GPS卫星运动基础及GPS卫星星历PPT教案.pptx

GPS卫星运动基础及GPS卫星星历
卫星的受力情况：
地球的引力
日月引力
潮汐力
大气阻力
光压力
均质球体引力
非均匀球形部分引力
第一类力：地球的质心引力——中心引力
第二类力：摄动力——非中心引力，包括地球引
力场摄动力（地球非球形对称引起）、
日月引力、大气阻力、太阳光压、地球
潮汐力等。
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无摄运动（二体问题）：仅考虑地球的质心引力
研究卫星相对于地球的运动。在天体力
学中，称之为二体问题。
无摄轨道：理想的卫星轨道。
受摄运动：在考虑第一类力（中心引力）的同时
也考虑第二类力（摄动力）的影响来
研究地球的运动。
受摄轨道：在受摄运动下所运行的轨迹。
二、卫星的运动
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卫星围绕着地球运行，作二体问题研究，必须满
足以下条件：
①必须在惯性系下考虑问题。
②卫星作为质点。卫星的体积小，与其到地球的
距离相比，可忽略不计，即卫星可作为质点计。
③地球作为质点。地球可分成均质地球和非均质
地球两部分。均质地球对外部点的引力等于球
心质点的引力。因此，如果把非均质地球的引
力作为摄动力的话，均质地球可作为一个质点。
§ 卫星的无摄运动
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目的意义
①均质球体引力决定着卫星运动的主要规律和
特征，它是卫星运动的近似描述；
②二体问题是惟一能得到严密解的问题，而多
体问题还不能得到严密解；
③二体问题是精确研究卫星运动的基础。
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一、卫星运动的轨道参数
1、轨道是一个椭圆，可用一组参数来表示。
a（椭圆的长半径）、e（偏心率）——形状参数
Ω（升交点赤径）：即在地球赤道平面上，升交
点N与春分点γ之间的地心夹角。
i（轨道面的倾角）：
即卫星轨道平面地球
赤道面之间的夹角。
Ω、i唯一的确定了卫
星轨道平面地球体之间的
相对向。
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Ω、i、ω——轨道定向参数。
V（真近点角）：在轨道平面上
卫星与近地点之间的地心角距。
确定了任一时刻卫星在轨道上
的位置。——位置参数。
（ a，e，Ω，i，ω，V）六参数称为开普勒轨
道参数，或称轨道根数。
ω（近地点角距）：
轨道平面上近地点A与升
交点N之间的地心角距。表达
了开普勒椭圆在轨道平面上的
定向。
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在无摄运动的条件下，卫星的运动才可以用六
参数来描述。
Ω、i ：确定了轨道平面在地心坐标系中的位置
a，e：确定了轨道的形状
ω：确定了轨道中短半轴在坐标系中的指向
（a，e，Ω，i，ω）决定于卫星的发射条
件，为常数；V决定于卫星运行的时间，是时
间的函数。
V：决定于卫星运行的时间
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二、二体问题的运动方程
根据万有引力定律：
研究卫星S绕地球O的运动，主要是研究卫
星运动状态随时间的变化规律，根据物理学中牛
顿定律可以很方便地得到二体问题的运动方程。
牛顿第二定律：
从而， 有
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在惯性坐标系下研究卫星相对于地球的运动，
O-XYZ为惯性系
o
z
y
x
S
rs
r
re
E
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