卫星星历的相关内容.
卫星运动基础及GPS卫星星历
第1章 卫星运动基础及GPS 卫星星历
卫星的无摄运动
只考虑地球质心引力作用的卫星运动称为卫星的无摄运动，即作为二体问题研究两个质点在万有引力作用下的运动。
1.1.1 开普勒三定律
(1) 卫星运行的轨道是一个椭圆，该椭圆的一个焦点与地球质心重合。
(2) 卫星的地心向径，即地球质心与卫星间的距离向量，在相同的时间里扫过的面积相等。
(3) 卫星运行周期的平方与轨道椭圆长半径的立方之比是一常量，而该常量是地球引力常数GGGG 的倒数。
TT 2
aa 3=4ππ2GGGG 1.1.2 卫星运动的轨道参数（开普勒轨道参数，轨道根数）
图3-1 卫星轨道参数
aa ——轨道椭圆的长半径。
ee ——轨道椭圆的偏心率。 ΩΩ——升交点的赤经，即地球赤道平面上升交点NN 与春分点γγ之间的地心夹角，
0°~360°。 ii ——轨道面的倾角，即卫星轨道平面与地球赤道平面夹角，0°~180°。 ωω——近地点角距，即在轨道平面上，近地点AA 与升交点NN 之间的地心角距，0°~360°。
ff ——真近点角，即轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距。
升交点 XX ZZ 春分点γγ 卫星
近地点 OO ZZ ʹ AA NN SS
ΩΩ ff ωω 赤道面
轨道面
⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧①aa 、ee 唯一确定了卫星轨道的形状和大小
②ΩΩ、ii 确定了卫星轨道平面与地球体的相对定向
③ωω确定了轨道椭圆在轨道平面内的指向④ff 确定了卫星在轨道上的瞬时位置
上述6个参数一旦确定，（在二体问题下）即可唯一确定卫星的运动状态（任意时刻tt 卫星的位置和运动速度）。
卫星星历
1. 卫星星历
1.1 卫星星历
卫星星历，又称为两行轨道数据（TLE，Two-Line Orbital Element），由美国celestrak 发明创立。
卫星星历是用于描述太空飞行体位置和速度的表达式———两行式轨道数据系统。
卫星、航天器或飞行体一旦进入太空，即被列入NORAD卫星星历编号目录。列入NORAD卫星星历编号目录的太空飞行体将被终生跟踪。
卫星星历以开普勒定律的6个轨道参数之间的数学关系确定飞行体的时间、坐标、方位、速度等各项参数，具有极高的精度。
卫星星历能精确计算、预测、描绘、跟踪卫星、飞行体的时间、位置、速度等运行状态；能表达天体、卫星、航天器、导弹、太空垃圾等飞行体的精确参数；能将飞行体置于三维的空间；用时间立体描绘天体的过去、现在和将来。
卫星星历的时间按世界标准时间（UTC）计算。
卫星星历定时更新。
1.2 卫星星历格式
卫星星历格式，又称为两行式轨道数据格式（TLE，Two-Line Orbital Element Set Format）。
1.3 卫星星历格式含义：
卫星星历的结构为上下两行，每行69个字符，包括0～9、A～Z(大写)、空格、点和正负号，其他字符是无意义的。
第0行，将第1行视为0行，是卫星通用名称，最长为24个字符。
第1行和第2行是标准的卫星星历格式（TLE格式），每行69个字符，包括0～9，A～Z（大写）、空格、点和正/负号，除此之外的其他字符都是无意义也无效的。
卫星星历编号含义
（1）第1行，字符号1是轨道数据。
（2）第1行的1～3和第2行2～3是卫星编号；
卫星星历名词解释
卫星星历名词解释
卫星星历是一种经过精心设计的航空技术，它利用地球卫星来测量地球的运动、观测天体和提供定位信息。它使用复杂的电子和计算机系统来利用激光或电波信号来测量运动和定位数据。
首先，它需要知晓地球及其表面上的每一个物体，以便在需要时正确定位卫星。卫星星历通常使用轨道科学，轨道科学可以提供全球定位系统（GPS）所需的信息，以确定不同物体的定位以及卫星在轨道上的位置等。与此同时，这些信号可以被用来测量物体的速度，以便在需要时准确地跟踪物体或者监测物体位置的变化。
其次，地球上的卫星可以作为接收台来接收由激光或电波信号发出的信号，以确定物理位置。卫星星历也是一种用于定位的技术，它可以用于测量任何物体的距离和速度，以及提供全球数据和定位系统所需的信息。此外，这种技术还可用于计算地球和太阳系中其他行星的轨道和运动。
最后，用卫星星历来比较和跟踪物体的位置，以及计算某个物体的速度和方向，可以帮助我们了解宇宙中物质和空间的本质。它还可以帮助测量地球的重力场，以及地球表面上多个点之间的距离和方位。这些数据有助于精确地建新地图。
总之，卫星星历是一种十分重要的技术，它可以被用来测量物体的定位、运动和速度，以及提供全球定位系统（GPS）所需的精确数据，以便发现、理解和解决复杂的物理问题。
gps导航卫星星历及历书参数意义
为了缩短卫星锁定时间，GPS接收机需利用历书、当地位置的时间来预报卫星运行状态。
历书与星历都是表示卫星运行的参数。历书包括全部卫星的大概位置，用于卫星预报；星历只是当前接收机观测到的卫星的精确位置，用于定位。
历书是从导航电文中提取的，每12.5分钟的导航电文才能得到一组完整的历书。
下表是ICD-GPS-200规定的历书格式：
说明类型字节单位
卫星号short 2
健康状况short 2
偏心率float 4
轨道参考时间long 4 s
轨道倾角float 4 半周
升交点赤经变化率float 4
半周
/s
长半轴的平方根
doubl
e
8
升交点赤经
doubl
e
8 半周
近地点角距
doubl
e
8 半周
参考时间的平近点角
doubl
e
8 半周
卫星钟差改正float 4 s 卫星钟漂改正float 4 s/s 历书星期数short 2
GPS星期数short 2
GPS星期秒数long 4 s
校验和 2
利用历书和当地的位置，我们可以计算出卫星的方位和高度角，由此可以计算出当地能观测到的卫星和持续时间，即卫星高度角大于5°的出现时间。GPS卫星星历参数包含在导航电文的第二和第三子帧中。从有效的星历中，我们可解得卫星的较准确位置和速度，从而用于接收机定位和测速。GPS卫星历书每30秒重复一次，有效期为以星历参考时间为中心的4小时内。
GPS卫星星历数据中各参数具体描述：
1、ID: 卫星序列号
2、Health: 卫星健康状况
3、Week: GPS星期周数
4、Toe Time of Applic(s): 星历参考时间
5、IODE: 星历数据期号
卫星星历的可视化表达与卫星轨道的设计
卫星星历的可视化表达与卫星轨道的设计
1. 引言
1.1 介绍卫星星历的重要性
卫星星历是卫星导航系统中至关重要的组成部分，它是描述卫星
位置和时间变化的数学模型。卫星星历的准确性直接影响到卫星导航
系统的性能。在定位、导航和遥感等领域，卫星星历的重要性不言而喻。卫星星历是确定卫星位置的基础。通过卫星星历，我们可以知道
每颗卫星在任何时刻的精确位置，从而实现精准的定位和导航。卫星
星历还可以用于时间同步和时间校准。卫星导航系统需要精确的时间
参考来进行定位计算，而卫星星历正是提供这样的时间信息。卫星星
历还可以用于天文观测和科学研究。通过观测一颗或多颗卫星的运动，我们可以研究宇宙空间的物理规律和天体运行的规律。可以说卫星星
历在各个领域都起着重要的作用，它是现代科技发展不可或缺的组成
部分。
1.2 介绍卫星轨道设计的基本概念
卫星轨道设计是指在航天器的设计过程中确定航天器的轨道参数，以保证其可以按照既定的轨道运行。而设计一个合适的卫星轨道对于
卫星任务的顺利执行至关重要。基本的卫星轨道设计概念包括轨道高度、倾角、轨道形状等。
轨道高度是指卫星距离地球表面的距离，它直接影响到卫星的通
信范围、数据传输速度等。较低的轨道高度意味着更短的通信延迟，
但需要更大的推力以维持轨道稳定。较高的轨道高度则意味着更大的
通信覆盖范围，但通信延迟也相应增加。
轨道倾角是指轨道平面与地球赤道面的夹角，它决定了卫星在地
球上的可见范围。不同倾角的轨道可以提供不同的全球覆盖能力，选
择合适倾角的轨道可以最大程度地满足卫星任务的需求。
轨道形状也是一个重要的设计参数，常见的轨道形状包括圆形轨道、椭圆轨道等。不同的轨道形状适用于不同的任务需求，例如椭圆
3第三章卫星运动及星历_GPS原理与应用
卫星的轨道在 一个平面上
3-8
卫星的平面方程 卫星的轨道方程 开普勒方程
AX + BY + CZ = 0
as (1 − es2 ) r= 1 + es cos f s
3-11
卫星的 轨道为 椭圆
n(t −τ ) = E(t ) − e sin E(t )
3-17
P26
卫星在轨道上的位置可 以表达成时间的函数
无摄运动——二体问题
r r F = m⋅a
v Fs = −(GMm / r 2 ) ⋅ r 0 v0 2 Fe = + (GMm / r ) ⋅ r
G为引力常数； M为地球质量； m 为卫星质量； r为卫星的地心向径。
2
v0 as = −(GM / r ) ⋅ r v0 2 a ( Gm / r ) r = + ⋅ e
D
CLRMSG ALT APP FLP ENT
42.5 NM D KHIO 154 KT +++++ + +++++ 0.03 217.5 37.2
GPS卫星
监控站
注入站
原始观测数据
主控站
星历
Slide 4
轨道对定位的影响
相对精度 (10-6) 1 0.1 卫星轨道误差 (m) 20 2 基线长度 (km) 10 100 1000 10 100 1000 基线误差 (cm) 1 10 100 0.1 1 10
星历表文档
星历表
by GPT-3
1. 引言
星历表是一种记录天体位置、运动和其他相关信息的文档。它能够提供有关星球、卫星、恒星和其他天体的精确位置和运动数据，使天文学家和航海家能够精确确定星体的位置以及导航所需的任何其他信息。本文将介绍星历表的基本概念、数据内容和使用方式，以及一些常见的星历表格式。
2. 星历表的基本概念
星历表是通过天文观测和计算得到的数据表格，记录了某些天体在给定时间内的位置和运动信息。它使用一些天文术语和坐标系统来描述和定位天体。
2.1 天文术语
以下是一些常见的天文术语：
•赤道坐标系统（Equatorial Coordinate System）：使用赤道面和赤道上的两个坐标轴来描述天体位置。常用的赤道坐标系统有赤经和赤纬。
•赤经（Right Ascension）：天体在赤道上的位置，以时、分、秒为单位表示。
•赤纬（Declination）：天体相对于赤道的位置，以度为单位表示。
•黄道坐标系统（Ecliptic Coordinate System）：使用黄道面和黄道上的两个坐标轴来描述天体位置。常用的黄道坐标系统有黄经和黄纬。
•黄经（Ecliptic Longitude）：天体在黄道上的位置，以度为单位表示。
•黄纬（Ecliptic Latitude）：天体相对于黄道的位置，以度为单位表示。
2.2 数据内容
星历表中的数据包括天体的位置、速度、距离和其他相关参数。除了基本的赤经、赤纬、黄经和黄纬信息，还可以包括天体的亮度、视差、视半径等。
星历表通常还包括一些时间数据，比如观测所用的时间系统（如UTC、TT、TDB等）以及时间间隔的起始和结束时间。
第三章 GPS卫星星历、导航电文和卫星信号
GPS卫星星历 GPS信号结构
一、GPS卫星星历
广播星历：实时获取，～160cm 快速预报星历：实时获取，～10cm 快速星历：事后获取，<5cm 精密星历：事后获取，<5cm
二、GPS信号的结构 信号的结构
GPS信号的组成 载波 导航电文 测距码
1. GPS信号的组成 用于导航定位的GPS信号由三部分组成： 载波（L1和L2） 导航电文 测距码（C/A码和P(Y)码）
AS - Anti-Spoofing（反欺骗）
P码加密，成为Y码
2. 载波 两种频率的正弦波 L1： f1 =1575.43M z, λ =19cm H H L2： f1 =1227.60M z, λ =24cm
3. 导航电文 方波 码速：50bps 内容：
广播星历（导航信息） 卫星钟改正 历书（概略星历） 电离层信息 卫星健康状况
4. 测距码 方波 伪随机噪声码 两种测距码：
C/A码 C/A - 粗码
码速：1.023MHz 码元长度：300m
P(Y)码 Байду номын сангаас 精码
码速：10.23MHz 码元长度：30m
4. 测距码（续） 测距码的调制
5. GPS信号的构成示意图
美国降低普通用户导航定位精度的措施 SA - Selective Availability（选择可用性）
第三章卫星运动基础卫星星历分解
力
光压力
其它作用力
ຫໍສະໝຸດ Baidu
人卫理论轨道 轨道摄动
人卫正常轨道理 论
（二体问题）
人卫正常摄动理 论
总和
人卫真实轨道 人卫轨道理论
3.1 卫星运动概论
3.1 卫星运动概论
2. 与卫星运动有关的几个概念
二体问题：研究两个质点在万有引力作用下的运动规律问题称为二 体问题。 卫星轨道：卫星在空间运行的轨迹称为卫星轨道。 卫星轨道参数：描述卫星轨道状态和位置的参数称为轨道参数。 无摄运动：仅考虑地球质心引力作用的卫星运动称为无摄运动。 无摄轨道：无摄运动的卫星轨道称为无摄轨道。
（1）牛顿万有引力定律：二体问题
Fs
GMm r2
r
（2）卫星运动的开普勒定律：无摄运动
开普勒第一定律
卫星运行的轨道是一个椭圆，而椭圆的一个 焦点和地球的质心相重合
3.2 卫星的无摄运动
1 卫星无摄运动的理论基础
开普勒第二定律 卫星的地心向径，即地球的质心与卫星质心
间的距离向量，在相同的时间内扫过的面积相等
真近点角f
a ae 真近点角和偏近点角
平近点角
M n(t t0 ) 平近点角 M是时间t的线性函数
真近点角和偏近点角的关系
r cos f a cosE ae
r sin f bsin E a 1 e2 sin E
GPS星历要点范文
GPS星历要点范文
一、GPS星历的定义和作用
1.GPS星历是指卫星轨道参数数据，包括卫星位置、速度和时钟差等
信息。
2.GPS星历是导航接收机确定自身位置的基础数据，它通过计算卫星
和接收机之间的距离来推算出接收机的位置。
3.GPS星历的更新频率较高，通常每2小时更新一次，以确保定位的
准确性。
二、GPS星历的数据格式
1.GPS星历数据有两种格式：广播星历和精密星历。
2.广播星历是由GPS卫星通过无线信号广播给全球的接收机，它包含
了卫星的序号、健康状态、位置、速度、时钟差等信息。
3.精密星历是由地面控制站通过测量卫星信号并进行数据处理得到的，它比广播星历更加精确，能够提供更准确的定位结果。
三、GPS星历的更新和分发
1.GPS星历的更新是由GPS卫星和地面控制站共同完成的，地面控制
站负责测量卫星信号并计算星历参数，然后将更新后的星历数据上传到卫
星中。
2.更新后的星历数据由卫星广播给全球范围内的接收机，接收机通过
接收到的星历数据确定卫星的位置和时钟差等参数。
3.接收机还可以通过互联网等方式获取精密星历，以提高定位的准确性。
四、GPS星历的使用和影响因素
1.GPS星历是导航接收机定位的重要数据源，它直接影响到定位的准确性和可靠性。
2.GPS星历的准确性受多种因素影响，包括卫星的状态、地球引力、大气层延迟、信号干扰等。
3.对于移动接收机，由于接收到的卫星信号会不断变化，因此定位的准确性也会随着时间的推移而下降，需要及时更新GPS星历。
五、GPS星历的维护和管理
1.GPS星历的维护和管理是由GPS系统的运营商负责的，他们负责收集、处理和分发星历数据。
GPS卫星的星历、GPS卫星信号及GPS的导航电
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7
GPS用户通过卫星广播星历，可以获得16个卫 星星历参数。其中，1个参考时刻，6个相应参考时 刻的开普勒轨道参数和9个摄动力影响的参数。这 些参数的定义如表所列。其中AODE表示从最后一 次注入电文起外推星历时的外推时间间隔，它反映
了外推星历的可靠程度。有关卫星实际轨道的描述 如图所示。根据上述数据，便可外推出观测时刻t的 轨道参数，从而可计算卫星在不同参考系中的相应 坐标。
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2
1 预报星历
所谓预报星历就是卫星GPS将含有轨道 信息的导航电文发送给用户接收机，然后经 过解码获得的卫星星历。所以，这种星历也 称为广播星历。预报星历通常包括相对某一 参考历元的开普勒轨道参数以及必要的轨道 摄动改正项参数。
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3
对应于某参考历元的卫星开普勒轨道参数，也 叫参考星历，它是根据GPS监测站约一周的观测资 料推算的。参考星历只代表卫星在参考历元的瞬时 轨道参数（也称为密切轨道参数），但是在摄动力 的影响下，卫星的实际轨道，随后将偏离其参考轨 道，偏离的程度主要决定于观测历元与所选参考历 元间的时间差。一般而言，用轨道参数的摄动项对 已知的卫星参考星历加以改正，就可以外推出任意 观测历元的卫星星历。
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6
若将上述计算参考星历的参考历元 选在2
次更新星历的中央时刻，则外推的时间间隔最大 将不会超过0.5h，从而可以在采用同样摄动力模 型的情况下有效地保持外推轨道参数的精度。目 前，预报星历的精度一般估计为20m～40m。由于 预报星历每小时更新一次，因此，在数据更新前 后，各表达式之间将会产生小的跳跃，其值可达 数分米。对此，一般可利用适当的拟合技术（切 比雪夫多项式）予以平滑。
第4章 卫星运动与卫星星历
30
GPS卫星星历
一组描述卫星运动及其轨道的参数 通过卫星发射的含有轨道信
来自百度文库
预报星历(广播星历)
息的导航电文传递给用户的
后处理星历(精密星历)
根据地面跟踪站所获得的精 密观测资料计算而得到的
31 BACK
GPS卫星广播星历预报参数及其定义
参数 Toe（s） IODE(AODE) M0（rad） n（rad/s） e 参数定义 星历表参考历元(秒) 星历表数据量(N) 按参考历元toe计算的平近点角(弧度) 由精密星历计算得到的卫星平均角速度与按给定参数计算所得的平 均角速度之差(弧度) 轨道偏心率 轨道长半径的平方根 按参考历元toe计算的升交点赤径(弧度) 按参考历元知计算的轨道倾角(弧度) 近地点角距(弧度) 升交点赤径变化率(弧度/秒) 轨道倾角变化率(弧度/秒) 升交距角(+fS)的余弦调和项改正的振幅(弧度) 升交距角(+fS)的正弦调和项改正的振幅(弧度) 轨道半径的余弦调和项改正的振幅(米) 轨道半径的正弦调和项改正的振幅(米) 轨道倾角的余弦调和项改正的振幅(弧度) 轨道倾角的正弦调和项改正的振幅(弧度)
9
开普勒第一定律
卫星运动的轨道是一个椭圆，而该椭 圆的一个焦点与地球的质心相重合
10
开普勒第二定律
卫星在过地球质心的平面内运动，其向径 在相同的时间内所扫过的面积相等。
子情境3GPS卫星星历
一、预报星历 由卫星向用户播发。可用于实时定位。分C/A
码星历和P码星历。 内容分三部分，开普勒六参数（P35表2.3中六
至十一行）、轨道摄动九参数（P35中十二行 至P36六行）、时间二参数（P35四、五行）。
预报星历的内容：
1.开普勒六参数
站隔观 ，A测O数D据E=的t最oe-后tL观。测时刻tL到toe的时间间
二、后处理星历
国际组织、国家、城市、仪器制造 商等由自已的跟踪站观测数据推算，由 网络、手机、电视、光盘、磁带等介质 以免费或收费的方式向用户提供。一般 不能实时定位。
利用精密星历及其它手段进行精密 单点定位，精度可达0.1m。
as ,e, i0, ωs, Ω0, M0
春分 点
Ω0——星期日子夜零时的 格林威治子午面与参考
时刻toe时的升交点所在 子午面之间的夹角。
) GAST(t
地心
Ω
oe
Ω
o
Leabharlann Baidutoe 时 升交点
0
to 时格林 威治
2)轨道摄动九参数
2.时间二参数 toe——星期日子夜零时起算的星历参考时刻。
取值范围：0~604800s。 AODE——数据龄期，即用于推算星历的监测
卫星的运动卫星相关参数,摄动力,星历,卫星位置的计算
卫星的运动卫星相关参数,摄动⼒,星历,卫星位置的计算卫星的轨道
⼀、基本概念：轨道；卫星轨道参数；正常轨道；摄动轨道
⼆、卫星的正常轨道及位置的计算
1.开普勒三定律
2.三种近点⾓
3.卫星轨道六参数
4.卫星的在轨位置计算
1.开普勒（Johannes Kepler）三定律
开普勒第⼀定律
⼈造地球卫星的运⾏轨道是⼀个椭圆，均质地球位于该椭圆的⼀个焦点上。
开普勒第⼆定律
卫星向径在相同时间内所扫过的⾯积相等。
开普勒第三定律
卫星环绕地球运⾏的周期之平⽅正⽐于椭圆轨道长半轴的⽴⽅。
2.三种近点⾓
真近点⾓
当卫星处于轨道上任⼀点s时，卫星的在轨位置便取决于sop⾓，这个⾓就被称为真近点⾓，以f表⽰。
偏近点⾓
若以长半轴a做辅助圆，卫星s在该辅助圆上的相应点为s’，连接s’o’，s’o’p
⾓称为偏近点⾓，以E表⽰。
平近点⾓
在轨卫星从过近地点时元t p开始，按平均⾓速度n0运⾏到时元t的弧，称为平近点⾓。
3.卫星轨道六参数
长半轴（a）—— 卫星椭圆轨道的长半轴；
偏⼼率（e）—— 卫星椭圆轨道的偏⼼率，是焦距的⼀半与长半轴的⽐值；
真近点⾓（f）——在椭圆轨道上运⾏的卫星S，其卫星向径OS与以焦点O指向近地点P的极轴OP的夹⾓。
轨道平⾯倾⾓（i）—— 卫星轨道平⾯与天球⾚道平⾯的夹⾓；
升交点⾚经（Ω）—— 升交点（N），是由南向北飞⾏的卫星，其轨道与天球⾚道的交点。地球环绕太阳公转的⼀圈中有⼀个点（即⽇历上表⽰的春分时间），它反映在天球⾚道平⾯上的固定位置，叫做春分点。升交点⾚经是春分点轴向东度量到升交点的弧度；
近地点⾓距（ω）—— 是由升交点轴顺着卫星运⾏⽅向度量到近地点的弧长.
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精密星历文件示例
区别
星历类型
获取方法 由导航电文实 时地得到 事后由第三方 提供
预报星历
• 预报星历，是通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文传 递给用户的，用户接收机接收到这些信号，经过解码便可 获得所需要的卫星星历，所以这种星历也叫做广播星历。 • 广播星历参数：共有16个，其中包括1个参考时刻，6个对 应参考时刻的开普勒轨道根数和9个反映摄动力影响的参 数。这些参数通过GPS卫星导航电文传递给用户。每两个 小时更新一次；目前广播星历所给出卫星的点位中误差为 5-7m。
广播星历文件示例
广播星历参数详解
后处理星历
• 后处理星历，一些组织根据各wk.baidu.com建立的卫星跟踪站所获得 的对GPS卫星的精密观测资料，应用与确定广播星历相似 的方法而计算得到的卫星星历。它不是GPS卫星直接播发 的，而是由第三者提供给用户的GPS星历。
– ftp://garner.ucsd.edu/pub
精度
时间间隔
卫星位置计算方法
预报星历
低
2h 15min
用轨道参数来计算
后处理星历
高
插值
GPS卫星星历
• 概述
– 卫星的星历，是描述卫星运行轨道的一组数据。利用GPS定 位，就是根据已知的卫星轨道信息和用户的观测资料，通过 数据处理来确定接收机的位置和速度。所以，精确的描述轨 道的星历，是实现精确定位与导航的基础。
• GPS卫星星历的分类
– 预报星历（广播星历） – 后处理星历（精密星历）