GPS原理及其應(yīng)用_chapter3_5

1、 武漢大學(xué)武漢大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院測(cè)繪學(xué)院 GPSGPS原理及其應(yīng)用課程組原理及其應(yīng)用課程組GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用 主講：徐曉華主講：徐曉華GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用2第三章第三章全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)3.5 GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算衛(wèi)星位置的計(jì)算GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用3GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算衛(wèi)星位置的計(jì)算-根據(jù)廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置根據(jù)廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置 計(jì)算思路計(jì)算思路 首先計(jì)算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)首先計(jì)算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo) 然后將上述坐標(biāo)分別繞然后將上述坐標(biāo)分別繞X軸旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)-i角、繞角、繞Z軸旋軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)-L角，求出衛(wèi)星在地固

2、系下的坐標(biāo)角，求出衛(wèi)星在地固系下的坐標(biāo)軌道平面坐標(biāo)系軌道平面坐標(biāo)系軌道參數(shù)軌道參數(shù)地心升交點(diǎn)xy近地點(diǎn)衛(wèi)星近地點(diǎn)角距真近點(diǎn)角升交距角全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算衛(wèi)星位置的計(jì)算 GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用4升交點(diǎn)Z (Z)YXro春分點(diǎn)軌道平面衛(wèi)星升交點(diǎn)赤經(jīng)i 軌道傾角軌道橢圓中心赤道面近地點(diǎn)近地點(diǎn)角距長(zhǎng)半徑t0 過(guò)近地點(diǎn)時(shí)刻e 軌道偏心率地心f 真近點(diǎn)角XY起始子午面 升交點(diǎn)經(jīng)度kG AST xy全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算衛(wèi)星

3、位置的計(jì)算 GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算衛(wèi)星位置的計(jì)算-根據(jù)廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置根據(jù)廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用5GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算衛(wèi)星位置的計(jì)算-根據(jù)廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置根據(jù)廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置 計(jì)算過(guò)程計(jì)算過(guò)程 計(jì)算參考時(shí)刻計(jì)算參考時(shí)刻 衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度 計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻t的平均角速度的平均角速度 計(jì)算計(jì)算t時(shí)刻衛(wèi)星的平近點(diǎn)角時(shí)刻衛(wèi)星的平近點(diǎn)角 計(jì)算偏近點(diǎn)角計(jì)算偏近點(diǎn)角0331432()843.986005 10GMnAAWGSms稱為地球引力常數(shù)，在系中定義為0( )()oeM tMntt)(sin)()(tEetMtE全球定位系統(tǒng)的組成及

4、信號(hào)結(jié)構(gòu)全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算衛(wèi)星位置的計(jì)算 0et0nnn GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用6GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算衛(wèi)星位置的計(jì)算-根據(jù)廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置根據(jù)廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置 計(jì)算過(guò)程（續(xù)計(jì)算過(guò)程（續(xù)） 計(jì)算真近點(diǎn)角計(jì)算真近點(diǎn)角 計(jì)算升交角距（未經(jīng)改正的）計(jì)算升交角距（未經(jīng)改正的） 計(jì)算衛(wèi)星向徑計(jì)算衛(wèi)星向徑etEtEearctgtf)(cos)(sin1)(2全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算衛(wèi)星位置的計(jì)算 )()( tftu)(cos1 ()( tEeA

5、trGPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用7GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算衛(wèi)星位置的計(jì)算-根據(jù)廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置根據(jù)廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置 計(jì)算過(guò)程（續(xù)）計(jì)算過(guò)程（續(xù)） 計(jì)算攝動(dòng)改正項(xiàng)計(jì)算攝動(dòng)改正項(xiàng) 進(jìn)行攝動(dòng)改正進(jìn)行攝動(dòng)改正 計(jì)算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系中的位置計(jì)算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系中的位置)( 2sin()( 2cos()()( 2sin()( 2cos()()( 2sin()( 2cos()(tuCtuCtituCtuCtrtuCtuCtuisicrsrcusuc)()()()()( )()()( )(0tittiititrtrtrtututuoe)(sin)()()(cos)()(tutrtytutrtx全

6、球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算衛(wèi)星位置的計(jì)算 地心升交點(diǎn)xy近地點(diǎn)衛(wèi)星近地點(diǎn)角距真近點(diǎn)角升交距角GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用8GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算衛(wèi)星位置的計(jì)算-根據(jù)廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置根據(jù)廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置 計(jì)算過(guò)程（續(xù)）計(jì)算過(guò)程（續(xù)） 計(jì)算升交點(diǎn)經(jīng)度計(jì)算升交點(diǎn)經(jīng)度 計(jì)算衛(wèi)星在瞬時(shí)地球坐標(biāo)系下的坐標(biāo)計(jì)算衛(wèi)星在瞬時(shí)地球坐標(biāo)系下的坐標(biāo) 計(jì)算衛(wèi)星在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的位置計(jì)算衛(wèi)星在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的位置0( )()eoeL ttt cos ( )cos ( ) sin ( )( )( )sin ( )cos ( ) c

7、os ( )0sin ( )ZxXxxL tyi tL tYRL tRi tyxL tyi tL tZyL t 全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算衛(wèi)星位置的計(jì)算 Y10R (-x )R ()011ppXppCTSppxxXXyyYyYzZZxy GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用9000()()(1)( )()(2)( )(3)( )( )oeWeekoeoeWoeeekeeWeekGPSGASTtttttGAST tGASTttL ttGASGTtAS ：參考時(shí)刻升交點(diǎn)赤經(jīng)與周開始時(shí)格林尼治赤經(jīng)之差，即 時(shí)刻的升交點(diǎn)赤經(jīng)

8、時(shí)刻的春分點(diǎn)格林尼治恒星時(shí)角 其中為地球自轉(zhuǎn)角速度時(shí)刻的經(jīng)由， 出發(fā)，計(jì)算 時(shí)刻的升交點(diǎn)經(jīng)度，步驟：度 00( )() ()()oeoeoeWeekeoeeeWeeoeoekeT tttGGASTASTttttttttt GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用10精密星歷精密星歷按一定時(shí)間間隔給出衛(wèi)星在地固坐標(biāo)系下的三維位按一定時(shí)間間隔給出衛(wèi)星在地固坐標(biāo)系下的三維位置、三維速度和鐘差置、三維速度和鐘差* * 2004 1 15 0 0 0.000000002004 1 15 0 0 0.00000000P 1 5945.509635 15759.608404 20698.949374 324.5332

9、85P 1 5945.509635 15759.608404 20698.949374 324.533285P 2 1141.101111 22665.359989 14690.489309 -257.156064P 2 1141.101111 22665.359989 14690.489309 -257.156064P 3 -10344.447068 24021.826531 -3968.233325 77.825932P 3 -10344.447068 24021.826531 -3968.233325 77.825932P 4 22798.349665 -6520.820872 1231

10、0.795279 -43.522805P 4 22798.349665 -6520.820872 12310.795279 -43.522805P 5 -12628.924903 -23445.674881 -1192.036791 13.422888P 5 -12628.924903 -23445.674881 -1192.036791 13.422888P 6 -13958.380086 -7542.103497 21489.237683 -2.952584P 6 -13958.380086 -7542.103497 21489.237683 -2.952584P 7 18939.2911

11、58 -12511.028058 -13257.166627 635.667094P 7 18939.291158 -12511.028058 -13257.166627 635.667094P 8 26246.825668 -918.226411 -5165.342142 383.670428P 8 26246.825668 -918.226411 -5165.342142 383.670428GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算衛(wèi)星位置的計(jì)算-根據(jù)精密星歷計(jì)算衛(wèi)星位置根據(jù)精密星歷計(jì)算衛(wèi)星位置全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算衛(wèi)星位

12、置的計(jì)算 GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用11 任意時(shí)刻任意時(shí)刻t衛(wèi)星位置的計(jì)算衛(wèi)星位置的計(jì)算 原理：插值法原理：插值法 方法：拉格朗日插值法等方法：拉格朗日插值法等nkkikinkiinnyxxxxxfxyyyxxxnxfy001010)()(,.,.,)(值為，其函數(shù)點(diǎn)對(duì)于插值區(qū)間內(nèi)的任一函數(shù)值及其對(duì)應(yīng)的個(gè)結(jié)點(diǎn)的已知函數(shù)GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算衛(wèi)星位置的計(jì)算-根據(jù)精密星歷計(jì)算衛(wèi)星位置根據(jù)精密星歷計(jì)算衛(wèi)星位置全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算衛(wèi)星位置的計(jì)算 GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用12思考題思考題 試?yán)L圖說(shuō)明開普勒六個(gè)軌道根數(shù)的含義。試?yán)L圖說(shuō)明開普勒六個(gè)軌道根數(shù)的含義。GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用13 本章思考題本章思考題 1.試?yán)L圖說(shuō)明開普勒六個(gè)軌道根數(shù)的含義。試?yán)L圖說(shuō)明開普勒六個(gè)軌道根數(shù)的含義。 2. 廣播星歷的第一、第二及第三數(shù)據(jù)塊中分別存廣播星歷的第一、第二及第三數(shù)據(jù)塊中分別存放了哪些重要參數(shù)？放了哪些重要參數(shù)？ 3. GPS衛(wèi)