GPS原理与应用第3章卫星运动的基础知识PPT课件
合集下载
GPS课件第三章卫星运动基础及GPS卫星
卫星运动基础及GPS GPS卫星星历 第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历
本章需学习的内容： 本章需学习的内容： 3.1 概述 卫星的无摄运动( 3.2 卫星的无摄运动(弄清二体问题的六个轨 道参数) 道参数) 3.3 卫星的受摄运动 GPS卫星星历 星历参数有哪些) 卫星星历( 3.4 GPS卫星星历(星历参数有哪些)
摄动力为非保守力时牛顿受摄运动方程
摄动力产生的三个加速度分量为S、T、W，轨道参数对 摄动力产生的三个加速度分量为S 时间的变化率为： 时间的变化率为： 2 da = [ e sin V ⋅ S + (1 + e cos V )T ], 2 dt n 1− e
de 1− e2 = [sin V ⋅ S + (cos E + cos V )T ], dt na di r cos( ω + V ) dΩ r cos( ω + V ) = W, = W, 2 2 2 2 dt dt na 1− e na 1 − e sin i dω = dt r dΩ 1− e2 [ − cos V ⋅ S + (1 + sin V ⋅ T )] − cos i , nae p dt
卫星的无摄运动—二体问题 3.2 卫星的无摄运动 二体问题
为轨道的长半径,e a 为轨道的长半径,e 为 轨道椭圆偏心率， 轨道椭圆偏心率，这 两个参数确定了开普 勒椭圆的形状和大小。 为升交点赤经： Ω为升交点赤经：即地球 赤道面上升交点与春 分点之间的地心夹角。 为轨道面倾角： i为轨道面倾角：即卫星 轨道平面与地球赤道 面之间的夹角。这两 个参数唯一地确定了 卫星轨道平面与地球 x 体之间的相对定向。
本章需学习的内容： 本章需学习的内容： 3.1 概述 卫星的无摄运动( 3.2 卫星的无摄运动(弄清二体问题的六个轨 道参数) 道参数) 3.3 卫星的受摄运动 GPS卫星星历 星历参数有哪些) 卫星星历( 3.4 GPS卫星星历(星历参数有哪些)
摄动力为非保守力时牛顿受摄运动方程
摄动力产生的三个加速度分量为S、T、W，轨道参数对 摄动力产生的三个加速度分量为S 时间的变化率为： 时间的变化率为： 2 da = [ e sin V ⋅ S + (1 + e cos V )T ], 2 dt n 1− e
de 1− e2 = [sin V ⋅ S + (cos E + cos V )T ], dt na di r cos( ω + V ) dΩ r cos( ω + V ) = W, = W, 2 2 2 2 dt dt na 1− e na 1 − e sin i dω = dt r dΩ 1− e2 [ − cos V ⋅ S + (1 + sin V ⋅ T )] − cos i , nae p dt
卫星的无摄运动—二体问题 3.2 卫星的无摄运动 二体问题
为轨道的长半径,e a 为轨道的长半径,e 为 轨道椭圆偏心率， 轨道椭圆偏心率，这 两个参数确定了开普 勒椭圆的形状和大小。 为升交点赤经： Ω为升交点赤经：即地球 赤道面上升交点与春 分点之间的地心夹角。 为轨道面倾角： i为轨道面倾角：即卫星 轨道平面与地球赤道 面之间的夹角。这两 个参数唯一地确定了 卫星轨道平面与地球 x 体之间的相对定向。
GPS第三章教程
地球质心引力（中心引力） 密度均匀或由无限多密度 地球质心引力（中心引力）:密度均匀或由无限多密度 均匀的同心球层所构成的圆球，称之为二体问题。 均匀的同心球层所构成的圆球，称之为二体问题。 摄动力（ 量级） 非球形对称的地 摄动力（非中心引力仅为 10-3量级）:非球形对称的地 球引力， 月引力,大气阻力 太阳光压,地球潮汐力 大气阻力,太阳光压 球引力，日、月引力 大气阻力 太阳光压 地球潮汐力 各项作用力均小于10 。 等(各项作用力均小于 -5 )。 各项作用力均小于
Y0
m r
v(t) M
X0 P
x0 cos v ( t ) y = r sin v ( t ) 0 z0 0
2、卫星在天球坐标系中的位置
确定卫星在天球坐标系中的位置，需要轨道参数Ω、ωs 和i。 天球坐标系与轨道直角坐标系的原点都是地球质心，只是坐 标轴指向不相同。为了使两个坐标系相一致，需要将坐标轴 依次作如下旋转： 1.轨道直角坐标系绕Z0轴旋转角度ωs，使得X0轴指向升交点。 2.绕X0轴旋转角度i，使Z0轴与天球坐标系Z轴重合。 3.绕Z0轴旋转角度Ω，使X0轴与天球坐标系X轴重合。
Axis）。 es——轨道椭圆偏心率（eccentricity）。 i —— 轨 道 面 倾 角 （ inclination of orbit）。 Ω—— 升 交 点 赤 经 （ right ascension of ascending node）。 ωs—— 近 地 点 角 距 （ argument of perigee）。 τ0——卫星过近地点的时刻（Epoch of X perigee passage）。 这6个参数用来描述卫星的运动。它们的 大小取决于卫星的发射条件。
Y0
m r
v(t) M
X0 P
x0 cos v ( t ) y = r sin v ( t ) 0 z0 0
2、卫星在天球坐标系中的位置
确定卫星在天球坐标系中的位置，需要轨道参数Ω、ωs 和i。 天球坐标系与轨道直角坐标系的原点都是地球质心，只是坐 标轴指向不相同。为了使两个坐标系相一致，需要将坐标轴 依次作如下旋转： 1.轨道直角坐标系绕Z0轴旋转角度ωs，使得X0轴指向升交点。 2.绕X0轴旋转角度i，使Z0轴与天球坐标系Z轴重合。 3.绕Z0轴旋转角度Ω，使X0轴与天球坐标系X轴重合。
Axis）。 es——轨道椭圆偏心率（eccentricity）。 i —— 轨 道 面 倾 角 （ inclination of orbit）。 Ω—— 升 交 点 赤 经 （ right ascension of ascending node）。 ωs—— 近 地 点 角 距 （ argument of perigee）。 τ0——卫星过近地点的时刻（Epoch of X perigee passage）。 这6个参数用来描述卫星的运动。它们的 大小取决于卫星的发射条件。
《gps原理》课件
和准确性。
05
GPS实践与应用案例
GPS在智能交通中的应用
总结词
智能交通系统
详细描述
GPS技术在智能交通系统中发挥着重要作用，如实时交通信息采集、车辆定位与导航、 智能调度等，有效提高了交通效率和安全性。
GPS在精准农业中的应用
总结词
精准农业管理
详细描述
GPS技术结合现代农业技术，实现了精准农业管理，包括土地测绘、农田信息 采集、精准施肥和灌溉等，提高了农业生产效率和资源利用率。
数据处理与分析
总结词
高效的数据处理和分析能力是提升GPS应用 效果的关键环节。
详细描述
随着GPS数据的海量增长，如何高效地处理 和分析这些数据成为一个挑战。通过改进数 据处理算法、开发高效的数据分析工具，能 够更好地挖掘GPS数据的价值，提升其在不 同领域的应用效果。同时，数据处理和分析 技术的发展也有助于提高GPS数据的实时性
紧急救援
在灾害救援和紧急情况下，GPS可以帮助救援人员快速定位并找到受困者。
04
GPS发展前景与挑战
技术创新与升级
总结词
随着GPS技术的不断发展，技术创新和升 级是推动其持续发展的关键。
VS
详细描述
技术创新是GPS技术不断进步的源泉，包 括提高定位精度、增强抗干扰能力、优化 信号结构等方面。通过技术创新，GPS技 术能够更好地满足不同领域的需求，并拓 展更广泛的应用场景。
05
GPS实践与应用案例
GPS在智能交通中的应用
总结词
智能交通系统
详细描述
GPS技术在智能交通系统中发挥着重要作用，如实时交通信息采集、车辆定位与导航、 智能调度等，有效提高了交通效率和安全性。
GPS在精准农业中的应用
总结词
精准农业管理
详细描述
GPS技术结合现代农业技术，实现了精准农业管理，包括土地测绘、农田信息 采集、精准施肥和灌溉等，提高了农业生产效率和资源利用率。
数据处理与分析
总结词
高效的数据处理和分析能力是提升GPS应用 效果的关键环节。
详细描述
随着GPS数据的海量增长，如何高效地处理 和分析这些数据成为一个挑战。通过改进数 据处理算法、开发高效的数据分析工具，能 够更好地挖掘GPS数据的价值，提升其在不 同领域的应用效果。同时，数据处理和分析 技术的发展也有助于提高GPS数据的实时性
紧急救援
在灾害救援和紧急情况下，GPS可以帮助救援人员快速定位并找到受困者。
04
GPS发展前景与挑战
技术创新与升级
总结词
随着GPS技术的不断发展，技术创新和升 级是推动其持续发展的关键。
VS
详细描述
技术创新是GPS技术不断进步的源泉，包 括提高定位精度、增强抗干扰能力、优化 信号结构等方面。通过技术创新，GPS技 术能够更好地满足不同领域的需求，并拓 展更广泛的应用场景。
GPS卫星定位原理及其应用.ppt课件
10/20/2023
10
减弱对流层折射改正项残差影响的主要措施
1.尽可能充分地掌握观测站周围地区的实时气象资料。
2.利用水汽辐射计，准确地测定电磁波传播路径上的水汽 积累量，以便精确的计算大气湿分量的改正项。
3.利用相对定位的差分法来减弱对流层大气折射的影响。
4.完善对流层大气折射改正模型。
10/20/2023
初相角 角频率 振幅
10/20/2023
7
电磁波传播中常用公式的转换
10/20/2023
8
大气层对电磁波传播的影响
根据电磁波传播的不同影响，一般可将大气层分为： 1.对流层
系指从地面上约40Km范围内的大气底层。 对流层具有很强的对流作用，云、雾、雨、雪、风
等主要天气现象，均出现在其中，这些对电磁波的
载 波 L1 的 波 长 为 19 cm ，L2 的 波 长为 24 cm
接收仪将接收到的卫星载波 信 号的 相 位 与 其 自 身 产 生 的 参 考 载 波信 号 的 相 位 进 行 比 较
接 收 仪 开 机 后，相 位 整 周 数 未 知 (带 有 整 周 模 糊 度 )
跟踪卫星时间较长时距离的 变 化可 以 测 定 ( 整 周 数 保 持 不变)
接收到的 卫 星相位
接收仪复制 出 的相位
T
D=c
10/20/2023
第03章 卫星运动基础及GPS卫星星历
星绕地球运动的基本规律.卫星在上述地球引力场中的无
摄运动称为开普勒运动, 其规律可用开普勒定律来描述。
G P S 测 量 原 理 及 应 用
第一定律（椭圆定律）：卫星沿一个椭圆轨道环绕地球，
而椭圆的一个焦点与地球质心重合。 中心引力场中，卫星绕地球运行的轨道面是一个通过地 球质心的平面，形状和大小不变，卫星离地球质心最远 的点为远地点， 卫星离地球质心最近的点为近地点。在
将这组参数的惯用符号及其定义，综合介绍如下：
——升交点的赤经，即在地球赤道平面上，升交点与
春分点之间的地心夹角(升交点，即当卫星由南向北运行时轨道与地球 赤道面的一个交点)。 i——轨道面的倾角，即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。 上两个参数，唯一地确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向， 称之为轨道平面定向参数。 s——近地点角距，即在轨道平面上，升交点与近地点之间的地心 夹角，这一参数表达了开普勒椭圆在轨道面上的定向，称之为轨道椭 圆定向参数。 在此，参数as、es、、i、s和fs (V)所构成的坐标系统，通常称为轨道 坐标系统。其中，参数as、es、、i、s的大小，是由卫星的发射条件
2 影响卫星运行轨道的因素
G P S 测 量 原 理 及 应 用
GPS地球卫星在空间绕地球运行，除受地球引力作用外，
还受到日、月和其它天体的引力影响，以及太阳光压、大气 阻力和地球潮汐力等因素的影响。卫星的实际轨道变得非常 复杂，有不确定性，无法用简单而精确的数学模型描述。 各种作用力中， 地球引力的影响最大，其他作用力的影响
卫星定位导航系统原理及应用第三讲
GPS政策分析
美国政府建立GPS的首要目的是提供一个精 密的军用导航系统,以维持其军事优势,GPS的民用 只是副产品。
美国政府在GPS设计中计划提供两种服务务: 一种为精密定位服务（PPS）,利用P码进行定位, 只提供给本国及其盟国的军方和得到特许的民间用 户使用,估计其定位精度为10m.
另一种为标准定位服务(SPS),利用C/A码定位, 提供给民间用户使用。由于C/A码作为捕获P码之 前的前导码,是一种粗捕获的明码,因此估计SPS的 定位精度约为400m。
卫星数目（颗） 轨道数（个） 卫星运行周期(min) 卫星时钟稳定度
NNSS 150，400
约1000
5~6 6
107 10-11
GPS 1227.6，1575.42
约20200
21+3 6
720 10-13
★GPS在导航方面具有极高的应用价值,它从根 本上解决了人类在地球上和近地空间的导航 和定位问题。在海上，它可用于海上协同作 战、海洋交通管制、海洋测量、海洋石油勘 探、海洋捕鱼、浮标建立、管道和电缆铺设、 海岛暗礁定位、海轮进出港导航等方面；在 空中,它可用于飞机进场着陆、航线导航、空 中加油、武器准确投掷及空中交通管制等方 面；在陆地，它可用于各种车辆、坦克、陆 军部队、炮兵、空降兵和步兵的定位。
GPS系统组成
GPS信号接收机
《GPS定位系统》课件
《GPS定位系统》PPT课 件
GPS定位系统是一种使用全球卫星导航系统来确定位置的技术。通过介绍 GPS定位系统的概述、构成、工作原理、应用领域、优缺点和发展前景，本 课件将带您深入了解这一重要技术。
什么是GPS定位系统
• GPS系统概述 • GPS定位与原理 • GPS定位技术的应用领域
GPS定位系统的构成
GPS定位系统的优缺点
优点
• 便捷准确 • 大范围覆盖 • 全天候使用
缺点
• 受信号干扰 • 定位误差存在 • 隐私问题
GPS定位系统的发展前景
发展趋势
• 定位精度提升 • 应用领域拓展 • 技术与智能设备结合
发展方向
• 增强定位性能 • 解决现有问题 • 保护用户隐私
结论
1 GPS定位系统的重要性
GPS硬件构成
卫星
GPS软件构成
软件平台
GPS硬件构成
接收机
GPS软件构成
策略与算法
GPS定位系统工作原理
Βιβλιοθήκη Baidu
1 GPS信号传输原理
通过卫星传输GPS信号到接收机
3 GPS信号处理原理
对接收到的GPS信号进行处理和计算
2 GPS信号接收原理
接收机接收并解读GPS信号
GPS定位系统的应用
• 军事领域 • 民用领域 • 科学领域
GPS定位系统在各领域发挥着重要作用，推动了现代导航和定位技术的发展。
GPS定位系统是一种使用全球卫星导航系统来确定位置的技术。通过介绍 GPS定位系统的概述、构成、工作原理、应用领域、优缺点和发展前景，本 课件将带您深入了解这一重要技术。
什么是GPS定位系统
• GPS系统概述 • GPS定位与原理 • GPS定位技术的应用领域
GPS定位系统的构成
GPS定位系统的优缺点
优点
• 便捷准确 • 大范围覆盖 • 全天候使用
缺点
• 受信号干扰 • 定位误差存在 • 隐私问题
GPS定位系统的发展前景
发展趋势
• 定位精度提升 • 应用领域拓展 • 技术与智能设备结合
发展方向
• 增强定位性能 • 解决现有问题 • 保护用户隐私
结论
1 GPS定位系统的重要性
GPS硬件构成
卫星
GPS软件构成
软件平台
GPS硬件构成
接收机
GPS软件构成
策略与算法
GPS定位系统工作原理
Βιβλιοθήκη Baidu
1 GPS信号传输原理
通过卫星传输GPS信号到接收机
3 GPS信号处理原理
对接收到的GPS信号进行处理和计算
2 GPS信号接收原理
接收机接收并解读GPS信号
GPS定位系统的应用
• 军事领域 • 民用领域 • 科学领域
GPS定位系统在各领域发挥着重要作用，推动了现代导航和定位技术的发展。
《GPS实时动态定位》课件
软件系统
实时动态定位系统需要软件来解析和处理卫星信号，计算出定位结果，并提供导航服务。
实时性能测试
为了确保实时动态定位系统的准确性和可靠性，需要进行实时性能测试，验证系统的运行效 果。
实时动态定位应用
1
船舶导航
2
船舶使用GPS系统进行导航，提高航行安全
性和减少事故风险。
3
个人定位服务
4
GPS技术还可用于个人定位服务，如手机定 位和社交媒体定位功能。
《GPS实时动态定位》
这个PPT课件将向您介绍实时动态定位的基本原理和应用。通过精彩的图片和 详细的解释，帮助您了解GPS技术在现代生活中的重要性和广泛应用。
概述
GPS技术是全球卫星导航系统的缩写，它能够提供全球范围内的实时定位和导 航服务。本节将简要介绍GPS技术的基本原理和实时动态定位的定义和意义。
GPS基本原理
1 卫星轨道和数目
GPS系统由一组卫星组成，它们分布在地球轨道上，并通过接收和发送信号来实现定位功 能。
2 GPS接收原理
GPS接收器接收卫星发出的信号，并根据信号的延迟和频率变化来计算出自身的位置。
3 GPS数据处理原理
接收到的GPS信号被处理，并与地图和其他数据进行比对，从而确定准确的位置信息。
实时动态定位算法
单点定Βιβλιοθήκη Baidu算法
通过接收多个卫星信号，使用三 角测量方法计算出接收器的精确 位置。
实时动态定位系统需要软件来解析和处理卫星信号，计算出定位结果，并提供导航服务。
实时性能测试
为了确保实时动态定位系统的准确性和可靠性，需要进行实时性能测试，验证系统的运行效 果。
实时动态定位应用
1
船舶导航
2
船舶使用GPS系统进行导航，提高航行安全
性和减少事故风险。
3
个人定位服务
4
GPS技术还可用于个人定位服务，如手机定 位和社交媒体定位功能。
《GPS实时动态定位》
这个PPT课件将向您介绍实时动态定位的基本原理和应用。通过精彩的图片和 详细的解释，帮助您了解GPS技术在现代生活中的重要性和广泛应用。
概述
GPS技术是全球卫星导航系统的缩写，它能够提供全球范围内的实时定位和导 航服务。本节将简要介绍GPS技术的基本原理和实时动态定位的定义和意义。
GPS基本原理
1 卫星轨道和数目
GPS系统由一组卫星组成，它们分布在地球轨道上，并通过接收和发送信号来实现定位功 能。
2 GPS接收原理
GPS接收器接收卫星发出的信号，并根据信号的延迟和频率变化来计算出自身的位置。
3 GPS数据处理原理
接收到的GPS信号被处理，并与地图和其他数据进行比对，从而确定准确的位置信息。
实时动态定位算法
单点定Βιβλιοθήκη Baidu算法
通过接收多个卫星信号，使用三 角测量方法计算出接收器的精确 位置。
GPS卫星定位原理及其应用GPS定位技术的应用 ppt课件
择车辆） 搜索功能（搜索指定车辆、指定区域内的车辆、指定单位
(地点)附近的所有车辆，指定组号的所有在网车辆） 定位功能（车辆与目的地的） 地图的编辑功能
25.04.2020
6
2．基本的GPS功能
GPS信号的接收与处理
计算并向移动用户发送差分改正量（伪距或位置）
3．其他功能
接收并处理移动用户发送过来的信息
25.04.2020
13
（2）原理
本系统采用以端对端和端对中心互联网通信共 存的两种方式来实现GPS智能终端与监控调度中心 之间信息相互传输，借助于GIS软件平台和数据平 台按照一定的算法作出决策判断，发出监控调度 指令，响应、处理调度结果，并将有关数据汇总、 存档、输出、检查与分析。
25.04.2020
25.04.2020
12
2.系统的组成原理
（1）组成 监控调度中心：整个系统的通信核心，负责与
移动智能终端的信息交换，提供友好界面，满 足监控调度高效管理要求。 无线通讯网络：监控调度中心与移动目标之间 的数据传输通道，利用现有GSM网络既保证数据 传输稳定性，又减少投资。 移动智能终端:用于接收 GPS定位信号与调度信 息，发送车辆状态检测信息，它是通过GSM短信 通道与监控调度中心间实现数据双向传输。
路口转向与待行距离的多媒体提示（数据与语音）
2．基本的GPS功能
(地点)附近的所有车辆，指定组号的所有在网车辆） 定位功能（车辆与目的地的） 地图的编辑功能
25.04.2020
6
2．基本的GPS功能
GPS信号的接收与处理
计算并向移动用户发送差分改正量（伪距或位置）
3．其他功能
接收并处理移动用户发送过来的信息
25.04.2020
13
（2）原理
本系统采用以端对端和端对中心互联网通信共 存的两种方式来实现GPS智能终端与监控调度中心 之间信息相互传输，借助于GIS软件平台和数据平 台按照一定的算法作出决策判断，发出监控调度 指令，响应、处理调度结果，并将有关数据汇总、 存档、输出、检查与分析。
25.04.2020
25.04.2020
12
2.系统的组成原理
（1）组成 监控调度中心：整个系统的通信核心，负责与
移动智能终端的信息交换，提供友好界面，满 足监控调度高效管理要求。 无线通讯网络：监控调度中心与移动目标之间 的数据传输通道，利用现有GSM网络既保证数据 传输稳定性，又减少投资。 移动智能终端:用于接收 GPS定位信号与调度信 息，发送车辆状态检测信息，它是通过GSM短信 通道与监控调度中心间实现数据双向传输。
路口转向与待行距离的多媒体提示（数据与语音）
2．基本的GPS功能
3卫星运动基础
4、开普勒方程
开普勒三大定律
开普勒第一定律：所有的行星绕 太阳运动的轨道都是椭圆，太阳 处在所有椭圆的一个焦点上。
3.2
卫星的无摄运动
（Kepler's Three Laws of Planetary Motion ） 一、开普勒第一定律 行星绕太阳运行轨道是一个椭圆，太阳位于该椭圆的一个焦点上。
卫星
r v(t)
远地点 地球 近地点
a s (1 es 2 ) r 1 es cos v (t )
开普勒第一定律
• 开普勒第二定律：对于每一个行星而言，太 阳和行星的连线在相等时间内扫过的面积相 等
远地点
近地点 地心
• 开普勒第三定律：所有行星轨道的半长轴的 三次方跟公转周期的二次方的比值都相等
地球质心引力/中心引力：将地球看做密度均 匀或由无限多密度均匀的同心球层构成，等 效地球质量集中球心产生的引力。
实际
非中心引力/摄动力
非中心引力/摄动力 量级为10-3
3.1 概述
卫星的无摄运动与受摄运动
♣卫星运动不仅受地心引力的作用， 而且还受到非地心引力、日月引力、 行星引力、太阳光压、地球潮汐、 大气阻力等影响。除地心引力外的 其它作用力称为摄动力 ♣只考虑地心引力的卫星运动叫无摄 运动，考虑其它作用力的卫星运动 叫受摄运动
参考历元的卫星开普勒轨道参数 称为参考星历（或密切轨道参数）， 是根据GPS监测站约1周的监测资料 推算的 参考星历只代表卫星在参考历元 的瞬时轨道参数（或密切轨道参数） 卫星将某一初始历元的轨道参数 及变率发给用户，即可计算任一时 刻的卫星位置
GPS测量原理及应用GPS卫星定位基本原理
X2Y2Z2 Rearth阈值
GPS定位的方法与观测量>定位方法的分类
二、定位方法的分类
• 1、按照参考点的不同位置分：
– 绝对定位（单点定位） – 相对定位
• 2、按用户接收机在作业中所处状态分：
– 静态定位 – 动态定位
• 另外在绝对定位和相对定位中，又都包含静态与 动态两种形式。
GPS定位的方法与观测量>定位方法的分类
R(t)T 1TU(tt)U'(t)dt
从上面的讨论可以看出
• （1）将接收到的来自卫星的测距码和延迟 后的由接收机所产生的复制码相乘，并在 某一时间间隔T（T≥t0）中进行积分，积分 平均值即为R（t）。
• （2）不断调整接收机延迟时间至R（t）最 大即可得到信号传播时间。
• （3）如果R（t）值的最大值和最小值相差△，而 R（t）的分辨率是△/M，则两个码序列对齐的精 度可达△/M个码位，目前M的实际值为50-200。
第五章
GPS卫星定位 基本原理
详细介绍利用GPS进行伪距测量和载波相位测量的原理。并 介绍GPS绝对定位和相对定位的方法。
§1 GPS定位的方法
GPS定位的方法与观测量>概述
一、概述
• 1、定位原理：
– 测距交会
• 2、进行定位的两个条件：
– 测距信号 – 导航电文
• 利用测距信号确定站星距离 • 利用导航电文确定卫星位置
GPS定位的方法与观测量>定位方法的分类
二、定位方法的分类
• 1、按照参考点的不同位置分：
– 绝对定位（单点定位） – 相对定位
• 2、按用户接收机在作业中所处状态分：
– 静态定位 – 动态定位
• 另外在绝对定位和相对定位中，又都包含静态与 动态两种形式。
GPS定位的方法与观测量>定位方法的分类
R(t)T 1TU(tt)U'(t)dt
从上面的讨论可以看出
• （1）将接收到的来自卫星的测距码和延迟 后的由接收机所产生的复制码相乘，并在 某一时间间隔T（T≥t0）中进行积分，积分 平均值即为R（t）。
• （2）不断调整接收机延迟时间至R（t）最 大即可得到信号传播时间。
• （3）如果R（t）值的最大值和最小值相差△，而 R（t）的分辨率是△/M，则两个码序列对齐的精 度可达△/M个码位，目前M的实际值为50-200。
第五章
GPS卫星定位 基本原理
详细介绍利用GPS进行伪距测量和载波相位测量的原理。并 介绍GPS绝对定位和相对定位的方法。
§1 GPS定位的方法
GPS定位的方法与观测量>概述
一、概述
• 1、定位原理：
– 测距交会
• 2、进行定位的两个条件：
– 测距信号 – 导航电文
• 利用测距信号确定站星距离 • 利用导航电文确定卫星位置
第3章 卫星运动基础及GPS卫星星历-PPT课件
在摄动力作用下的卫星的运动称为受摄运动，由此所 决定的卫星轨道称为卫星的受摄运动轨道。
第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历
◆研究卫星运行的基本方法：考虑到摄动力的 影响相对较小，因此对于卫星运行轨道的分析一 般分为两步。首先，在上述理想的地球引力场中， 只考虑地球质心引力的作用，来研究卫星的无摄 运动规律，并描述卫星轨道的基本特征；其次， 研究各种摄动力对卫星运动的影响，并对卫星的 无摄轨道加以修正，从而确定卫星受摄运动轨道 的瞬时特征。
第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历
解式（3-2），得卫星绕地球质心运动的轨道方程：
ras(1es2) r 1escofss
（ 33）
ห้องสมุดไป่ตู้
式中, r为卫星的地心距离；as为开普勒椭圆的长半径， es为开普勒椭圆的偏心率；fs为真近点角，它描述了任意 时刻，卫星在轨道上，相对近地点的位置，是时间的函数，
第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历
就地球引力场的影响来说，可以首先把地球视 为一匀质球体，并在相应的理想引力场中，来研 究卫星运动的轨道，然后再考虑引力场异常的影 响。虽然实际上地球的质量分布并不均匀，其形 体也不是对称的球体，这些都将对卫星的运动产 生影响，但是这种影响，比之上述理想的匀质球 体的影响要小得多。根据分析，实际地球引力场 与上述匀质球体引力场对卫星的影响，相差仅约 为10-8级。所以，为了研究工作和实际应用的方便， 通常均把作用于卫星上的各种力，按其影响的大 小分为两类。
第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历
◆研究卫星运行的基本方法：考虑到摄动力的 影响相对较小，因此对于卫星运行轨道的分析一 般分为两步。首先，在上述理想的地球引力场中， 只考虑地球质心引力的作用，来研究卫星的无摄 运动规律，并描述卫星轨道的基本特征；其次， 研究各种摄动力对卫星运动的影响，并对卫星的 无摄轨道加以修正，从而确定卫星受摄运动轨道 的瞬时特征。
第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历
解式（3-2），得卫星绕地球质心运动的轨道方程：
ras(1es2) r 1escofss
（ 33）
ห้องสมุดไป่ตู้
式中, r为卫星的地心距离；as为开普勒椭圆的长半径， es为开普勒椭圆的偏心率；fs为真近点角，它描述了任意 时刻，卫星在轨道上，相对近地点的位置，是时间的函数，
第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历
就地球引力场的影响来说，可以首先把地球视 为一匀质球体，并在相应的理想引力场中，来研 究卫星运动的轨道，然后再考虑引力场异常的影 响。虽然实际上地球的质量分布并不均匀，其形 体也不是对称的球体，这些都将对卫星的运动产 生影响，但是这种影响，比之上述理想的匀质球 体的影响要小得多。根据分析，实际地球引力场 与上述匀质球体引力场对卫星的影响，相差仅约 为10-8级。所以，为了研究工作和实际应用的方便， 通常均把作用于卫星上的各种力，按其影响的大 小分为两类。
《GPS工作原理》课件
GPS工作原理
• GPS系统概述 • GPS工作原理基础 • GPS定位计算 • GPS应用领域 • GPS技术挑战与未来发展
目录
01
GPS系统概述
GPS定义
全球定位系统（GPS）是一种基于空间的无线电导航系统，它利用导航卫 星来提供位置、速度和时间信息。
GPS通过接收来自多颗卫星的信号，并利用这些信号来计算接收机的位置 、速度和时间。
2000年，美国政府取消 了对民用GPS信号的干扰 ，提高了GPS的定位精度 和可靠性。
GPS系统组成
空间部分
由24颗GPS卫星组成，其中21颗用于导航，3颗用于备用。
地面控制部分
包括一个主控站、一个数据注入站和多个监测站，用于监测卫星的 工作状态和轨道位置，并向卫星注入导航信息。
用户部分
包括GPS接收机和其他相关设备，用于接收卫星信号、计算位置、 速度和时间信息。
高精度应用需求
实时高精度定位
随着自动驾驶、无人机等高精度应用的发展 ，对GPS实时高精度定位的需求越来越高。
厘米级甚至毫米级精度
在某些特定领域，如测量、航空等，需要实 现厘米级甚至毫米级的定位精度。
增强技术与融合定位
增强技术
为了解决遮挡和信号干扰问题，可采用多种增强技术，如差分定位、广域差分、实时动态差分等，以提高定位精 度和可靠性。
随着技术的不断进步，GPS定位精度 不断提高。目前，民用GPS定位精度 已经达到米级甚至厘米级，能够满足 各种不同应用的需求。
• GPS系统概述 • GPS工作原理基础 • GPS定位计算 • GPS应用领域 • GPS技术挑战与未来发展
目录
01
GPS系统概述
GPS定义
全球定位系统（GPS）是一种基于空间的无线电导航系统，它利用导航卫 星来提供位置、速度和时间信息。
GPS通过接收来自多颗卫星的信号，并利用这些信号来计算接收机的位置 、速度和时间。
2000年，美国政府取消 了对民用GPS信号的干扰 ，提高了GPS的定位精度 和可靠性。
GPS系统组成
空间部分
由24颗GPS卫星组成，其中21颗用于导航，3颗用于备用。
地面控制部分
包括一个主控站、一个数据注入站和多个监测站，用于监测卫星的 工作状态和轨道位置，并向卫星注入导航信息。
用户部分
包括GPS接收机和其他相关设备，用于接收卫星信号、计算位置、 速度和时间信息。
高精度应用需求
实时高精度定位
随着自动驾驶、无人机等高精度应用的发展 ，对GPS实时高精度定位的需求越来越高。
厘米级甚至毫米级精度
在某些特定领域，如测量、航空等，需要实 现厘米级甚至毫米级的定位精度。
增强技术与融合定位
增强技术
为了解决遮挡和信号干扰问题，可采用多种增强技术，如差分定位、广域差分、实时动态差分等，以提高定位精 度和可靠性。
随着技术的不断进步，GPS定位精度 不断提高。目前，民用GPS定位精度 已经达到米级甚至厘米级，能够满足 各种不同应用的需求。
第三章-GPS的组成及信号结构(共43张PPT)
9
测距码信号>关于GPS卫星信号
一、概述
3、满足高精度定位的需要：
由于卫星信号穿过电离层时，将受到电离层的折射影响， 因此，GPS卫星发射了具有两种频率的电磁波信号，以便应用双
频观测技术计算电离层影响的改正，提高定位的精度。另外，
GPS卫星发射的电磁波还具有较高的频率，这样既提高了计算 电离层折射修正量的精度，同时也满足了用户通过测量电磁波 的多普勒频移，进行高精度测速的要求。
特点： 保密性高，是GPS卫星的军用码
码长很长，难以捕获
码元宽度为C/A码的1/10，可用于较精密的定位
测距码信号>GPS的测距码
三、GPS的测距码
3、C/A码和P码的作用：
① 为用户传送导航电文。 ② 用作测量GPS信号接收天线和GPS卫星之间距离的测距信号，
以实现导航定位的实时解算。
③ 用于识别来自不同GPS卫星而同时到达GPS信号接收天线的 GPS信号。
主要内容
回忆 GPS系统的组成
§1. GPS卫星信号的构成
§2. GPS卫星的测距码信号 §3. GPS卫星的导航电文
§4. GPS接收机根本工作原理
概述
概述>测距原理
GPS卫星测距原理
卫星信号于
“T〞时刻发 射
站星距离 = 信号传播时间×光速
GPS接收机于 “T + Δt〞收到信号
测距码信号>关于GPS卫星信号
一、概述
3、满足高精度定位的需要：
由于卫星信号穿过电离层时，将受到电离层的折射影响， 因此，GPS卫星发射了具有两种频率的电磁波信号，以便应用双
频观测技术计算电离层影响的改正，提高定位的精度。另外，
GPS卫星发射的电磁波还具有较高的频率，这样既提高了计算 电离层折射修正量的精度，同时也满足了用户通过测量电磁波 的多普勒频移，进行高精度测速的要求。
特点： 保密性高，是GPS卫星的军用码
码长很长，难以捕获
码元宽度为C/A码的1/10，可用于较精密的定位
测距码信号>GPS的测距码
三、GPS的测距码
3、C/A码和P码的作用：
① 为用户传送导航电文。 ② 用作测量GPS信号接收天线和GPS卫星之间距离的测距信号，
以实现导航定位的实时解算。
③ 用于识别来自不同GPS卫星而同时到达GPS信号接收天线的 GPS信号。
主要内容
回忆 GPS系统的组成
§1. GPS卫星信号的构成
§2. GPS卫星的测距码信号 §3. GPS卫星的导航电文
§4. GPS接收机根本工作原理
概述
概述>测距原理
GPS卫星测距原理
卫星信号于
“T〞时刻发 射
站星距离 = 信号传播时间×光速
GPS接收机于 “T + Δt〞收到信号
GPS3第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历
ɺ d (r × r ) dr ɺ d 2r ɺ ɺ = × r + r × 2 = r × r + r × ɺɺ = 0 r dt dt dt
ɺ ∴r × r = h
在惯性系中，向量的三个分量正是积分常数， 以符号A，B，C来表示，则在三维地心坐标系中：
ɺ ɺ YZ − YZ = A ɺ ɺ ZX − ZX = B ɺ ɺ XY − XY = C
二、后处理星历
后处理星历：根据地面跟踪站所获得的精密观测资 料计算而得到的星历，是一种不包含 外推误差的实测星历。 如：在我国领土内，有一些高精 度坐标的地面控制点，用地 面点交会出t时刻卫星的精确 位置。这种星历不是通过GPS 卫星的导航电文向用户传递， 而是利用磁带或通过电视、电 传、卫星通讯等方式有偿的为 所需要的用户服务。
研究卫星S绕地球O的运动，主要是研究卫 星运动状态随时间的变化规律，根据物理学中牛 顿定律可以很方便地得到二体问题的运动方程。 根据万有引力定律：
r F = (GMm / r ) r
2
G = 6.67259 × 10 −11 m 3kg −1s −2
牛顿第二定律：
F = ma = mɺɺ r
从而， 有
T 2 4π 2 （常量） = 3 GM a
卫星运行的平均角速度：
2π GM n= = T a3
结论：卫星运行的平均角速度为一常量。
ɺ ∴r × r = h
在惯性系中，向量的三个分量正是积分常数， 以符号A，B，C来表示，则在三维地心坐标系中：
ɺ ɺ YZ − YZ = A ɺ ɺ ZX − ZX = B ɺ ɺ XY − XY = C
二、后处理星历
后处理星历：根据地面跟踪站所获得的精密观测资 料计算而得到的星历，是一种不包含 外推误差的实测星历。 如：在我国领土内，有一些高精 度坐标的地面控制点，用地 面点交会出t时刻卫星的精确 位置。这种星历不是通过GPS 卫星的导航电文向用户传递， 而是利用磁带或通过电视、电 传、卫星通讯等方式有偿的为 所需要的用户服务。
研究卫星S绕地球O的运动，主要是研究卫 星运动状态随时间的变化规律，根据物理学中牛 顿定律可以很方便地得到二体问题的运动方程。 根据万有引力定律：
r F = (GMm / r ) r
2
G = 6.67259 × 10 −11 m 3kg −1s −2
牛顿第二定律：
F = ma = mɺɺ r
从而， 有
T 2 4π 2 （常量） = 3 GM a
卫星运行的平均角速度：
2π GM n= = T a3
结论：卫星运行的平均角速度为一常量。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第三章 卫星运动的基础知识
2020/11/27
1
概述
2020/11/27
1
2
3.1.1 卫星轨道在GPS定位中的意义
定义
卫星在空间运行的轨迹称为轨道 描述卫星轨道位置和状态的参数称为轨道参数
为满足精密定位的要求，卫星轨道必须有足够 精度
由于利用GPS进行导航和测量时，卫星作为位置已 知的高空观测目标
es 轨道椭圆偏心率 (eccentricity)
i 轨道面倾角
(inclination of orbit) Ω 升交点赤经
(right ascension of ascending y node)
ωs：近地点角距 (argument of perigee)
τ0：卫星过近地点的时刻 (Epoch of perigee passage)
由此可得真近点角
fS
cos fs
arctan(
sin fs
cos Es es
11es ceosSE2s sin ES 1coes2 sEinSEs eS
1 es cos Es
)
15
卫星的受摄运动
3
16
3.3.1 卫星运动的摄动力
卫星在摄动力的作用下，它的运动将偏离开普勒轨 道。
研究表明，非球形引力摄动可使GPS卫星在3小时 的弧段上，偏离无摄轨道达2km。
r
G
(M r
3
ms
)
r
远地点
bs as
fs
近地点
M ms
x2 a2
y2 b2
1
r as (1 es2 ) 1 es cos fs
8
3.2.2 卫星运动的开普勒定律②
开普勒第二定律：卫星的地心向径在单位时间内 所扫过的面积相等。
表明卫星在椭圆轨道上的运行速度是不断变化的，在 近地点处速度最大，在远地点处速度最小。
14
3.2.5真近点角fs的计算
为了计算真近点角，引入两个辅助参数
Es—偏近点角和Ms—平近点角。 Ms—是一个假设量，当卫星运动的平均角速度为n，则
M s n(t t0 )
t0为卫星过近地点的时刻，t为观测卫星时刻。 平近点角与偏近点角间存在如下关系：
Es M s es sin Es
Ts2 as3
4 2
GM
假设卫星运动的平均角速度为n，则n=2/Ts，可得
1/ 2
n
GM as3
当开普勒椭圆的长半径确定后，卫星运行的平均 角速度也随之确定，且保持不变。
10
3.2.4 开普勒轨道根数（6参数） ①
z
卫星
赤道
fs 近地
点
地心
s i
春分
升交
点
点
轨道
x
as 轨道椭圆长半轴 (Semi-major Axis)
2020/11/27
5
2 卫星的无摄运动
6
3.2.1 定义
卫星发射升至预定高度后，开始绕地球运行。假设地球
为均质球体，根据万有引力定律，卫星的引力加速度
为
r
G(
M r
3
ms
)
r
G为引力常数，M为地球质量，ms为卫星质量，r为卫 星的地心向径。
根据上式来研究地球和卫星之间的相对运动问题，在 天体力学中称为二体问题。
卫星实际运行轨道十分复杂，难以用简单而精确 的数学模型加以描述。
引力分两类：
地球质心引力（中心引力）:密度均匀或由无限多密度 均匀的同心球层所构成的圆球，称之为二体问题。
摄动力（非中心引力仅为 10-3量级）:非球形对称的地 球引力，日、月引力,大气阻力,太阳光压,地球潮汐力 等(各项作用力均小于10-5 )。
远地点
地球
近地点
12msvs2GrMs m 常数
以地球绕太阳公转为例，地球运行至近日点时（1月3日左 右），速度达到最快，日速约1°01′9.9″；在远日点时 （7月4日左右），速度达到最慢，日速约0°57′11.5″。
9
3.2.2 卫星运动的开普勒定律③
开普勒第三定律：卫星运行周期的平方与轨道椭 圆长半径的立方之比为一常量，等于GM的倒数。
2020/11/27
4
3.1.2影响卫星轨道的因素及其研究方法②
研究工作和实际应用的方便，通常分为两步：
地球在中心力的作用下的卫星运动称为无摄运动，用 以描述卫星的基本特征；
在摄动力的作用下的卫星运动称为受摄运动，相应的 卫星轨道称为受摄轨道，用以确定卫星受摄运动轨道 的瞬时特征。
该研究的优点：二体问题下的卫星运动虽然是一 种近似描述,但能得到卫星运动的严密分析解,从 而可以在此基础上再加上摄动力来推求卫星受摄 运动的轨道。
这6个参数用来描述卫星的运动，它们的大小取决于卫星的 发射条件
3.2.4 开普勒轨道根数（6参数） ②
z
卫星
赤道
fs 近地
点
地心
s i
春分
升交
点
点
轨道
x
as为轨道椭圆的长半径 es为轨道椭圆偏心率
这两个参数确定了开普勒椭圆 的形状和大小。
i为轨道面倾角：即卫星轨道 平面与地球赤道面之间的夹角。
为升交点赤经：即地球赤道 y 面上升交点与春分点之间的地
心夹角。
以上两个参数唯一地确定了卫 星轨道平面与地球体之间的相 对定向。
12
3.2.4 开普勒轨道根数（6参数） ③
z
卫星
赤道
fs 近地
点
地心
s i
春分
升交
点
点
轨道
x
s为近地点角距：即在轨道平 面上，升交点与近地点之间的 地心夹角，表达了开普勒椭圆 在轨道平面上的定向。
源自文库
引力加速度决定了卫星绕地球运动的基本规律。
卫星在上述地球引力场中的无摄运动，也称开普勒运 动，其规律可通过开普勒定律来描述。
7
3.2.2 卫星运动的开普勒定律①
开普勒第一定律：卫星运行的轨道为一椭圆，该 椭圆的一个焦点与地球质心重合
阐明了卫星运行轨道的基本形态及其与地心的关系。 由万有引力定律可得卫星绕地球质心运动的轨道方程。
为了制订GPS测量的观测计划和便于捕获卫星 发射的信号，也需要知道卫星的轨道参数，只 是其要求的精度较低。
2020/11/27
3
3.1.2影响卫星轨道的因素及其研究方法①
卫星在空间绕地球运行时，除了受地球重力场的 引力作用外，还受到太阳、月亮和其它天体的引 力影响，以及太阳光压、大气阻力和地球潮汐力 等因素影响。
fs为卫星的真近点角：即轨道 平面上卫星与近地点之间的地 心角距。该参数为时间的函数， 确定卫星在轨道上的瞬时位置。
y 由上述6个参数所构成的坐标系 统称为轨道坐标系，广泛用于 描述卫星运动。
13
3.2.5真近点角fs的计算
在描述卫星无摄运动的6个开普勒轨道参数中，只有真 近点角是时间的函数，其余均为常数。故卫星瞬间位置 的计算，关键在于计算真近点角fs 。
2020/11/27
1
概述
2020/11/27
1
2
3.1.1 卫星轨道在GPS定位中的意义
定义
卫星在空间运行的轨迹称为轨道 描述卫星轨道位置和状态的参数称为轨道参数
为满足精密定位的要求，卫星轨道必须有足够 精度
由于利用GPS进行导航和测量时，卫星作为位置已 知的高空观测目标
es 轨道椭圆偏心率 (eccentricity)
i 轨道面倾角
(inclination of orbit) Ω 升交点赤经
(right ascension of ascending y node)
ωs：近地点角距 (argument of perigee)
τ0：卫星过近地点的时刻 (Epoch of perigee passage)
由此可得真近点角
fS
cos fs
arctan(
sin fs
cos Es es
11es ceosSE2s sin ES 1coes2 sEinSEs eS
1 es cos Es
)
15
卫星的受摄运动
3
16
3.3.1 卫星运动的摄动力
卫星在摄动力的作用下，它的运动将偏离开普勒轨 道。
研究表明，非球形引力摄动可使GPS卫星在3小时 的弧段上，偏离无摄轨道达2km。
r
G
(M r
3
ms
)
r
远地点
bs as
fs
近地点
M ms
x2 a2
y2 b2
1
r as (1 es2 ) 1 es cos fs
8
3.2.2 卫星运动的开普勒定律②
开普勒第二定律：卫星的地心向径在单位时间内 所扫过的面积相等。
表明卫星在椭圆轨道上的运行速度是不断变化的，在 近地点处速度最大，在远地点处速度最小。
14
3.2.5真近点角fs的计算
为了计算真近点角，引入两个辅助参数
Es—偏近点角和Ms—平近点角。 Ms—是一个假设量，当卫星运动的平均角速度为n，则
M s n(t t0 )
t0为卫星过近地点的时刻，t为观测卫星时刻。 平近点角与偏近点角间存在如下关系：
Es M s es sin Es
Ts2 as3
4 2
GM
假设卫星运动的平均角速度为n，则n=2/Ts，可得
1/ 2
n
GM as3
当开普勒椭圆的长半径确定后，卫星运行的平均 角速度也随之确定，且保持不变。
10
3.2.4 开普勒轨道根数（6参数） ①
z
卫星
赤道
fs 近地
点
地心
s i
春分
升交
点
点
轨道
x
as 轨道椭圆长半轴 (Semi-major Axis)
2020/11/27
5
2 卫星的无摄运动
6
3.2.1 定义
卫星发射升至预定高度后，开始绕地球运行。假设地球
为均质球体，根据万有引力定律，卫星的引力加速度
为
r
G(
M r
3
ms
)
r
G为引力常数，M为地球质量，ms为卫星质量，r为卫 星的地心向径。
根据上式来研究地球和卫星之间的相对运动问题，在 天体力学中称为二体问题。
卫星实际运行轨道十分复杂，难以用简单而精确 的数学模型加以描述。
引力分两类：
地球质心引力（中心引力）:密度均匀或由无限多密度 均匀的同心球层所构成的圆球，称之为二体问题。
摄动力（非中心引力仅为 10-3量级）:非球形对称的地 球引力，日、月引力,大气阻力,太阳光压,地球潮汐力 等(各项作用力均小于10-5 )。
远地点
地球
近地点
12msvs2GrMs m 常数
以地球绕太阳公转为例，地球运行至近日点时（1月3日左 右），速度达到最快，日速约1°01′9.9″；在远日点时 （7月4日左右），速度达到最慢，日速约0°57′11.5″。
9
3.2.2 卫星运动的开普勒定律③
开普勒第三定律：卫星运行周期的平方与轨道椭 圆长半径的立方之比为一常量，等于GM的倒数。
2020/11/27
4
3.1.2影响卫星轨道的因素及其研究方法②
研究工作和实际应用的方便，通常分为两步：
地球在中心力的作用下的卫星运动称为无摄运动，用 以描述卫星的基本特征；
在摄动力的作用下的卫星运动称为受摄运动，相应的 卫星轨道称为受摄轨道，用以确定卫星受摄运动轨道 的瞬时特征。
该研究的优点：二体问题下的卫星运动虽然是一 种近似描述,但能得到卫星运动的严密分析解,从 而可以在此基础上再加上摄动力来推求卫星受摄 运动的轨道。
这6个参数用来描述卫星的运动，它们的大小取决于卫星的 发射条件
3.2.4 开普勒轨道根数（6参数） ②
z
卫星
赤道
fs 近地
点
地心
s i
春分
升交
点
点
轨道
x
as为轨道椭圆的长半径 es为轨道椭圆偏心率
这两个参数确定了开普勒椭圆 的形状和大小。
i为轨道面倾角：即卫星轨道 平面与地球赤道面之间的夹角。
为升交点赤经：即地球赤道 y 面上升交点与春分点之间的地
心夹角。
以上两个参数唯一地确定了卫 星轨道平面与地球体之间的相 对定向。
12
3.2.4 开普勒轨道根数（6参数） ③
z
卫星
赤道
fs 近地
点
地心
s i
春分
升交
点
点
轨道
x
s为近地点角距：即在轨道平 面上，升交点与近地点之间的 地心夹角，表达了开普勒椭圆 在轨道平面上的定向。
源自文库
引力加速度决定了卫星绕地球运动的基本规律。
卫星在上述地球引力场中的无摄运动，也称开普勒运 动，其规律可通过开普勒定律来描述。
7
3.2.2 卫星运动的开普勒定律①
开普勒第一定律：卫星运行的轨道为一椭圆，该 椭圆的一个焦点与地球质心重合
阐明了卫星运行轨道的基本形态及其与地心的关系。 由万有引力定律可得卫星绕地球质心运动的轨道方程。
为了制订GPS测量的观测计划和便于捕获卫星 发射的信号，也需要知道卫星的轨道参数，只 是其要求的精度较低。
2020/11/27
3
3.1.2影响卫星轨道的因素及其研究方法①
卫星在空间绕地球运行时，除了受地球重力场的 引力作用外，还受到太阳、月亮和其它天体的引 力影响，以及太阳光压、大气阻力和地球潮汐力 等因素影响。
fs为卫星的真近点角：即轨道 平面上卫星与近地点之间的地 心角距。该参数为时间的函数， 确定卫星在轨道上的瞬时位置。
y 由上述6个参数所构成的坐标系 统称为轨道坐标系，广泛用于 描述卫星运动。
13
3.2.5真近点角fs的计算
在描述卫星无摄运动的6个开普勒轨道参数中，只有真 近点角是时间的函数，其余均为常数。故卫星瞬间位置 的计算，关键在于计算真近点角fs 。