形狀也很不規(guī)則?，F(xiàn)代大地測(cè)量學(xué)已經(jīng)確定，地球的實(shí)際形狀，大體上雖然比較接近于一個(gè)長(zhǎng)

25、短軸相差約21km的橢球，但在北極仍高出橢球面約19m，而在南極卻凹下約26m。一般來說，大地水準(zhǔn)面與橢球面的高差均不超過100m。由于GPS衛(wèi)星的軌道較高，而隨高度的增加，地球非球形引力的影響將迅速減小。地球引力場(chǎng)攝動(dòng)力的影響，它對(duì)衛(wèi)星軌道的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 這一影響使升交點(diǎn)沿地球赤道產(chǎn)生緩慢的進(jìn)動(dòng)，進(jìn)而使升交點(diǎn)的赤經(jīng)產(chǎn)生周期性的變化，其變化率

26、可按下式計(jì)算：n 引起軌道平面在空間旋轉(zhuǎn))173 ()1 (2,cos322sseaanJKiK式中：a為地球橢球長(zhǎng)半徑，as為衛(wèi)星軌道長(zhǎng)半徑?？梢?，軌道面的旋轉(zhuǎn)速度主要取決于as和i 。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 對(duì)于GPS衛(wèi)星而言，目前軌道長(zhǎng)半徑as約變化于2655726561km之間，偏心率es約變化于0.0020.011之間。若考慮到J2=1.08263 10-3，則升交點(diǎn)赤經(jīng)的進(jìn)動(dòng)速度約為-0.03/天(或-3.3km/天)。 如果已知某一參考時(shí)刻t0的升交點(diǎn)赤經(jīng)為(t0)，則對(duì)于任一時(shí)刻t

27、的升交點(diǎn)位置可表示為)183 ()()()(00t-ttt 式(3-18) 僅表示了地球扁率項(xiàng)的影響，實(shí)際上，衛(wèi)星的升交點(diǎn)的赤經(jīng)還要受到其它攝動(dòng)力的影響。所以，一般來說升交點(diǎn)赤經(jīng)的變率也不是常量。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 可見，近地點(diǎn)角距ws的其變化率仍取決于as和i ，且當(dāng)i=63.4時(shí)，其值近為0。類似于式（3-18），則任一時(shí)刻t的近地點(diǎn)角距可表示為)203()()()(00ttttsssn 引起近地點(diǎn)在軌道平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)引起近地點(diǎn)在軌道平面內(nèi)旋轉(zhuǎn) 近地點(diǎn)的變化，說明開普勒橢圓在軌道平面內(nèi)定向的改

28、變，從而引起了衛(wèi)星軌道近地點(diǎn)角距ws的緩慢變化，其變化率可表示為：)193()cos51 (232iKs 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷n 引起平近點(diǎn)角引起平近點(diǎn)角Ms的變化的變化 在地球引力場(chǎng)攝動(dòng)影響下，衛(wèi)星軌道平近點(diǎn)角 Ms的變率，可按下式估算)213()cos31 ()1 (232212ieKMss于是相應(yīng)歷元t的平近點(diǎn)角可表示為)213()()()()(000ttnttMtMtMsss 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星

29、星歷n 日月引力的影響日月引力的影響 日月引力對(duì)衛(wèi)星軌道的影響，是由太陽和月亮的質(zhì)量對(duì)衛(wèi)星所產(chǎn)生的引力加速度而產(chǎn)生的。如果取m日、m月分別表示日月的質(zhì)量，r日、r月為日月的地心向徑，而r為衛(wèi)星的地心向徑，則日月引力對(duì)衛(wèi)星的攝動(dòng)加速度可表示為）（月月月月月日日日日日月日2233333rrrrrrrrrrrrrrGmGm 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 由日月引力加速度引起的衛(wèi)星軌道攝動(dòng)，主要是長(zhǎng)周期的。對(duì)GPS衛(wèi)星產(chǎn)生的攝動(dòng)加速度約為510-6 m/s2。如果忽略這項(xiàng)影響，將可能使GPS衛(wèi)星在3小時(shí)的弧段上產(chǎn)

30、生約50150m的位置誤差。 雖然太陽的質(zhì)量遠(yuǎn)較月球?yàn)榇螅渚嚯x太遠(yuǎn)，所以太陽引力的影響，僅約為月球引力影響的0.46倍。至于大陽系其它行星對(duì)GPS衛(wèi)星的影響，則遠(yuǎn)較太陽引力的影響為小，一般均可忽略。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷n 太陽光壓的影響太陽光壓的影響 衛(wèi)星在運(yùn)行中，除直接受到太陽光輻射壓力的影響外，還將受到由地球反射的太陽光間接輻射壓力的影響。不過間接輻射壓，對(duì)GPS衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的影響較小，一般只有直接輻射壓影響的12。 太陽輻射壓對(duì)球形衛(wèi)星所產(chǎn)生的攝動(dòng)加速度既與衛(wèi)星、太陽和地球之間的位置有關(guān)，

31、也與衛(wèi)星表面的反射特性、衛(wèi)星的截面積與質(zhì)置比有關(guān)。其間關(guān)系比較復(fù)雜，一般可近似表示如下： 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷）（日日光壓2333rrrrrsmFCP 其中，P為太陽的光壓， C為衛(wèi)星表面的反射因子，F(xiàn)/ms為衛(wèi)星的截面積與衛(wèi)星質(zhì)量之比，r日為太陽的地心向徑，為表示衛(wèi)星被 地球陰影區(qū)掩蓋程度的參數(shù)，通常稱為蝕因子。在陰影區(qū) 0，在陽光直接照射下 =1，一般0 1。 太陽光壓對(duì)GPS衛(wèi)星產(chǎn)生的攝動(dòng)加速度，約為10-7 m/s2量級(jí)，由此將使衛(wèi)星軌道在3小時(shí)的弧段上產(chǎn)生510m的偏差。所以，這一軌道偏

32、差對(duì)于基線大于50km的精密相對(duì)定位，一般也是不能忽略的。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷n 地球潮汐的的影響地球潮汐的的影響 日月引力作用于地球，使之產(chǎn)生形變（固體潮）或質(zhì)量移動(dòng)（海潮），從而引起地球質(zhì)量分布的變化，進(jìn)一步引起地球引力的變化?？梢詫⑦@種變化視為在不變的地球引力中附加一小的攝動(dòng)潮汐作用力。在5天的弧段中，潮汐作用力對(duì)GPS衛(wèi)星的位置影響可達(dá)1m。 總之，隨著GPS精密定位技術(shù)的發(fā)展，對(duì)衛(wèi)星軌道的精度要求將會(huì)隨之提高。因此，充分考慮到各種攝動(dòng)力的影響并不斷地完善攝動(dòng)力的模型，始終是衛(wèi)星精密軌道

33、理論的一個(gè)重要課題。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 衛(wèi)星的星歷是描述有關(guān)衛(wèi)星運(yùn)行軌道的信息。利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航和定位，就是根據(jù)已知的衛(wèi)星軌道信息和用戶觀測(cè)資料，通過數(shù)據(jù)處理來確定接收機(jī)的位置及其載體的航行速度。所以，精確的軌道信息是精密導(dǎo)航定位的基礎(chǔ)。衛(wèi)星星歷的提供方式，一般有兩種：和。3.3 GPS3.3 GPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷3.4.1 3.4.1 預(yù)報(bào)星歷預(yù)報(bào)星歷 預(yù)報(bào)星歷，是通過

34、衛(wèi)星發(fā)射的含有軌道信息的導(dǎo)航電文傳遞給用戶的，用戶接收機(jī)接收到這些信號(hào)，經(jīng)過解碼便可獲得所需要的衛(wèi)星星歷，所以這種星歷也叫作廣播星歷廣播星歷。衛(wèi)星的預(yù)報(bào)星歷，通常均包括相對(duì)某一參考?xì)v元的開普勒軌道參數(shù)和必要的軌道攝動(dòng)改正項(xiàng)參數(shù)。相應(yīng)參考?xì)v元的衛(wèi)星開普勒軌道參數(shù)，也叫參考星歷參考星歷，它是根據(jù)GPS監(jiān)測(cè)站約一周的觀測(cè)資料推算的。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 參考星歷只代表衛(wèi)星在參考?xì)v元的瞬時(shí)軌道參數(shù)(也稱為密切軌道參數(shù))，但是在攝動(dòng)力的影響下，衛(wèi)星的實(shí)際軌道，隨后將偏離其參考軌道。偏離的程度主要決定于觀測(cè)

35、歷元與所選參考?xì)v元間的時(shí)間差。如果我們用軌道參數(shù)的攝動(dòng)項(xiàng)，來對(duì)已知的衛(wèi)星參考星歷加以改正，就可以外推出任意觀測(cè)歷元的衛(wèi)星星歷。由此不難理解，如果觀測(cè)歷元與所選參考?xì)v無相差很大，為了保障外推軌道參數(shù)具有必要的精度，就必須采用更嚴(yán)密的攝動(dòng)力模型和考慮更多的攝動(dòng)因素。這樣一來，將會(huì)遇到建立更嚴(yán)格的攝功力模型的困難，因而可能降低預(yù)報(bào)軌道參數(shù)的精度。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 實(shí)際上，為了保持衛(wèi)星預(yù)報(bào)星歷的必要精度，一般采用限制預(yù)報(bào)星歷外推時(shí)間間隔的方法。為此，GPS跟蹤站每天都利用其觀測(cè)資料，更新用以確定衛(wèi)星

36、參考星歷的數(shù)據(jù)，以計(jì)算每天衛(wèi)星軌道狀態(tài)的更新值，并且每天按時(shí)將其注入相應(yīng)的衛(wèi)星加以儲(chǔ)存，以資更新衛(wèi)星的參考軌道之用。因此，GPS衛(wèi)星發(fā)射的廣播星歷，每小時(shí)更新一次，以供用戶使用。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 這樣，如果將上述計(jì)算參考星歷的參考?xì)v元t0e選在兩次更新星歷的中央時(shí)刻,則外推的時(shí)間間隔，最大將不會(huì)超過0.5小時(shí)。從而可以在采用同樣攝動(dòng)力模型的情況下，有效地保持外推軌道參數(shù)的精度。預(yù)報(bào)星歷的精度，目前一般估計(jì)約為2050m。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)

37、基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 由于預(yù)報(bào)星歷每小時(shí)更新一次，因此，在數(shù)據(jù)更新前后，各表達(dá)式之間將會(huì)產(chǎn)生小的跳躍，其值可達(dá)數(shù)分米。對(duì)此，一般可通過適當(dāng)?shù)臄M合技術(shù)(例如切比雪夫多項(xiàng)式)予似平滑。 GPS用戶通過衛(wèi)星廣播星歷，可以獲得的有關(guān)衛(wèi)星星歷參數(shù)共有16個(gè)，其中包括其中包括1 1個(gè)參考時(shí)刻、個(gè)參考時(shí)刻、6 6個(gè)個(gè)相應(yīng)參考時(shí)刻的開普勒軌道參數(shù)和相應(yīng)參考時(shí)刻的開普勒軌道參數(shù)和9 9個(gè)反映攝動(dòng)力個(gè)反映攝動(dòng)力影響的參數(shù)影響的參數(shù)。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資

38、源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷3.4.2 3.4.2 精密星歷精密星歷 衛(wèi)星的預(yù)報(bào)星歷，是以跟蹤站以往時(shí)間的觀測(cè)資料，推求的參考軌道參數(shù)為基礎(chǔ)，并加入軌道攝動(dòng)改正而外推的星歷。預(yù)報(bào)星歷，用戶在觀測(cè)時(shí)可以通過導(dǎo)航電文實(shí)時(shí)得到，這對(duì)導(dǎo)航或?qū)崟r(shí)定位顯然是非常重要的?？墒?，對(duì)于某些進(jìn)行精密定位工作的用戶來說，其精度尚難以滿足要求，尤其當(dāng)GPS衛(wèi)星的預(yù)報(bào)星歷受到人為干預(yù)而降低精度時(shí)，就更難于保障精密定位工作的要求。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 后處理星歷，是一

39、些國家的某些部門，根據(jù)各自建立的跟蹤站所獲得的精密觀測(cè)資料，應(yīng)用與確定預(yù)報(bào)星歷相似的方法，而計(jì)算的衛(wèi)星星歷。它可以向用戶提供在用戶觀測(cè)時(shí)間的衛(wèi)星星歷，避免了預(yù)報(bào)星歷外推的誤差。目前，美國和其它許多國家的一些民用單位，正在完善和著手建立全球性或區(qū)域性的GPS衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)，以便為大地測(cè)量學(xué)和地球動(dòng)力學(xué)研究的精密定位工作，提供所需要的星歷。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 由于這種星歷是在事后向用戶提供在其觀測(cè)時(shí)間的衛(wèi)星精密軌道信息，因此稱為后處理星歷或精密星歷。該星歷的精度，目前可達(dá)米級(jí)，進(jìn)一步的發(fā)展可望達(dá)到分

40、米級(jí)。 后處理星歷不是通過衛(wèi)星的無線電信號(hào)向用戶傳遞的，而是利用磁帶或通過電傳通訊方式，有償?shù)貫樗枰挠脩舴?wù)。但是，建立和維持一個(gè)獨(dú)立的跟蹤系統(tǒng)來精密測(cè)定GPS衛(wèi)星的軌道，其技術(shù)比較復(fù)雜，投資也較大，所以利用GPS的預(yù)報(bào)星歷進(jìn)行精密定位工作，仍是目前一個(gè)重要的研究和開發(fā)領(lǐng)域。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷3.5 GPS3.5 GPS衛(wèi)星坐標(biāo)的計(jì)算衛(wèi)星坐標(biāo)的計(jì)算 在用GPS信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位以及制定觀測(cè)計(jì)劃時(shí)，都必須已知GPS衛(wèi)星在空間的瞬時(shí)位置。衛(wèi)星位置的計(jì)算是根據(jù)衛(wèi)星電文所提供的軌道參數(shù)按一定的公式計(jì)

41、算的。 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 1、計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)行的平均速度n 根據(jù)開普勒第三定律，衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度n0可以用下式計(jì)算 )243()/(/330auaGMn 式中，u為WGS-84坐標(biāo)系中的地球引力常數(shù),且u=3.986 0051014m3/s2。平均角速度n0加上導(dǎo)航電文中給出的攝動(dòng)改正數(shù)n，便得到衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度n。)253(0nnn 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷2210)()(ococttattaatttt然后將觀測(cè)時(shí)刻t歸化到GPS時(shí)系)263(0ekttt式中，tk稱作相對(duì)于參考時(shí)刻t0e的歸化時(shí)間。2 2、計(jì)算歸化時(shí)間、計(jì)算歸化時(shí)間t tk k首先對(duì)觀測(cè)時(shí)刻t作衛(wèi)星鐘差改正 池州學(xué)院池州學(xué)院資源環(huán)境與旅游系資源環(huán)境與旅游系第三章第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPSGPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷3 3、觀測(cè)時(shí)刻衛(wèi)星平近點(diǎn)角、觀測(cè)時(shí)刻衛(wèi)星平近點(diǎn)角M Mk k的計(jì)算的計(jì)算)273(0kkntMM4 4、采用迭代算法計(jì)算偏近點(diǎn)角、采用迭代算法計(jì)算偏近點(diǎn)角E Ek k式中M0是導(dǎo)航電文給出的參考時(shí)刻t0e的平近點(diǎn)角。)