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1、第二章第三节摄动轨道第一页，本课件共有22页回顾回顾:GPS概述概述(概念概念,组成组成,特点特点,功能功能)卫星定位基础卫星定位基础 基本定位原理基本定位原理 空间坐标系空间坐标系 时间坐标系时间坐标系天球坐标系天球坐标系地球坐标系地球坐标系理想状态下理想状态下岁差和章动影响岁差和章动影响协议天球坐标系协议天球坐标系第二页，本课件共有22页第二章第二章 卫星定位基础卫星定位基础 基本定位原理基本定位原理 空间坐标系空间坐标系 时间坐标系时间坐标系 导航卫星的轨道导航卫星的轨道天球坐标系天球坐标系地球坐标系地球坐标系理想状态下理想状态下岁差和章动影响岁差和章动影响协议天球坐标系协议天球坐标系正
2、常轨道（无摄轨道）正常轨道（无摄轨道）摄动轨道摄动轨道开普勒三定律开普勒三定律三种近点角三种近点角开普勒六参数开普勒六参数第三页，本课件共有22页第三节 GPS卫星的摄动轨道卫星的摄动轨道1.摄动轨道摄动轨道2.摄动方程摄动方程3.摄动结果摄动结果6378km26m108m19ma-b=21.3km第四页，本课件共有22页1.导航卫星的摄动力(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摄动力地球潮汐摄动力太阳引力太阳引力月球引力月球引力大气阻力大气阻力太阳辐射压力太阳辐射压力太阳反照压力太阳反照压力f0fgfaftfsfmfdfr第五页，本课件共有22页2.摄动轨道 卫星在宇
3、宙空间运行时由于受到地心引力之卫星在宇宙空间运行时由于受到地心引力之外的其他各种力的作用，如地球非中心引力，日外的其他各种力的作用，如地球非中心引力，日月引力，太阳辐射压力，大气阻力及潮汐力等的月引力，太阳辐射压力，大气阻力及潮汐力等的合成作用，使得卫星的实际运行轨道比正常轨道合成作用，使得卫星的实际运行轨道比正常轨道复杂得多，这种实际轨道就叫做摄动轨道。复杂得多，这种实际轨道就叫做摄动轨道。RS=F/m=(F0+fg+fm+fs+fr+fa+fd+ft)/m受摄运动方程受摄运动方程:或As=-G(m+Me)Rs3Rs+As二体加速度全摄动加速度(i=g，m，s，r，a，d，t)As=fim第
4、六页，本课件共有22页在各种摄动力中，以地球非中心引力的影响为最大。如在GPS实验卫星的受摄运动中各种参数的在轨位置偏差(m)。被摄动参数被摄动参数fgfmfra26002005e16001405i800802 4800805+M1200500103.摄动结果第七页，本课件共有22页（1）地球非中心引力的两大摄动 通过地球非球形引力的摄动结果，致使卫星轨道参数不是固定不变的，而是随时间变化的函数。因此导致卫星在轨位置不断偏离正常轨道，这是卫星导航必须重视的一个重大问题。第八页，本课件共有22页 旋转轨道平面 地球非球形引力导致卫星轨道平面在空间产生旋转，其表现是升交点升交点N沿天球赤道缓慢的进
5、动，以至升交点赤经产生周期性的变化。(P-53)=-3n0J22aea(1-e2)2cosi式中：n0-卫星平均角速度；J2-二阶带谐系数，J2=1.0826E-3；ae-地球椭球的长半轴，ae=6378km。第九页，本课件共有22页EyxH OSPNfi第十页，本课件共有22页 轨道平面的旋转方向与卫星东西运动相反否，轨道平面的旋转方向与卫星东西运动相反否，取决于卫星轨道倾角的余弦。取决于卫星轨道倾角的余弦。i90o，向东旋转。NP第十一页，本课件共有22页 旋转长半轴 地球非球形引力导致卫星轨道椭圆的长半轴在轨道平面内产生旋转，其表现是近地点近地点角距即幅角的缓慢进动。=-3n0J24ae
6、a(1-e2)2（1-5cos2i）i0，长半轴的旋转方向与卫星运行方向一致；i=63.4o，0，不旋转；i63.4o，0，长半轴的旋转方向与卫星运行方向相反；第十二页，本课件共有22页另外,在地球非球形引力作用下，平近点角平近点角也会产生缓慢的进动，导致卫星运行轨道不能够相互重合，而形成一周期又一周期运行轨道的相互偏离。(P54)PP第十三页，本课件共有22页(2)两种轨道 由于地球非中心引力的摄动，还引入下列两种常用的特殊的轨道。太阳同步轨道 在地球非球形引力作用下，升交点赤经产生变化，当其变率为每天0.9856度即约每天1度时，使升交点赤经变率等于地球公转的平均角速度，这时的卫星轨道称为
7、太阳同步轨道。在这种轨道上运行的卫星，经过某一特定位置时，太阳光照条件相同，换言之，卫星经过某一纬度的“地方时”，在一段时间内几乎不发生变化。采用这种轨道的卫星如地球资源卫星、侦察卫星、气象卫星等。第十四页，本课件共有22页太阳同步轨道参数:a=7300km,e=0,i=99度第十五页，本课件共有22页 地球静止轨道 从地球上 看卫星好象是“静止不动”的，这种轨道叫地球静止轨道。它是一种轨道平面倾角和偏心率均为零的“地球同步轨道”。所谓“地球同步轨道”，是一种卫星运行周期和地球自转周期相同，方向相同即卫星自西向东顺着地球自转方向而运行的轨道。但是这种“静止”也是表现在一定范围内的。如北斗导航实
8、验卫星就是采用这种轨道。第十六页，本课件共有22页（2）其他引力的摄动摄动力近地卫星中轨卫星地球同步轨道大气阻力0.410-5110-90太阳辐射压力0.210-8110-9110-9太阳引力0.310-70.510-70.210-6月球引力0.610-70.110-60.510-6太阳潮汐力0.410-70.410-7110-11月球潮汐力0.510-70.310-70.810-11 大气阻力的摄动 fd=0.5KdSsAVs2Vsu 大气阻力摄动难以精确模型化，它是导致卫星陨落的重要因素之一。第十七页，本课件共有22页 日月引力的摄动 日月引力又称“第三体引力”，它不仅影响卫星的运行，而且
9、影响地球的自转，因此，在考虑日月引力摄动时，应为日月引力对卫星轨道的作用与对地球作用的差值。（P55）第十八页，本课件共有22页 太阳辐射压力 fr=-k Sp Sc rsu式中:k-卫星表面反射系数,其值为1-1.44;Sp-太阳光压强度,它取决与卫星至太阳的距离以及大气吸收太阳光线的程度,其值常用4.6E-6;sc-垂直于太阳光线的卫星横截面积;rsu-太阳的位置矢量.第十九页，本课件共有22页 地球潮汐摄动力 地球不是一个刚体，它在日月引力的作用下会产生形如潮汐般的变形，称之为地球固体潮。此外日月引力还会产生海潮和大气潮，这三种潮汐改变了地球引力场中的摄动力。因此，在地球引力摄动中，附加
10、了一个地球潮汐摄动力，它是日月引力对卫星的间接作用。对于在1000千米高度运行的卫星，地球潮汐摄动力的量很小，对于36000千米高度运行的卫星，其摄动量常忽略不计。第二十页，本课件共有22页4.GPS的受摄运动思考：为什么说GPS星座是一个比较稳定的星座？受摄项目PRN21PRN23PRN12+f+1.239-1.689+1.084i+0.046+0.027+0.034Rs-134.378m-123.710m+138.847m第二十一页，本课件共有22页复习题：1.GPS所采用的空间坐标系统都包括哪些?2.GPS所使用的时间系统包括哪些？各以何为基准？3.开普勒轨道六参数是指什么？对于卫星的轨道有什么意义？4.卫星环绕地球运行的运动方程？5.时间对于GPS定位有什么重要的意义?6.地球非中心引力对卫星的摄动轨道产生什么样的影响?第二十二页，本课件共有22页