2-2卫星运动轨道及卫星位置计算new.

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。
1 es fs Es tan tan 1 es 2 2
无摄运动下卫星位置的计算
• 计算思路
– 以地心为原点，建立轨道直角坐标系； – 计算卫星在轨道直角坐标系下的坐标； – 然后将轨道直角坐标系作一系列旋转，求出卫星在天球坐标 系下的坐标； – 将天球坐标系转换至地球坐标系。
轨道坐标系转换为天球坐标系
• 第一步：绕X’轴顺转角度i，以使Z’轴和Z轴重合 • 第二步：绕Z轴顺转角度Ω ，以使X’轴和X轴重合
x x0 y R R i y 1 0 3 z z0 cos sin 0 R3 sin cos 0 0 1 0 0 0 1 R1 i 0 cos i sin i 0 sin i cos i
无摄运动下卫星位置的计算
轨道直角坐标系
x0 r cos s f s y0 r sin s f s
u s f s
x0 r cos u y r sin u 0 z0 0
z0 0
– ftp://cddisa.gsfc.nasa.gov/pub/gps/gpsdata – ftp://igs.ensg.ign.fr/pub/igs/ – ftp://igscb.jpl.nasa.gov/pub/product/
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
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）
任务2-2 卫星运动轨道及卫星位置计算
负责单位：北京工业职业技术学院 扬州环境资源职业技术学院
联合全国22家院校与企业联合建设
卫星轨道参数
• 思路
– 确定卫星轨道椭圆的形状、大小 – 确定卫星在其椭圆轨道上的位置 – 确定卫星轨道与地球的相对位置关系
无摄卫星轨道的描述
• 开普勒轨道参数
– – – – – – as：轨道椭圆的长半径 es：轨道椭圆的偏心率 fs ：真近点角 i ：轨道面的倾角 Ω：升交点的赤经 ωs：近地点角距
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
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，一些组织根据各自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
天球坐标系转换至地球坐标系
• 起始子午面与过春分点的子午面的夹角实质为春分点的格 林尼治恒星时GAST。将瞬时天球坐标系绕Z轴逆转角度 GAST，即与瞬时地球坐标系重合。
X x Y R GAST y 3 Z z
cos GAST sin GAST 0 R3 GAST sin GAST cos GAST 0 0 0 1
Es M s es sin Es
Es 0 M s Es1 M s es sin Es 0 Es 2 M s es sin Es1 Esn M s es sin Es n 1
真近点角的计算
as cos Es r cos f s as es a cos f s s cos Es es r cos Es es cos f s 1 e cos E s s 2 1 e s sin Es sin f s 1 e cos E s s
两个辅助参数
• Βιβλιοθήκη Baidu近点角
– 卫星S在其辅助圆上的相应点和轨道椭圆中心的连线与轨道 椭圆极轴延长线之间的夹角，叫偏近点角。
• 平近点角
– 一个假设量。卫星从过近地点时刻 t0 开始，按平均角速度n 运行到时刻t 的弧长，叫平近点角。
M s n t t0
偏近点角与平近点角的关系
• 最终关系