第三章 卫星运动基础与卫星星历

3.4 GPS卫星星历
GPS卫星星历 卫星星历：描述卫星运动轨道的信息，即一组对应某
一时刻的轨道根数及其变化率。可以计算出任一时刻的 卫星位置及其速度。分为两类即广播星历和精密（事后 处理）星历。
广播星历：包括相对某一参考历元的开普勒轨道根数
和必要的轨道摄动改正项参数。
广播星历参数：共有16个，其中包括1个参考时刻，6
x
轨道参数
轨道平面坐标系
y Z' (Z) 卫星 近地点
轨道平面 r
t0 过 近 地 点 时 刻 f 真近点角 ω 近地点角距
起始子午面
赤道面
地wenku.baidu.com o
Y
Y' 春分点 i 轨道倾角 G A ST 升交点 X' X Ω 升 交 点 赤 经 Ω k升 交 点 经 度 轨道椭圆中心 x
长半径 e 轨道偏心率
避免了星历外推的误差。
精密星历
下载网址：ftp：//garner.ucsd.edu.cn/pub/products/
GPS卫星位置的计算-根据精密星历计算卫星位置
• 任意时刻t卫星位置的计算 – 原理：插值法 – 方法：拉格朗日插值法等
已知函数y f ( x)的n个结点x0 , x1 ,..., xn 及其对应的 函数值y0 , y1 ,..., yn 对于插值区间内的任一 点x，其函数 值为 x xi f ( x) ( ) yk k 0 i 0 xk xi ik
卫星的受摄运动
3）太阳辐射压力
4）地球潮汐作用力
5）大气阻力 综上所述，在人造地球卫星所受的摄动力中，地球引力 场摄动力最大，约为10-3量级。其他摄动力大多小于或 近于10-6量级。这些摄动力引起卫星位置的变化，引起 轨道根数的变化。 通过解算卫星受摄运动的微分方程，可以得到卫星轨道 根数的变化规律。
五、卫星的无摄运动
无摄运动：仅考虑地球质心引力作用的运动，在天体 力学中称为二体问题。卫星的无摄运动一般可通过一 组适宜的参数来描述，若已知六个轨道根数，就可以 唯一地确定卫星的运动状态。
卫星运动的轨道参数
卫星运行的轨道：通过地心平面上的椭圆，且椭 圆的一个焦点与地心相重合。（开普勒定律）
x
地心 o 春分点 赤道 轨道 升交点 N S卫星
v ω
i
近地点
A
Ω
y
GPS卫星位置的计算-根据广播星历计算卫星位置①
计算思路 首先计算卫星在轨道平面坐标系下的坐标 然后将上述坐标分别绕X轴旋转-i角、绕Z轴旋转-k 角，求出卫星在地固系下的坐标
卫星 升 交距 角 y 真 近点 角 近 地点 地心 近 地点 角距 升 交点
卫星的受摄运动 2、卫星的受摄运动
卫星的受摄运动：考虑了摄动力作用的卫星运动。对
于卫星精密定位来说，若只考虑地球质心引力情况下计 算卫星的运动状态（即研究二体问题）是不能满足精度 要求的。必须考虑地球引力场摄动力、日月摄动力、大 气阻力、光压摄动力、潮汐摄动力等对卫星运动状态的 影响。
瞬时轨道根数：卫星在地球质心引力和各种摄动力影
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。
GPS卫星星历 C/A码星历：C/A码所传送的GPS卫星星历，其星历精
度为数十米。
P码星历：P码所传送的GPS卫星星历，精度提高到5m
左右。
精密事后处理星历：
一些国家某些部门，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。 它可以向用户提供在用户观测时间内的卫星星历，
卫星的无摄运动 1、卫星的无摄运动
基本概念
地球质心引力：将地球看作密度均匀或由无限多密度 均匀的同心球层所构成的圆球，它对球外一点的引力
等效于质量集中于球心的质点所产生的引力，这种引
力叫做中心引力。 摄动力（非中心引力）：地球为椭球体，这种非球形 对称的地球引力场便对卫星产生非中心的引力，加上 日月引力，大气阻力，太阳光压，地球潮汐力等。摄 动力与中心引力相比，仅为10-3量级。
响下的轨道根数。
卫星的受摄运动
卫星的摄动轨道（或瞬时轨道）：卫星运动的真
实轨道
各种作用力的特性及其影响：
1）地球引力
地球引力场对卫星的引力包括地球质心引力和地球 引力场摄动力两部分。地球引力场摄动力是由于地球形 状不规则及其质量不均匀而引起。 2）日、月引力 卫星和地球同时受到日、月的引力。
n n
卫星的无摄运动
开普勒轨道参数 （轨道根数）
z
① 椭圆长半径a
② 椭圆短半径b ③ 升交点的赤径Ω :地球赤道平面上， 升交点N与春分点r之间的地心夹角。 ④ 近地点角距:轨道平面上近地点 A与升交点N之间的地心角距。 ⑤ 真近点角v:轨道平面上卫星与近 地点之间的地心角距。 ⑥ 轨道面的倾角i:卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。