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1、第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历思考题：思考题：解释卫星轨道各参数的含义解释卫星轨道各参数的含义开普勒三大定律的内容开普勒三大定律的内容理解二体问题的运动方程理解二体问题的运动方程简述影响卫星各种摄动力的特征简述影响卫星各种摄动力的特征什么是星历，有哪些星历，各有何特点。什么是星历，有哪些星历，各有何特点。1卫星运动基础第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历3.1概述概述3.2卫星的无摄运动卫星的无摄运动3.3卫星的受摄运动卫星的受摄运动3.4GPS卫星星历卫星星历2卫星运动基础3.1概述概述一、作用在卫星上的外力一、作用在卫星上的外力1、地球引力、地球引力地球引力地球引力(1)地球的球形引
2、力或称地球中心力地球的球形引力或称地球中心力地球引力地球引力(2)地球的非球形引力或称地球形状摄动力地球的非球形引力或称地球形状摄动力2、日、月及其它天体的引力、日、月及其它天体的引力3、大气阻力、大气阻力4、太阳光压、太阳光压5、其它作用力（如：地磁、地球潮汐摄动等）、其它作用力（如：地磁、地球潮汐摄动等）摄动力摄动力3卫星运动基础二、二体问题与卫星正常轨道二、二体问题与卫星正常轨道1.二体问题：研究二个质点在万有引力作用下的运动规律二体问题：研究二个质点在万有引力作用下的运动规律问题问题2.摄动力：除地球引力摄动力：除地球引力(1)外，其它作用在卫星上的力外，其它作用在卫星上的力3.人卫正
3、常轨道人卫正常轨道满足如下假定条件下的卫星轨道，称为人卫正常轨道满足如下假定条件下的卫星轨道，称为人卫正常轨道地球为正球地球为正球除地球正球引力外，卫星不受其它摄动力的作用除地球正球引力外，卫星不受其它摄动力的作用人卫正常轨道的特点人卫正常轨道的特点运动轨道为一椭圆运动轨道为一椭圆可以精确地计算出椭圆大小形状及其在空间中的定向以及卫星在轨可以精确地计算出椭圆大小形状及其在空间中的定向以及卫星在轨道上的位置道上的位置4卫星运动基础二、二体问题与卫星正常轨道二、二体问题与卫星正常轨道4.人卫真实轨道人卫真实轨道除了地球引力除了地球引力(1)外，卫星还受到地球引力外，卫星还受到地球引力(2)以及其它
4、摄以及其它摄动力的作用。卫星在所有这些力的作用下的轨道，称为人动力的作用。卫星在所有这些力的作用下的轨道，称为人卫真实轨道。卫真实轨道。5. 5. 轨道摄动轨道摄动 卫星的真实轨道与正常轨道之间的差异，称为轨道摄动。卫星的真实轨道与正常轨道之间的差异，称为轨道摄动。只考虑地心引力只考虑地心引力(1)的卫星运动叫的卫星运动叫无摄运动，考虑其它，考虑其它作用力的卫星运动叫作用力的卫星运动叫受摄运动。5卫星运动基础6卫星运动基础研研究究卫卫星星的的无无摄摄运运动动规规律律，描描述述卫星轨道的基本特征卫星轨道的基本特征研究卫星运动的步骤研究卫星运动的步骤研研究究各各种种摄摄动动力力的的影影响响，对对卫
5、卫星星的无摄轨道修正的无摄轨道修正确定卫星确定卫星受摄运动轨道受摄运动轨道的瞬时特征的瞬时特征7卫星运动基础3.2卫星的无摄运动卫星的无摄运动开普勒运动三大定律开普勒运动三大定律卫星运动的轨道参数卫星运动的轨道参数二体问题运动方程二体问题运动方程8卫星运动基础3.2卫星的无摄运动卫星的无摄运动一、开普勒三定律一、开普勒三定律Kepler三大定律之第一定律三大定律之第一定律卫卫星星运运行行的的轨轨道道为为一一椭椭圆圆，该该椭椭圆圆的的一一个个焦焦点点与与地地球球质质心心重重合合。此此定定律律阐阐明明了了卫卫星星运运行行轨轨道道的的基基本本形形态态及及其其与与地心的关系。地心的关系。行行星星绕绕太
6、太阳阳的的轨轨道道为为椭椭圆圆，太太阳阳位位于于椭椭圆圆的的一一个个焦点上。焦点上。9卫星运动基础卫星的地心向径在单位时间内所扫过的面积相等。卫星的地心向径在单位时间内所扫过的面积相等。Kepler三大定律之第二定律三大定律之第二定律表表明明卫卫星星在在椭椭圆圆轨轨道道上上的的运运行行速速度度是是不不断断变变化化的的，在在近近地地点点处处速度最大，在远地点处速度最小。速度最大，在远地点处速度最小。10卫星运动基础卫卫星星运运行行周周期期的的平平方方与与轨轨道道椭椭圆圆长长半半径径的的立立方方之之比比为为一一常常量量，等于等于GM的倒数。的倒数。Kepler三大定律之第三定律三大定律之第三定律假
7、设卫星运动的平均角速度为假设卫星运动的平均角速度为n，则，则n=2/Ts，可得，可得当当开开普普勒勒椭椭圆圆的的长长半半径径确确定定后后，卫卫星星运运行行的的平平均均角角速速度度也也随随之之确定，且保持不变。确定，且保持不变。11卫星运动基础二、轨道参数二、轨道参数l轨道参数，是在人卫轨道理轨道参数，是在人卫轨道理论中用来描述卫星椭圆轨道论中用来描述卫星椭圆轨道的形状、大小及其在空间的的形状、大小及其在空间的指向，及确定任一时刻指向，及确定任一时刻t t0 0卫卫星在轨道上的位置的一组参星在轨道上的位置的一组参数。数。l通常采用的是所谓的通常采用的是所谓的6 6个开个开普勒轨道参数。普勒轨道参
8、数。参数包括：升交点赤经轨道倾角i长半径a偏心率e近地点角距真近点角V（卫星过近地点的时刻t0）12卫星运动基础轨道平面上的特殊点近地点与远地点近地点与远地点升交点与降交点升交点与降交点通常，卫星轨道与赤道平通常，卫星轨道与赤道平面有面有2 2个交点。当卫星从个交点。当卫星从赤道平面以下（南半球）赤道平面以下（南半球）穿过赤道平面进入北半球穿过赤道平面进入北半球的交点，称为升交点。反的交点，称为升交点。反之，则称为降交点。之，则称为降交点。13卫星运动基础轨道参数(1)轨道倾角轨道倾角i定义：在升交点处定义：在升交点处轨道正方向（卫星轨道正方向（卫星运动方向）与赤道运动方向）与赤道正方向（赤经
9、增加正方向（赤经增加方向）之间的夹角方向）之间的夹角。长半径长半径a定义：轨道长轴的定义：轨道长轴的一半，也称作长半一半，也称作长半轴或半长轴轴或半长轴偏心率偏心率e定义：定义：真近点角真近点角V定义：轨道平面上定义：轨道平面上卫星与近地点之间卫星与近地点之间的角距的角距升交点赤经升交点赤经定义：升交点与春定义：升交点与春分点之间的地心夹分点之间的地心夹角角近地点角距近地点角距定义：轨道平面上定义：轨道平面上近地点与升交点之近地点与升交点之间的夹角间的夹角14卫星运动基础轨道参数(2)长半径长半径a a偏心率偏心率e e这两个参数确定了开普勒椭圆的形状和大小。这两个参数确定了开普勒椭圆的形状和
10、大小。升交点赤经升交点赤经轨道倾角轨道倾角I I这两个参数唯一地确定了卫星轨道平面与地球体之间的相这两个参数唯一地确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向。对定向。近地点角距近地点角距表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向。表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向。真近点角真近点角v v卫星过近地点的时刻卫星过近地点的时刻t0t0该参数为时间的函数，确定该参数为时间的函数，确定 卫星在轨道上的瞬时位置。卫星在轨道上的瞬时位置。15卫星运动基础计算卫星的位置计算卫星的位置通过通过开普勒轨道开普勒轨道6个参数可以确定出卫个参数可以确定出卫星在轨道平面上的瞬间位置和速度。星在轨道平面上的瞬间位置和速度。 a
11、a、 e e、 、 i i、 、 V V 由卫星发射条由卫星发射条件决定，已知件决定，已知为为时间的函数时间的函数，需计算出需计算出16卫星运动基础三、二体问题的运动方程三、二体问题的运动方程 在图在图3-13-1中所示的二体问题中，依据万有引力定律可知，中所示的二体问题中，依据万有引力定律可知，地球地球O O与卫星与卫星S S之间的引力为：之间的引力为：式中：式中：GG万有引力常数，万有引力常数，G=(66724.1)10-14 Nm2/ kg2 G=(66724.1)10-14 Nm2/ kg2 ；，mm地球和卫星的质量；地球和卫星的质量；rr卫星的在轨位置矢量。卫星的在轨位置矢量。17卫
12、星运动基础根据牛顿第二定律，可得卫星与地球运动方程根据牛顿第二定律，可得卫星与地球运动方程引力产生的加速引力产生的加速度度O O和和S S点在某一惯性坐标系内运动方程点在某一惯性坐标系内运动方程18卫星运动基础二体运动方程设设 a a为卫星为卫星S S相对于地球质心相对于地球质心O O的加速度，则的加速度，则: :忽略卫星的质量忽略卫星的质量3-4取地球引力常数取地球引力常数=GM=1，此时（，此时（3-4）式可写成为：）式可写成为：19卫星运动基础 设以设以O O为原点的直角坐标系为为原点的直角坐标系为O-XYZO-XYZ，S S点的坐标为（点的坐标为（X X，Y Y，Z Z），则卫星），则
13、卫星S S的地心向径的地心向径r=r=（X X，Y Y，Z Z），加速度），加速度 ，代入（，代入（3-43-4）得二体问题的运动方程：）得二体问题的运动方程：二体问题的运动方程Sr20卫星运动基础左边左边(3-6)(3-6)方程解的一般形式为：方程解的一般形式为：t给定六个轨道参数，可确定任意时刻给定六个轨道参数，可确定任意时刻t t的的卫星位置及其运动速度卫星位置及其运动速度21卫星运动基础v直接由微分方程（直接由微分方程（3-63-6）求积分，可得卫星运动的轨道平）求积分，可得卫星运动的轨道平面方程：面方程： 式中，式中，X,Y,ZX,Y,Z是卫星在地心天球坐标系中的坐标是卫星在地心天球
14、坐标系中的坐标四、二体问题微分方程的解四、二体问题微分方程的解1、卫星运动的轨道平面方程、卫星运动的轨道平面方程h h的意义为其值等于卫星对地的意义为其值等于卫星对地心的向径心的向径r r在单位时间内所扫在单位时间内所扫过的面积的二倍过的面积的二倍vr22卫星运动基础2 2、卫星运动的轨道方程、卫星运动的轨道方程卫星运动的轨道方程为：卫星运动的轨道方程为：轨道平面坐标系：轨道平面坐标系：其中其中e， 为新积分常数为新积分常数是从是从x x轴至卫星向径轴至卫星向径r r的角度的角度由于由于 ， 所以（所以（3-10）式可以真近点角）式可以真近点角V表示：表示：23卫星运动基础3 3、计算真近点角
15、、计算真近点角V V（1）E：偏近点角：偏近点角在卫星轨道椭圆上，以椭圆中心在卫星轨道椭圆上，以椭圆中心OO为中心以长半径为中心以长半径a a为半径作一为半径作一辅助圆，过卫星点辅助圆，过卫星点S S作作OAOA的垂线的垂线SRSR，延长，延长RSRS交辅助圆与交辅助圆与SS，则，则OSOS与与OAOA的夹角的夹角E E称为偏近点角称为偏近点角24卫星运动基础从表示偏近点角从表示偏近点角E E与真近点角与真近点角V V的关系的图的关系的图3-23-23、计算真近点角V开普勒定律开普勒定律（1）E：偏近点角：偏近点角25卫星运动基础另外还可导出另外还可导出V V和和E E的关系：的关系：26卫星
16、运动基础（2）平近点角若卫星平均角速度为若卫星平均角速度为n n，平近点角，平近点角M M：表示卫星过近地点的时刻表示卫星过近地点的时刻观测卫星时刻观测卫星时刻开普勒轨道方程开普勒轨道方程 平近点角与偏近点角关系：平近点角与偏近点角关系：（E0EnE0En）采用迭代方法计算）采用迭代方法计算27卫星运动基础轨道椭圆的三种近点角中文名称中文名称符号表达式说明平近点角平近点角MM(t)=n(t-t0)在轨卫星从过近地点在轨卫星从过近地点t0开始，开始，按平均角速度运行到按平均角速度运行到t的弧。的弧。偏近点角偏近点角E卫星在辅助圆的相应点和椭圆卫星在辅助圆的相应点和椭圆轨道中心的连线与椭圆轨道极轨
17、道中心的连线与椭圆轨道极轴延长线之间的夹角轴延长线之间的夹角真近点角真近点角VV(t)在椭圆轨道上运行的卫星，其在椭圆轨道上运行的卫星，其卫星向径与以焦点指向近地点卫星向径与以焦点指向近地点的极轴之夹角。的极轴之夹角。28卫星运动基础（1）在轨道直角坐标系中卫星的位置）在轨道直角坐标系中卫星的位置取直角坐标系的原点与地球质心相重合，取直角坐标系的原点与地球质心相重合， s轴指轴指向近地点、向近地点、 s轴垂直于轨道平面向上轴垂直于轨道平面向上, s轴在轨轴在轨道平面上垂直于道平面上垂直于 s轴构成右手系，则卫星在任意轴构成右手系，则卫星在任意时刻的坐标为时刻的坐标为:ssrV4.4.无摄运动卫
18、星的瞬时位置无摄运动卫星的瞬时位置29卫星运动基础(2)在天球坐标系中卫星的位置在天球坐标系中卫星的位置在轨道平面直角坐标系中只确定了卫星在轨道平面上的位在轨道平面直角坐标系中只确定了卫星在轨道平面上的位置，而轨道平面与地球体的相对定向尚需由轨道参数置，而轨道平面与地球体的相对定向尚需由轨道参数 、i和和 s确定。确定。天球坐标系（天球坐标系（x,y,z）与轨道坐标系）与轨道坐标系( s, s, s)具有相同的具有相同的原点，差别在于坐标系的定向不同，为此需将轨道坐标系原点，差别在于坐标系的定向不同，为此需将轨道坐标系作如下旋转：作如下旋转： 绕绕 s轴顺转角度轴顺转角度 s使使 s轴的指向由
19、近地点改为升交点。轴的指向由近地点改为升交点。 绕绕 s轴顺转角度轴顺转角度i，使，使 s轴与轴与z轴重合。轴重合。 绕绕 s轴顺转角度轴顺转角度 ，使，使x轴与轴与 s轴重合。轴重合。30卫星运动基础用旋转矩阵表示如下用旋转矩阵表示如下31卫星运动基础（3）卫星在地球坐标系的位置）卫星在地球坐标系的位置利用利用GPS定位时，应使观测卫星和观测站的位置处于统一定位时，应使观测卫星和观测站的位置处于统一的坐标系统。由于瞬时地球空间直角坐标系与瞬时天的坐标系统。由于瞬时地球空间直角坐标系与瞬时天球空间直角坐标系的差别在于球空间直角坐标系的差别在于x轴的指向不同，若取其轴的指向不同，若取其间的夹角为
20、春分点的格林尼治恒星时间的夹角为春分点的格林尼治恒星时GAST，则在地球，则在地球坐标系中卫星的瞬时坐标（坐标系中卫星的瞬时坐标（X，Y，Z）与天球坐标系）与天球坐标系中的瞬时坐标（中的瞬时坐标（x，y，z）存在如下关系：）存在如下关系：32卫星运动基础3.3卫星的受摄运动卫星的受摄运动33卫星运动基础3.3卫星的受摄运动卫星的受摄运动研究卫星受摄运动的方法研究卫星受摄运动的方法1.按卫星受到的各种作用力导出其数学表达式按卫星受到的各种作用力导出其数学表达式按卫星受到的各种作用力导出其数学表达式按卫星受到的各种作用力导出其数学表达式2.建立受摄运动的微分方程建立受摄运动的微分方程建立受摄运动的
21、微分方程建立受摄运动的微分方程3.解算微分方程解算微分方程解算微分方程解算微分方程34卫星运动基础J2为地球引力场系数为地球引力场系数的二阶带谐系数，的二阶带谐系数，也称动力扁率。也称动力扁率。主要摄动因素主要摄动因素地球形状摄动地球形状摄动日、月引力日、月引力大气阻力摄动大气阻力摄动光压摄动光压摄动潮汐摄动潮汐摄动坐标附加摄动坐标附加摄动.摄动的量级摄动的量级设地球正球引力为设地球正球引力为1 1，则其它摄动的量级约为，则其它摄动的量级约为1 1 10-510-5，其中以，其中以 J2 J2 的影响最大。的影响最大。35卫星运动基础在考虑了摄动力的作用后，卫星的受摄运动的轨道参数不在考虑了摄
22、动力的作用后，卫星的受摄运动的轨道参数不再保持为常数，而是随时间变化的轨道参数。再保持为常数，而是随时间变化的轨道参数。卫星在地球质心引力和各种摄动力影响下的轨道参数称为卫星在地球质心引力和各种摄动力影响下的轨道参数称为瞬时轨道参数。瞬时轨道参数。一、各种作用力的特性及影响一、各种作用力的特性及影响36卫星运动基础1、地球引力、地球引力（1）建立一个位函数来表示地球外部空间一个质点所受的）建立一个位函数来表示地球外部空间一个质点所受的作用力。其位函数的一般形式为：作用力。其位函数的一般形式为：3-20地球质量的分布不地球质量的分布不均匀，且形状不规均匀，且形状不规则则37卫星运动基础式中式中r
23、为质点地心矢径的模，为质点地心矢径的模，为质点的球面坐标。为质点的球面坐标。式右边第一部分式右边第一部分GMr为地球形状规则和密度均匀所产为地球形状规则和密度均匀所产生的正常引力位。生的正常引力位。第二部分只为摄动位函数。第二部分只为摄动位函数。R是卫星位置的函数，它使是卫星位置的函数，它使卫星运动的轨道参数随时间而变化。卫星运动的轨道参数随时间而变化。其中其中r,vr,v可以转换为轨道参数的函数可以转换为轨道参数的函数38卫星运动基础升交点沿赤道缓慢西移升交点沿赤道缓慢西移实际上，这种摄动作用的影响就是使轨道平面产生旋转。在二阶实际上，这种摄动作用的影响就是使轨道平面产生旋转。在二阶球谐系数
24、项球谐系数项C2的影响轨道面的进动速度的影响轨道面的进动速度。由于升交点还受到。由于升交点还受到其它摄动力的影响，所以升交点赤经的变率实际上并不是一个常其它摄动力的影响，所以升交点赤经的变率实际上并不是一个常数。数。近地点在轨道面内旋转近地点在轨道面内旋转近地点位置的变化，意味着开普勒椭圆在轨道面内定向的改变，近地点位置的变化，意味着开普勒椭圆在轨道面内定向的改变，这种摄动作用引起近地角距这种摄动作用引起近地角距w的缓慢变化（的缓慢变化（）。）。引起平近点角的变化引起平近点角的变化M(t)（2）地球引力场摄动力影响39卫星运动基础2、日月引力的影响、日月引力的影响日月引力造成卫星相对于地球的摄
25、动力可表示为：日月引力造成卫星相对于地球的摄动力可表示为：太阳质量太阳质量月球质量月球质量r(s),r(m),r分别表示太阳、月球和卫星的位置矢量分别表示太阳、月球和卫星的位置矢量日月引力也能产生升交点缓慢进动，近地点角距的变化等现象；日月引力也能产生升交点缓慢进动，近地点角距的变化等现象；摄动方向与地球引力摄动不同；摄动量级更小（摄动方向与地球引力摄动不同；摄动量级更小（5 5 1010-6-6) )。五天弧段对卫星位置的影响可达五天弧段对卫星位置的影响可达1-3km1-3km40卫星运动基础太阳光照射到卫星上，将使卫星获得一个推力，称为太太阳光照射到卫星上，将使卫星获得一个推力，称为太阳辐
26、射压力。阳辐射压力。一是直接太阳光压；另一种地球反射光压。一是直接太阳光压；另一种地球反射光压。卫星受到太阳辐射压力为：卫星受到太阳辐射压力为：GPS五天运动，该压力使卫星位置偏差五天运动，该压力使卫星位置偏差1km。3、太阳辐射压力、太阳辐射压力卫星表面反射系卫星表面反射系数数 光压强度光压强度垂直于太阳光线的垂直于太阳光线的卫星截面积卫星截面积 位置单位矢量位置单位矢量 41卫星运动基础地球固体潮地球固体潮在日月引力作用下，地球产生的如潮汐般的变形。在日月引力作用下，地球产生的如潮汐般的变形。海潮海潮大气潮大气潮4、地球潮汐摄动力、地球潮汐摄动力地球潮汐摄动力，对于在地球潮汐摄动力，对于在
27、地球潮汐摄动力，对于在地球潮汐摄动力，对于在36 000km36 000km高度的高度的高度的高度的卫星（卫星（卫星（卫星（GPSGPS卫星高度为卫星高度为卫星高度为卫星高度为20 200km20 200km），摄动），摄动），摄动），摄动量约为量约为量约为量约为1 1 1010-10-10，故常被忽略。，故常被忽略。，故常被忽略。，故常被忽略。3.33.3卫星的受摄运动卫星的受摄运动卫星的受摄运动卫星的受摄运动42卫星运动基础对低轨道卫星影响较大对低轨道卫星影响较大对于对于GPS卫星（卫星（高度为20 200km）的影响可忽略的影响可忽略5、大气阻力、大气阻力3.33.3卫星的受摄运动卫星的
28、受摄运动卫星的受摄运动卫星的受摄运动43卫星运动基础卫星不受太阳辐射卫星不受太阳辐射压力影响压力影响44卫星运动基础二、卫星受摄运动方程（选看）二、卫星受摄运动方程（选看）直角坐标表示受摄方程直角坐标表示受摄方程45卫星运动基础以轨道参数为变量的受摄方程46卫星运动基础牛顿受摄运动方程47卫星运动基础牛顿受摄运动方程48卫星运动基础总结1.通过研究卫星运动的二体问题可知，如果已知卫星运动的通过研究卫星运动的二体问题可知，如果已知卫星运动的轨道参数，可以计算出卫星的状态，即卫星的位置和速度。轨道参数，可以计算出卫星的状态，即卫星的位置和速度。2.二体问题中，轨道参数是不变的常数。由于卫星在运动中
29、二体问题中，轨道参数是不变的常数。由于卫星在运动中受到各种摄动力作用的影响，其轨道参数随时间而变化。受到各种摄动力作用的影响，其轨道参数随时间而变化。3.若已知某一初始时刻的轨道参数，通过分析解算含有轨道若已知某一初始时刻的轨道参数，通过分析解算含有轨道参数的受摄运动方程，可以求得轨道参数的变率，从而求参数的受摄运动方程，可以求得轨道参数的变率，从而求得任一时刻的轨道参数。这样，利用二体问题的运动方程得任一时刻的轨道参数。这样，利用二体问题的运动方程就可以求得任一时刻的卫星位置和速度。就可以求得任一时刻的卫星位置和速度。49卫星运动基础总结4.GPS卫星定位中，需要知道卫星定位中，需要知道GP
30、S卫星的位置。通过卫星的卫星的位置。通过卫星的导航电文将已知的某一初始历元的轨道参数及其变率发给导航电文将已知的某一初始历元的轨道参数及其变率发给用户用户(接收机接收机)，即可计算出任一时刻的卫星位置。，即可计算出任一时刻的卫星位置。5.另外，通过在已知的地面站对另外，通过在已知的地面站对GPS卫星进行观测，求得卫卫星进行观测，求得卫星在某一时刻的位置，可以反求出星在某一时刻的位置，可以反求出卫星的轨道参数，从卫星的轨道参数，从而对卫星的轨道进行改进，实现精密定轨，用于而对卫星的轨道进行改进，实现精密定轨，用于GPS精密精密定位。定位。50卫星运动基础卫星星历是描述卫星运动轨道的信息，即是一组
31、卫星星历是描述卫星运动轨道的信息，即是一组对应某一时刻的轨道的参数和变率。对应某一时刻的轨道的参数和变率。GPS卫星星历分卫星星历分预报星历预报星历和和后处理星历后处理星历。1、预报星历、预报星历由卫星向用户播发。可用于实时定位。分由卫星向用户播发。可用于实时定位。分C/A码星历和码星历和P码星历。码星历。2、后处理星历、后处理星历3.4GPS卫星星历卫星星历51卫星运动基础1、预报星历预报星历（广播星历）通常包括相对某一参考历元的开预报星历（广播星历）通常包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数以及必要的轨道摄动改正项参数；普勒轨道参数以及必要的轨道摄动改正项参数；参考星历：对应于某参考历元的卫
32、星轨道参数；参考星历：对应于某参考历元的卫星轨道参数；轨道的偏离取决于观测历元和所选参考历元之间的时间轨道的偏离取决于观测历元和所选参考历元之间的时间差；差；内容：分三部分，分三部分，开普勒六参数开普勒六参数、轨道摄动九参数轨道摄动九参数、时时间二参数间二参数。52卫星运动基础预报星历的内容：预报星历的内容：1 1）开普勒六参数）开普勒六参数 a,e, i a,e, i0 0, s, , s, 0 0, M, M0 0 0 0星期日子夜零星期日子夜零时的格林威治子午面与时的格林威治子午面与参考时刻参考时刻t toeoe时的升交点时的升交点所在子午面之间的夹角。所在子午面之间的夹角。2)2)轨道
33、摄动九参数轨道摄动九参数53卫星运动基础3）时间二参数）时间二参数toe星期日子夜零时起算的星历参考时刻。取值范星期日子夜零时起算的星历参考时刻。取值范围：围：0604800s。AODE数据龄期，即用于推算星历的监测站观测数数据龄期，即用于推算星历的监测站观测数据的最后观测时刻据的最后观测时刻tL到到toe的时间间隔，的时间间隔，AODE=toe-tL。卫星钟差改正参数：卫星钟差改正参数：ts=a0+a1(t-toC)+a2(t-toC)2toC星钟参考时刻。星钟参考时刻。GPD星期数，取值范围星期数，取值范围01024，1980.1.61999.8.22，1999.8.222019.4.65
34、4卫星运动基础55卫星运动基础预报星历参数的图示预报星历参数的图示56卫星运动基础卫星预报星历具有实时获取的特点，但对于精密定位工作卫星预报星历具有实时获取的特点，但对于精密定位工作的用户，精度难以满足。的用户，精度难以满足。后处理星历是一些国家的某些部门根据各自建立的跟踪站后处理星历是一些国家的某些部门根据各自建立的跟踪站所获得的精密观测资料，应用与确定预报星历相似的方法所获得的精密观测资料，应用与确定预报星历相似的方法计算的卫星星历。计算的卫星星历。由于这种星历通常是在事后向用户提供的在其观测时间的由于这种星历通常是在事后向用户提供的在其观测时间的卫星精密轨道的信息，称为后处理星历。卫星精
35、密轨道的信息，称为后处理星历。由移动介质、电视、通信等以有偿的方式向用户提供。一由移动介质、电视、通信等以有偿的方式向用户提供。一般不能实时定位。般不能实时定位。利用精密星历及其它手段进行精密单点定位，精度可达利用精密星历及其它手段进行精密单点定位，精度可达0.1m。2.后处理星历后处理星历(精密星历)57卫星运动基础GPS接收机接收到广播星历与历书两种导航信息接收机接收到广播星历与历书两种导航信息,广播星历包含基本轨道参数及摄动改正量广播星历包含基本轨道参数及摄动改正量,由其确由其确定的卫星位置精度高定的卫星位置精度高,可用于定位计算。历书仅提可用于定位计算。历书仅提供基本轨道参数供基本轨道
36、参数,精度低精度低,可用于接收机快速捕捉可用于接收机快速捕捉卫星和预报。卫星和预报。GPS卫星的历书包含在导航电文的第四和第五子卫星的历书包含在导航电文的第四和第五子桢中，可以看作是卫星星历参数的简化子集。其桢中，可以看作是卫星星历参数的简化子集。其每每12.5分钟广播一次，寿命为一周，可延长至分钟广播一次，寿命为一周，可延长至6个个月。月。GPS历书历书（Almanac）58卫星运动基础GPS卫星历书（卫星历书（Almanac）的用途及含义）的用途及含义 GPS卫星历书用于计算任意时刻天空中任意卫星的概略位卫星历书用于计算任意时刻天空中任意卫星的概略位置。其主要用途置。其主要用途：u使卫星的
37、码搜索有的放矢，避免使卫星的码搜索有的放矢，避免“满天搜星满天搜星”；u找到任意卫星的概略找到任意卫星的概略Doppler频移，辅助频域搜索频移，辅助频域搜索。59卫星运动基础u历书（历书（Almanac）数据中各变量含义：）数据中各变量含义：ID:卫星的卫星的PRN号，范围为号，范围为131Health:卫星健康状况，零为信号可用，非零为信号不可用卫星健康状况，零为信号可用，非零为信号不可用Eccentricity:轨道偏心率轨道偏心率TimeofApplicability(s):历书的基准时间历书的基准时间OrbitalInclination(rad):轨道倾角轨道倾角RateofRightAscen(r/s):升交点赤经变化率升交点赤经变化率SQRT(A)(m1/2):轨道长半轴的平方根轨道长半轴的平方根RightAscenatWeek(rad):升交点赤经升交点赤经ArgumentofPerigee(rad):近地点俯角近地点俯角MeanAnom(rad):平均近点角平均近点角Af0(s):卫星时钟校正参数（钟差）卫星时钟校正参数（钟差）Af1(s/s):卫星时钟校正参数（钟速）卫星时钟校正参数（钟速）week:GPS周数（周数（every7dayssince22Aug1999）60卫星运动基础
