《GNSS原理及應用》－第3講 衛(wèi)星運動基礎與位置計算

第三章衛(wèi)星運動基礎與位置計算衛(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，是一種預報星歷，具有實時性、易獲取等特點，用于實時導航定位。由IGS（國際GNSS服務）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。§3.3衛(wèi)星星歷參數(shù)定義單位星歷參考歷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歷元的平近點角參考歷元的升交點赤經(jīng)升交點赤經(jīng)的變化率參考歷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)星在軌道平面坐標系下的坐標;2）然后將上述坐標分別繞X軸旋轉(zhuǎn)i角、繞Z軸旋轉(zhuǎn)角，求出衛(wèi)星在天球坐標系下的坐標。3）將天球坐標轉(zhuǎn)換到地球坐標。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)進行攝動改正9)計算衛(wèi)星在軌道平面坐標系中的位置10)計算升交點經(jīng)度L11)計算衛(wèi)星在地球坐標系下的坐標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)