GPS基本原理和應(yīng)用三—衛(wèi)星運動基礎(chǔ)修改

1、GPS基本原理和應(yīng)用三衛(wèi)星運動基礎(chǔ)修改GPS定位的基本原理需解決的兩個關(guān)鍵問題需解決的兩個關(guān)鍵問題如何確定衛(wèi)星的位置如何確定衛(wèi)星的位置如何測量出站星距離如何測量出站星距離V(t)cab 衛(wèi)星受到的作用力為了研究衛(wèi)星運動的規(guī)律，可以將衛(wèi)星受到的作用力分為兩類1、地球質(zhì)心引力 將地球視為一均質(zhì)球體，將地球全部質(zhì)量集中于地球質(zhì)心這一點的質(zhì)心引力稱為中心引力。在這種力的作用下衛(wèi)星的運動稱為無攝運動2、攝動力（非中心力） 它包括地球非球形對稱的作用力，日月引力，光壓力以及地球潮汐力。在這種力的作用下衛(wèi)星的運動稱為受攝運動。 1.1.作用在衛(wèi)星上的力作用在衛(wèi)星上的力作用在衛(wèi)星上的力衛(wèi)星軌道軌道理論地球引力

2、（1）：地球正球（質(zhì)點）的引力人衛(wèi)正常軌道人衛(wèi)正常軌道理論（二體問題）攝動力地球引力（2）：形狀攝動力日、月引力大氣阻力光壓力其它作用力軌道攝動人衛(wèi)正常攝動理論總和人衛(wèi)真實軌道人衛(wèi)軌道理論日、月引力衛(wèi)星的無攝運動衛(wèi)星的無攝運動在（圖3-4）中所示的二體問題中，依據(jù)萬有引力定律可知，地球O作用于衛(wèi)星S上的引力加速度A為： （3-1）式中：G萬有引力常數(shù)， G=(66724.1)10-14 Nm2/ kg2 ； M,m地球和衛(wèi)星的質(zhì)量； r衛(wèi)星的在軌位置矢量。上式是研究地球和衛(wèi)星之間的相對運動問題方程式，在天體力學(xué)中稱為兩體問題。引力加速度決定著衛(wèi)星繞地球運動的基本規(guī)律。衛(wèi)星在上述地球引力場中的無

3、攝運動，也稱為開普勒運動，其規(guī)律可通過開普勒定律來描述。 二體問題的運動方程二體問題的運動方程V(t)E(t)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，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，在相同的時間內(nèi)所掃過的面積相等。在相同的時間內(nèi)所掃過的面積相等。開普勒第三定律開普勒第三定律 衛(wèi)星運行周期的平方，與軌道橢圓長半徑的立方之比為一常量，而該衛(wèi)星運行周期的平方，與軌道橢圓長半徑的立方之比為一常量，而該常量等于地球引力常數(shù)常量等于地球引力常數(shù)GMGM的倒數(shù)。的倒數(shù)。衛(wèi)星坐標(biāo)的計算變換公式變換公式衛(wèi)星在軌道面坐標(biāo)系中的位置衛(wèi)星在天球坐標(biāo)系中的位置地

4、球坐標(biāo)系下衛(wèi)星的位置協(xié)議地球坐標(biāo)系下衛(wèi)星的位置極移改正極移改正軌道平面坐標(biāo)系Inclination of orbital plane軌道平面傾角Right ascension of the ascending node升交點赤經(jīng)Semi-major axis of orbital ellipse 軌道橢圓的長半徑Nunerial eccentricity of ellipse 軌道橢圓的偏心率Argument of perigee近地點角距（幅角）Mean anomaly 平近點角英文名稱中文名稱符號意義Inclination of orbital plane軌道平面傾角i決定軌道平面的空間位

5、置Right ascension of the ascending node升交點赤經(jīng)Semi-major axis of orbital ellipse 軌道橢圓的長半徑a決定軌道橢圓的大小Nunerial eccentricity of ellipse 軌道橢圓的偏心率e決定軌道橢圓的形狀A(yù)rgument of perigee近地點角距（幅角）決定近地點在軌道橢圓上的位置Mean anomaly 平近點角M衛(wèi)星以平均角速度n0運行的角度衛(wèi)星在軌道面坐標(biāo)系中的位置計算觀測瞬間衛(wèi)星的平近點角衛(wèi)星在軌道面坐標(biāo)系中的位置計算觀測瞬間衛(wèi)星的偏近點角計算觀測瞬間衛(wèi)星的真近點角衛(wèi)星在軌道面坐標(biāo)系中的位置

6、計算升交距角（未經(jīng)改正的） 計算衛(wèi)星向徑（未經(jīng)改正的） 計算攝動改正項 為攝動參數(shù)為攝動參數(shù)衛(wèi)星在軌道面坐標(biāo)系中的位置進行攝動改正 衛(wèi)星在軌道面坐標(biāo)系的位置 軌道平面坐標(biāo)系與天球坐標(biāo)系軌道平面坐標(biāo)系與天球坐標(biāo)系衛(wèi)星在天球坐標(biāo)系中的位置軌道平面坐標(biāo)系與天球坐標(biāo)系軌道平面坐標(biāo)系與天球坐標(biāo)系衛(wèi)星在地球坐標(biāo)系中的位置 第二種思路升交點經(jīng)度的計算 觀測時升交點經(jīng)度：GPS衛(wèi)星位置的計算 計算過程（續(xù)） 計算升交點經(jīng)度 計算衛(wèi)星在地固坐標(biāo)系下的坐標(biāo)精密星歷精密星歷按一定時間間隔給出衛(wèi)星在地固坐標(biāo)系下的三維位置、按一定時間間隔給出衛(wèi)星在地固坐標(biāo)系下的三維位置、三維速度和鐘差三維速度和鐘差* * 2004 1

7、 15 0 0 0.000000002004 1 15 0 0 0.00000000P 1 5945.509635 15759.608404 20698.949374 324.533285P 1 5945.509635 15759.608404 20698.949374 324.533285P 2 1141.101111 22665.359989 14690.489309 -257.156064P 2 1141.101111 22665.359989 14690.489309 -257.156064P 3 -10344.447068 24021.826531 -3968.233325 77.8

8、25932P 3 -10344.447068 24021.826531 -3968.233325 77.825932P 4 22798.349665 -6520.820872 12310.795279 -43.522805P 4 22798.349665 -6520.820872 12310.795279 -43.522805P 5 -12628.924903 -23445.674881 -1192.036791 13.422888P 5 -12628.924903 -23445.674881 -1192.036791 13.422888P 6 -13958.380086 -7542.1034

9、97 21489.237683 -2.952584P 6 -13958.380086 -7542.103497 21489.237683 -2.952584P 7 18939.291158 -12511.028058 -13257.166627 635.667094P 7 18939.291158 -12511.028058 -13257.166627 635.667094P 8 26246.825668 -918.226411 -5165.342142 383.670428P 8 26246.825668 -918.226411 -5165.342142 383.670428GPS衛(wèi)星位置的計算-根據(jù)精密星歷計算衛(wèi)星位置 任意時刻任意時刻t衛(wèi)星位置的計算衛(wèi)星位置的計算 原理：插值法原理：插值法 方法