(6)-3.1 GPS衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)

3.1衛(wèi)星的無攝運(yùn)動(dòng)3.2衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)3.3GPS衛(wèi)星星歷3.4GPS衛(wèi)星的坐標(biāo)計(jì)算3.5載波與測(cè)距碼3.6導(dǎo)航電文3.7衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制第3章GPS衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)和衛(wèi)星星歷、信號(hào)1.衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)：開普勒定律2.無攝運(yùn)動(dòng)下衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算3.廣播星歷下衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算4.精密星歷的插值方法5.GPS衛(wèi)星信號(hào)分類GPS衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)1.衛(wèi)星軌道在GPS定位中的意義2.影響衛(wèi)星軌道的因素及研究方法3.無攝運(yùn)動(dòng)的開普勒定律4.開普勒軌道參數(shù)定義衛(wèi)星在空間運(yùn)行的軌跡稱為軌道描述衛(wèi)星軌道位置和狀態(tài)的參數(shù)稱為軌道參數(shù)

作用為滿足精密定位的要求，衛(wèi)星軌道必須有足夠精度由于利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航和測(cè)量時(shí)，衛(wèi)星作為位置已知的高空觀測(cè)目標(biāo);為了制訂GPS測(cè)量的觀測(cè)計(jì)劃和便于捕獲衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，也需要知道衛(wèi)星的軌道參數(shù)。只是其要求的精度較低。（隨著衛(wèi)星增多，可略）§3.1.1衛(wèi)星軌道在GPS定位中的意義衛(wèi)星在空間繞地球運(yùn)行時(shí)，除受地球重力場(chǎng)引力外，還受到太陽、月亮和其它天體的引力影響，以及太陽光壓、大氣阻力和地球潮汐力等因素影響。衛(wèi)星實(shí)際運(yùn)行軌道十分復(fù)雜，難以用簡(jiǎn)單而精確的數(shù)學(xué)模型加以描述。引力分兩類第一類是地球質(zhì)心引力（中心引力）:密度均勻或由無限多密度均勻的同心球?qū)铀鶚?gòu)成的圓球。稱之為二體問題。第二類攝動(dòng)力（非中心引力僅為量級(jí)）:非球形對(duì)稱的地球引力，日、月引力,大氣阻力,太陽光壓,地球潮汐力(各項(xiàng)作用力均小于)?！?.1.2影響衛(wèi)星軌道的因素及其研究方法引力分兩類第一類是地球質(zhì)心引力（中心引力），稱為二體問題。第二類攝動(dòng)力（非中心引力）研究工作和實(shí)際應(yīng)用的方便，通常分為兩步：在中心力的作用下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)稱為無攝運(yùn)動(dòng)描述衛(wèi)星的基本特征；在攝動(dòng)力的作用下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)稱為受攝運(yùn)動(dòng)相應(yīng)的衛(wèi)星軌道稱為受攝軌道。確定衛(wèi)星受攝運(yùn)動(dòng)軌道的瞬時(shí)特征。§3.1.2影響衛(wèi)星軌道的因素及其研究方法§3.1.3衛(wèi)星的無攝運(yùn)動(dòng)

衛(wèi)星發(fā)射升至預(yù)定高度后，開始繞地球運(yùn)行。假設(shè)地球?yàn)榫|(zhì)球體，根據(jù)萬有引力定律，衛(wèi)星的引力加速度為

G為引力常數(shù)，M為地球質(zhì)量，ms為衛(wèi)星質(zhì)量，r為衛(wèi)星的地心向徑。研究地球和衛(wèi)星之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)問題，在天體力學(xué)中稱二體問題。衛(wèi)星在上述地球引力場(chǎng)中的無攝運(yùn)動(dòng)，也稱開普勒運(yùn)動(dòng)，其規(guī)律可通過開普勒定律來描述。衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的開普勒定律（1）開普勒第一定律

衛(wèi)星運(yùn)行的軌道為一橢圓，該橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)與地球質(zhì)心重合。闡明了衛(wèi)星運(yùn)行軌道的基本形態(tài)及其與地心的關(guān)系。由萬有引力定律可得衛(wèi)星繞地球質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的軌道方程。msasbsM近地點(diǎn)遠(yuǎn)地點(diǎn)fs（2）開普勒第二定律

衛(wèi)星的地心向徑在單位時(shí)間內(nèi)所掃過的面積相等。表明衛(wèi)星在橢圓軌道上的運(yùn)行速度是不斷變化的，在近地點(diǎn)處速度最大，在遠(yuǎn)地點(diǎn)處速度最小。近地點(diǎn)地心遠(yuǎn)地點(diǎn)（3）開普勒第三定律

衛(wèi)星運(yùn)行周期的平方與軌道橢圓長(zhǎng)半徑的立方之比為一常量，等于GM的倒數(shù)。假設(shè)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的平均角速度為n，則n=2/Ts，可得當(dāng)開普勒橢圓的長(zhǎng)半徑確定后，衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度也確定了，且保持不變?！?.1.4無攝衛(wèi)星軌道的描述——開普勒軌道參數(shù)前述參數(shù)as、es、fs唯一地確定了衛(wèi)星軌道的形狀、大小以及衛(wèi)星在軌道上的瞬時(shí)位置。但衛(wèi)星軌道平面與地球體的相對(duì)位置和方向還無法確定。確定衛(wèi)星軌道與地球體之間的相互關(guān)系，可以表達(dá)為確定開普勒橢圓在天球坐標(biāo)系中的位置和方向，尚需三個(gè)參數(shù)。衛(wèi)星的無攝運(yùn)動(dòng)一般可通過一組適宜的參數(shù)來描述，但這組參數(shù)的選擇并不唯一，其中應(yīng)用最廣泛的一組參數(shù)稱為開普勒軌道參數(shù)或開普勒軌道根數(shù)。as為軌道的長(zhǎng)半徑，es為軌道橢圓偏心率，這兩個(gè)參數(shù)確定了開普勒橢圓的形狀和大小為升交點(diǎn)赤經(jīng)：即地球赤道面上升交點(diǎn)與春分點(diǎn)之間的地心夾角。i為軌道面傾角：即衛(wèi)星軌道平面與地球赤道面之間的夾角。這兩個(gè)參數(shù)唯一地確定了衛(wèi)星軌道平面與地球體之間的相對(duì)定向。yxz軌道春分點(diǎn)升交點(diǎn)近地點(diǎn)衛(wèi)星地心赤道i

sfs§3.1.4無攝衛(wèi)星軌道的描述——開普勒軌道參數(shù)

s為近地點(diǎn)角距：即在軌道平面上，升交點(diǎn)與近地點(diǎn)之間的地心夾角，表達(dá)了開普勒橢圓在軌道平面上的定向。fs為衛(wèi)星的真近點(diǎn)角：即軌道平面上衛(wèi)星與近地點(diǎn)之間的地心角距。該參數(shù)為時(shí)間的函數(shù)，確定衛(wèi)星在軌道上的瞬時(shí)位置。由上述6個(gè)參數(shù)所構(gòu)成的坐標(biāo)系統(tǒng)稱為軌道坐標(biāo)系，廣泛用于描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)。yxz軌道春分點(diǎn)升交點(diǎn)近地點(diǎn)衛(wèi)星地心赤道i

sfs§3.1.4無攝衛(wèi)星軌道的描述——開普勒軌道參數(shù)as，es確定了開普勒橢圓的形狀和大小。為升交點(diǎn)赤經(jīng),i為軌道面傾角,這兩個(gè)參數(shù)唯一地確定了衛(wèi)星軌道平面與地球體之間的相對(duì)定向。

s為近地點(diǎn)角距,表達(dá)了開普勒橢圓在軌道平面上的定向。fs為衛(wèi)星的真近點(diǎn)角：確定衛(wèi)星在軌道上的瞬時(shí)位置。由上述6個(gè)參數(shù)所構(gòu)成的坐標(biāo)系統(tǒng)稱為軌道坐標(biāo)系，廣泛用于描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)。yxz軌道春分點(diǎn)升交點(diǎn)近地