《GNSS原理及應(yīng)用》－第3講 衛(wèi)星運動基礎(chǔ)與位置計算

第三章衛(wèi)星運動基礎(chǔ)與位置計算衛(wèi)星的無攝運動衛(wèi)星的受攝運動衛(wèi)星星歷衛(wèi)星位置的計算§3.1衛(wèi)星無攝運動二體問題：研究兩個質(zhì)點在萬有引力作用下的相對運動問題，在天體力學(xué)中稱為二體問題。

在攝動力的作用下，衛(wèi)星的運動稱為受攝運動，相應(yīng)的衛(wèi)星軌道稱為受攝軌道；而理想下的衛(wèi)星軌道，稱為無攝軌道?！?.1衛(wèi)星無攝運動開普勒第一定律（軌道定律)：衛(wèi)星沿一個橢圓軌道環(huán)繞地球運行，而地球處于橢圓的一個焦點上ab近地點Mmfr1、衛(wèi)星運動軌道參數(shù)ab近地點Ma：橢圓長半軸b：橢圓短半軸，也可以用偏心率e表示

:

升交點赤經(jīng)

i：軌道傾角

：近地點角距f:衛(wèi)星真近點角升交點衛(wèi)星軌道fM近地點春分點zxy升交點mf§3.1衛(wèi)星無攝運動ab近地點Mmf升交點a，b

:描述軌道橢圓形狀

:描述軌道平面

:描述軌道橢圓方向

f

:

確定衛(wèi)星瞬時位置升交點衛(wèi)星軌道fM近地點春分點zxy2、真近點角的計算ab近地點M0mf平近點角M，假設(shè)衛(wèi)星運動的平均角速度為n，則：

M=n×(t-t0)偏近點角EEm’（開普勒方程）§3.2衛(wèi)星的受攝運動除地球中心引力外，其它的攝動力包括：地球非球性及質(zhì)量分布不均2km/3h太陽和月亮的引力太陽輻射壓力大氣阻力地球潮汐作用力磁力§3.3衛(wèi)星星歷廣播星歷精密星歷由地面跟蹤站觀測數(shù)據(jù)計算出的衛(wèi)星軌道外推得出，是一種預(yù)報星歷，具有實時性、易獲取等特點，用于實時導(dǎo)航定位。由IGS（國際GNSS服務(wù)）根據(jù)衛(wèi)星地面跟蹤站的精密觀測數(shù)據(jù)經(jīng)后處理計算出的，也稱后處理星歷?！?.3衛(wèi)星星歷參數(shù)定義單位星歷參考?xì)v元軌道長半徑的平方根軌道偏心率近地點角距衛(wèi)星運動的平均角速度與計算值之差參考?xì)v元的平近點角參考?xì)v元的升交點赤經(jīng)升交點赤經(jīng)的變化率參考?xì)v元的軌道傾角軌道傾角的變化率§3.4GPS衛(wèi)星位置的計算根據(jù)廣播星歷計算衛(wèi)星位置根據(jù)精密星歷計算衛(wèi)星位置XY1、根據(jù)廣播星歷計算衛(wèi)星位置計算思路1）首先計算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo);2）然后將上述坐標(biāo)分別繞X軸旋轉(zhuǎn)i角、繞Z軸旋轉(zhuǎn)角，求出衛(wèi)星在天球坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。3）將天球坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到地球坐標(biāo)。M春分點升交點xyzZ近地點Mxyz起始子午面XYZ升交點春分點計算過程1)

計算衛(wèi)星運行的平均角速度（引力常數(shù)和長半軸）（攝動參數(shù)）2)

計算t時刻衛(wèi)星的平近點角

（參考時刻平近點角）3)

計算偏近點角4)計算真近點角5)計算升交距角（未經(jīng)改正的）6)計算衛(wèi)星向徑（未經(jīng)改正的）升交點衛(wèi)星軌道fM近地點春分點zxy7)計算攝動改正項8)進(jìn)行攝動改正9)計算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系中的位置10)計算升交點經(jīng)度L11)計算衛(wèi)星在地球坐標(biāo)系下的坐標(biāo)2、根據(jù)精密星歷計算衛(wèi)星位置精密星歷：按一定時間間隔給出衛(wèi)星在地球坐標(biāo)系下的三維位置、三維速度和鐘差。IGS跟蹤站分布*20071013000.00000000PG01-6196.00910415735910338159.022963PG02-8812.916751-20957.56459313789.324684142.220951PG035397.89885315162.975168-21345.729121128.749673PG043782.980789-16452.44274920348.024406-12.319618PG05-15330.013457-2600.62048021276.909151464.458862PG06-25507.1642666398.3685874019.871710237.238081PG07-25186.9762788224.2816762474.959345-54.747517PG0811532.409171-9451.676447-22102.758153-126.2394172、根據(jù)精密星歷計算衛(wèi)星位置任意時刻t衛(wèi)星位置的計算原理：插值法方法：拉格朗日插值法、且貝雪夫插值法等拉格朗日插值法:拉格朗日多項式內(nèi)插內(nèi)插精度采用17階多項式，精度可優(yōu)