第二章第三節(jié)攝動軌道

第二章第三節(jié)攝動軌道第1頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三回顧:GPS概述(概念,組成,特點,功能)衛(wèi)星定位基礎(chǔ)基本定位原理空間坐標系時間坐標系天球坐標系地球坐標系理想狀態(tài)下歲差和章動影響協(xié)議天球坐標系第2頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三第二章衛(wèi)星定位基礎(chǔ)基本定位原理空間坐標系時間坐標系導(dǎo)航衛(wèi)星的軌道天球坐標系地球坐標系理想狀態(tài)下歲差和章動影響協(xié)議天球坐標系正常軌道（無攝軌道）攝動軌道開普勒三定律三種近點角開普勒六參數(shù)第3頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)GPS衛(wèi)星的攝動軌道1.攝動軌道2.攝動方程3.攝動結(jié)果6378km26m108m19ma-b=21.3km第4頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三1.導(dǎo)航衛(wèi)星的攝動力(P51)地心引力地球非中心引力地球潮汐攝動力太陽引力月球引力大氣阻力太陽輻射壓力太陽反照壓力f0fgfaftfsfmfdfr第5頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三2.攝動軌道衛(wèi)星在宇宙空間運行時由于受到地心引力之外的其他各種力的作用，如地球非中心引力，日月引力，太陽輻射壓力，大氣阻力及潮汐力等的合成作用，使得衛(wèi)星的實際運行軌道比正常軌道復(fù)雜得多，這種實際軌道就叫做攝動軌道。··RS=F/m=(F0+fg+fm+fs+fr+fa+fd+ft)/m受攝運動方程:或As=-G(m+Me)Rs3Rs+ΔAs二體加速度全攝動加速度(i=g，m，s，r，a，d，t)ΔAs=fim第6頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三在各種攝動力中，以地球非中心引力的影響為最大。如在GPS實驗衛(wèi)星的受攝運動中各種參數(shù)的在軌位置偏差(m)。被攝動參數(shù)fgfmfra26002005e16001405i800802Ω

4800805ω

+M1200500103.攝動結(jié)果第7頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三（1）地球非中心引力的兩大攝動通過地球非球形引力的攝動結(jié)果，致使衛(wèi)星軌道參數(shù)不是固定不變的，而是隨時間變化的函數(shù)。因此導(dǎo)致衛(wèi)星在軌位置不斷偏離正常軌道，這是衛(wèi)星導(dǎo)航必須重視的一個重大問題。第8頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三①旋轉(zhuǎn)軌道平面地球非球形引力導(dǎo)致衛(wèi)星軌道平面在空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，其表現(xiàn)是升交點N沿天球赤道緩慢的進動，以至升交點赤經(jīng)產(chǎn)生周期性的變化。(P-53)Ω=-·3n0J22[aea(1-e2)]2cosi式中：n0---衛(wèi)星平均角速度；J2---二階帶諧系數(shù)，J2=1.0826E-3；ae---地球橢球的長半軸，ae=6378km。第9頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三EyxH

OωΩSPNfi第10頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三軌道平面的旋轉(zhuǎn)方向與衛(wèi)星東西運動相反否，取決于衛(wèi)星軌道傾角的余弦。i<90o，向西旋轉(zhuǎn)；i=90o，不旋轉(zhuǎn)；i>90o，向東旋轉(zhuǎn)。NP第11頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三②旋轉(zhuǎn)長半軸地球非球形引力導(dǎo)致衛(wèi)星軌道橢圓的長半軸在軌道平面內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，其表現(xiàn)是近地點角距即幅角的緩慢進動。ω=-·3n0J24[aea(1-e2)]2（1-5cos2i）ω·i<63.4o，>0，長半軸的旋轉(zhuǎn)方向與衛(wèi)星運行方向一致；i=63.4o，>0，不旋轉(zhuǎn)；ω·i>63.4o，>0，長半軸的旋轉(zhuǎn)方向與衛(wèi)星運行方向相反；ω·第12頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三另外,在地球非球形引力作用下，平近點角也會產(chǎn)生緩慢的進動，導(dǎo)致衛(wèi)星運行軌道不能夠相互重合，而形成一周期又一周期運行軌道的相互偏離。(P54)PP’第13頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三(2)兩種軌道由于地球非中心引力的攝動，還引入下列兩種常用的特殊的軌道。①太陽同步軌道在地球非球形引力作用下，升交點赤經(jīng)產(chǎn)生變化，當其變率為每天0.9856度即約每天1度時，使升交點赤經(jīng)變率等于地球公轉(zhuǎn)的平均角速度，這時的衛(wèi)星軌道稱為太陽同步軌道。在這種軌道上運行的衛(wèi)星，經(jīng)過某一特定位置時，太陽光照條件相同，換言之，衛(wèi)星經(jīng)過某一緯度的“地方時”，在一段時間內(nèi)幾乎不發(fā)生變化。采用這種軌道的衛(wèi)星如地球資源衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星等。第14頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三太陽同步軌道參數(shù):a=7300km,e=0,i=99度第15頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三②地球靜止軌道從地球上看衛(wèi)星好象是“靜止不動”的，這種軌道叫地球靜止軌道。它是一種軌道平面傾角和偏心率均為零的“地球同步軌道”。所謂“地球同步軌道”，是一種衛(wèi)星運行周期和地球自轉(zhuǎn)周期相同，方向相同即衛(wèi)星自西向東順著地球自轉(zhuǎn)方向而運行的軌道。但是這種“靜止”也是表現(xiàn)在一定范圍內(nèi)的。如北斗導(dǎo)航實驗衛(wèi)星就是采用這種軌道。第16頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三（2）其他引力的攝動攝動力近地衛(wèi)星中軌衛(wèi)星地球同步軌道大氣阻力0.4×10-51×10-90太陽輻射壓力0.2×10-81×10-91×10-9太陽引力0.3×10-70.5×10-70.2×10-6月球引力0.6×10-70.1×10-60.5×10-6太陽潮汐力0.4×10-70.4×10-71×10-11月球潮汐力0.5×10-70.3×10-70.8×10-11①大氣阻力的攝動fd=0.5KdSsρAVs2Vsu大氣阻力攝動難以精確模型化，它是導(dǎo)致衛(wèi)星隕落的重要因素之一。第17頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三②日月引力的攝動日月引力又稱“第三體引力”，它不僅影響衛(wèi)星的運行，而且影響地球的自轉(zhuǎn)，因此，在考慮日月引力攝動時，應(yīng)為日月引力對衛(wèi)星軌道的作用與對地球作用的差值。（P55）

第18頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三③太陽輻射壓力fr=-kSpScrsu式中:k---衛(wèi)星表面反射系數(shù),其值為1-1.44;Sp----太陽光壓強度,它取決與衛(wèi)星至太陽的距離以及大氣吸收太陽光線的程度,其值常用4.6E-6;sc---垂直于太陽光線的衛(wèi)星橫截面積;rsu---太陽的位置矢量.第19頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三④地球潮汐攝動力地球不是一個剛體，它在日月引力的作用下會產(chǎn)生形如潮汐般的變形，稱之為地球固體潮。此外日月引力還會產(chǎn)生海潮和大氣潮，這三種潮汐改變了地球引力場中的攝動力。因此，在地球引力攝動中，附加了一個地球潮汐攝動力，它是日月引力對衛(wèi)星的間接作用。對于在1000千米高度運行的衛(wèi)星，地球潮汐攝動力的量很小，對于36000千米高度運行的衛(wèi)星，其攝動量常忽略不計。第20頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三4.GPS的受攝運動思考：為什么說GPS星座是一個比較穩(wěn)定的星座？受攝項目PRN21PRN23PRN12ω+f+1".239-1".689+1".084i+0".046+0".027+0".034Rs-134.378m-123.710m+138.847m第21頁，共22頁，2023年，2