1、回顧回顧: GPS概述概述(概念概念,組成組成,特點特點,功能功能) 衛星定位基礎衛星定位基礎 基本定位原理基本定位原理 空間坐標系空間坐標系 時間坐標系時間坐標系天球坐標系天球坐標系地球坐標系地球坐標系理想狀態下理想狀態下歲差和章動影響歲差和章動影響協議天球坐標系協議天球坐標系第二章第二章 衛星定位基礎衛星定位基礎 基本定位原理基本定位原理 空間坐標系空間坐標系 時間坐標系時間坐標系 導航衛星的軌道導航衛星的軌道天球坐標系天球坐標系地球坐標系地球坐標系理想狀態下理想狀態下歲差和章動影響歲差和章動影響協議天球坐標系協議天球坐標系正常軌道（無攝軌道）正常軌道（無攝軌道）攝動軌道攝動軌道開普勒三定

2、律開普勒三定律三種近點角三種近點角開普勒六參數開普勒六參數第三節 GPS衛星的攝動軌道衛星的攝動軌道 1.攝動軌道攝動軌道 2.攝動方程攝動方程 3.攝動結果攝動結果6378km26m108m19ma-b=21.3km1.導航衛星的攝動力(P51) 地心引力地心引力 地球非中心引力地球非中心引力 地球潮汐攝動力地球潮汐攝動力 太陽引力太陽引力 月球引力月球引力 大氣阻力大氣阻力 太陽輻射壓力太陽輻射壓力 太陽反照壓力太陽反照壓力f0fgfaftfsfmfdfr2.攝動軌道 衛星在宇宙空間運行時由于受到地心引力之衛星在宇宙空間運行時由于受到地心引力之外的其他各種力的作用，如地球非中心引力，日外的

3、其他各種力的作用，如地球非中心引力，日月引力，太陽輻射壓力，大氣阻力及潮汐力等的月引力，太陽輻射壓力，大氣阻力及潮汐力等的合成作用，使得衛星的實際運行軌道比正常軌道合成作用，使得衛星的實際運行軌道比正常軌道復雜得多，這種實際軌道就叫做攝動軌道。復雜得多，這種實際軌道就叫做攝動軌道。RS=F/m=(F0+fg+fm+fs+fr+fa+fd+ft)/m受攝運動方程受攝運動方程: :或As=-G(m+Me)Rs3Rs+As二體加速度全攝動加速度(i=g，m，s，r，a，d，t)As=fim 在各種攝動力中，以地球非中心引力的影響為最大。如在GPS實驗衛星的受攝運動中各種參數的在軌位置偏差(m)。被攝

4、動參數被攝動參數fgfmfra26002005e16001405i800802 4800805 +M1200500103.攝動結果（1）地球非中心引力的兩大攝動 通過地球非球形引力的攝動結果，致使衛星軌道參數不是固定不變的，而是隨時間變化的函數。因此導致衛星在軌位置不斷偏離正常軌道，這是衛星導航必須重視的一個重大問題。 旋轉軌道平面 地球非球形引力導致衛星軌道平面在空間產生旋轉，其表現是升交點升交點N沿天球赤道緩慢的進動，以至升交點赤經產生周期性的變化。(P-53)=-3n0J22aea(1-e2)2cosi式中：n0-衛星平均角速度； J2-二階帶諧系數，J2=1.0826E-3； ae-地

5、球橢球的長半軸，ae=6378km。EyxH OSPNfi 軌道平面的旋轉方向與衛星東西運動相反否，軌道平面的旋轉方向與衛星東西運動相反否，取決于衛星軌道傾角的余弦。取決于衛星軌道傾角的余弦。i90o，向東旋轉。NP 旋轉長半軸 地球非球形引力導致衛星軌道橢圓的長半軸在軌道平面內產生旋轉，其表現是近地點近地點角距即幅角的緩慢進動。=-3n0J24aea(1-e2)2（1-5cos2i）i0，長半軸的旋轉方向與衛星運行方向一致；i=63.4o，0，不旋轉；i63.4o，0，長半軸的旋轉方向與衛星運行方向相反；另外, 在地球非球形引力作用下，平近點角平近點角也會產生緩慢的進動，導致衛星運行軌道不能

6、夠相互重合，而形成一周期又一周期運行軌道的相互偏離。(P54)PP(2) 兩種軌道 由于地球非中心引力的攝動，還引入下列兩種常用的特殊的軌道。 太陽同步軌道 在地球非球形引力作用下，升交點赤經產生變化， 當其變率為每天0.9856度即約每天1度時，使升交點赤經變率等于地球公轉的平均角速度，這時的衛星軌道稱為太陽同步軌道。 在這種軌道上運行的衛星，經過某一特定位置時，太陽光照條件相同，換言之，衛星經過某一緯度的“地方時”，在一段時間內幾乎不發生變化。采用這種軌道的衛星如地球資源衛星、偵察衛星、氣象衛星等。太陽同步軌道參數: a=7300km, e=0, i=99度 地球靜止軌道 從地球上 看衛星

7、好象是“靜止不動”的，這種軌道叫地球靜止軌道。它是一種軌道平面傾角和偏心率均為零的“地球同步軌道”。 所謂“地球同步軌道”，是一種衛星運行周期和地球自轉周期相同，方向相同即衛星自西向東順著地球自轉方向而運行的軌道。但是這種“靜止”也是表現在一定范圍內的。如北斗導航實驗衛星就是采用這種軌道。（2）其他引力的攝動攝動力近地衛星中軌衛星地球同步軌道大氣阻力0.410-5110-90太陽輻射壓力 0.210-8110-9110-9太陽引力0.310-70.510-70.210-6月球引力0.610-70.110-60.510-6太陽潮汐力0.410-70.410-7110-11月球潮汐力0.510-7

8、0.310-70.810-11 大氣阻力的攝動 fd=0.5KdSsAVs2Vsu 大氣阻力攝動難以精確模型化，它是導致衛星隕落的重要因素之一。 日月引力的攝動 日月引力又稱“第三體引力”，它不僅影響衛星的運行，而且影響地球的自轉，因此，在考慮日月引力攝動時，應為日月引力對衛星軌道的作用與對地球作用的差值。（P55） 太陽輻射壓力 fr=-k Sp Sc rsu式中: k-衛星表面反射系數,其值為1-1.44; Sp-太陽光壓強度,它取決與衛星至太陽的距離以及大氣吸收太陽光線的程度,其值常用4.6E-6; sc-垂直于太陽光線的衛星橫截面積; rsu-太陽的位置矢量. 地球潮汐攝動力 地球不是一個剛體，它在日月引力的作用下會產生形如潮汐般的變形，稱之為地球固體潮。此外日月引力還會產生海潮和大氣潮，這三種潮汐改變了地球引力場中的攝動力。因此，在地球引力攝動中，附加了一個地球潮汐攝動力，它是日月引力對衛星的間接作用。 對于在1000千米高度運行的衛星，地球潮汐攝動力的量很小，對于36000千米高度運行的衛星，其攝動量常忽略不計。4.GPS的受攝運動 思考：為什么說GPS星座是一個比較穩定的星座？受攝項目PRN21PRN23PRN12+f+1.239-1.689+1.084i+0.046+0.027+0.034Rs-134.378m-123.710m+138.847m復習題： 1