第3章卫星运动基础与轨道计算ppt课件.ppt

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1、第3章卫星运动基础与轨道计算中国矿业大学（北京）基本概念u卫星轨道定义:卫星运行轨道卫星轨道运动原于牛顿引力理论u引力特点引力作用距离远引力与物体间介质无关引力传播瞬息即至，无传播速度u卫星运动二体运动：只研究二个天体的作用限制二体运动：不考虑被吸引物体质量被吸引体在引力作用运动状态研究思路u将地球作为均质球体，质量集中在质心（中心力）对卫星的引力，求卫星运行的理想轨道u再考虑摄动力（非中心力）对卫星轨道的影响地球非对称作用力日、月阻力光辐射压力地球海水潮汐，固体潮汐天体力学的理论基础u牛顿万有引力定律u开普勒三大定律牛顿万有引力定律开普勒三大定律卫星运动微分方程u根据牛顿万有引力定律u其中：

2、G为引力常数，M为地球质量，m为卫星质量，r为卫星的地心向径u卫星的质量m相对地球的质量M可以忽略，于是有u令K=GM，上式也可以表示为：开普勒第一定律u在中心力场作用下，卫星绕地球运行，轨道面是过地球质心平面，卫星运行轨道是椭圆，地球质心在椭圆一个焦点上。u上式积分后得面积积分u 为积分常数，垂直于运动平面u证明二体运动是平面运动开普勒第二定律u卫星质心与地球质心的向量，在相同时间内扫过的面积相等积分得：P(t)卫星运动轨道方程椭圆轨道参数a：长半轴；b：短半轴c：焦点与椭圆中心间距e：偏心率；p：焦参数p卫星运动轨道方程u卫星轨道方程：u 讨论：ue=0,r=p 即a=b,轨道为圆ue30

3、2400s时，应减去604800s；当 RINEX RINEX格式格式 文件格式说明文件格式说明精密星历IGS简介uIGS是一个国际性服务组织，由国际大地测量协会IAG于19921993年筹建，1994年正式成立，原称“International Global Positioning System(GPS)Service for Geodynamics(IGS)”，1999年1月1日改名为“International GPS Service(IGS)”,其目的是为大地测量和地球物理研究活动提供观测数据和数据产品支持和服务。uIGS的数据和数据分析产品是通过分布于全球的380个GPS永久跟踪站(

4、2004年11月24日，图2.3.22)，其内容是：GPS卫星精密星历、地球自转参数、IGS跟踪站在ITRF框架下的坐标及速度、GPS卫星和IGS跟踪站钟差信息、电离层信息、对流层信息。全球IGS站http:/igscb.jpl.nasa.gov/network/allmaps.html我国大陆的IGS站u我国大陆的IGS站有wuhn(武汉)、bjfs(北京)、shao(上海)、xian(西安)、lhas(拉萨)、kumn(昆明)、urum(乌鲁木齐)。精密星历格式u SP3格式u定义Standard Product#3一种精密星历格式，IGS精密星历采用此格式u历史1985年美国NGS（Na

5、tional Geodetic Survey）公布SP1、ECF1、SP2、ECF21989年加入EF13以上格式均未考虑卫星钟信息1989年提出SP3、ECF3和EF18，1991年正式发布精密星历格式u存储方式ASCIIu内容精密星历（每隔15分钟给出1个卫星的位置，有时还给出卫星的速度）u特点提供精密星历精密星历格式u命名规则u命名方法：8+3文件名u命名规则u例：igs11065.sp3(.Z)，igr11065.sp3(.Z)tttwwwwd.sp3精密星历的类型GPS周星期0：星期日16：星期一 星期六总为sp3精密星历格式u文件结构命名方法：8+3文件名命名规则例：igs1106

6、5.sp3(.Z)，igr11065.sp3(.Z)tttwwwwd.sp3精密星历的精密星历的类型类型GPS周周星期星期0：星期日：星期日16：星期一：星期一 星期六星期六总为总为sp3精密星历格式u文件格式说明参见：ftp:/igscb.jpl.nasa.gov/pub/data/format/sp3_docu.txtu内容文件格式说明u参见：ftp:/igscb.jpl.nasa.gov/pub/data/format/sp3_docu.txtu内容#aP2001 3 18 0 0 0.00000000 96 ORBIT IGS97 HLM IGS#1106 0.00000000 900

7、.00000000 51986 0.0000000000000+28 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 17 18 19 20+21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 0 0 0 0 0 0+0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0+0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0+0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0+4 5 5 5 4 5 5 4 5 4 5 5 5 5 5 5 4+5 5 5 4 4 4 4 7 5 4 4 0 0 0 0 0 0+0 0 0 0

8、0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0+0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0+0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0%c cc cc ccc ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc%c cc cc ccc ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc%f 0.0000000 0.000000000 0.00000000000 0.000000000000000%f 0.0000000 0.000000000 0.0000

9、0000000 0.000000000000000%i 0 0 0 0 0 0 0 0 0%i 0 0 0 0 0 0 0 0 0/*RAPID ORBIT COMBINATION FROM WEIGHTED AVERAGE OF:/*cod emr esa gfz igu jpl ngs sio usn /*REFERENCED TO GPS CLOCK AND TO WEIGHTED MEAN POLE:/*CLK ANT Z-OFFSET(M):II/IIA 1.023;IIR 0.000 *2001 3 18 0 0 0.00000000P 1 1137.662333 24450.41

10、9935 10434.025839 168.957503P 2 22554.164846 6701.404774-12156.548088 -354.131603P 3-12835.803249 19823.526060 12033.738279 12.655252P 4 26036.203647 -5147.508988 -2778.935922 693.981565P 5 -8981.105708-20915.047563-13823.748269 291.406843P 6 -7243.996679-19828.275194 16147.726225 -0.315725P 7 15634

11、.362803 -542.356344-21103.968489 578.771698文文件件头头文文件件体体文件格式说明u内容#aP2001 3 18 0 0 0.00000000 96 ORBIT IGS97 HLM IGS#1106 0.00000000 900.00000000 51986 0.0000000000000+28 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 17 18 19 20+21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 0 0 0 0 0 0+0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0+0 0 0 0 0

12、0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0+0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0+4 5 5 5 4 5 5 4 5 4 5 5 5 5 5 5 4+5 5 5 4 4 4 4 7 5 4 4 0 0 0 0 0 0+0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0+0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0+0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0%c cc cc ccc ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc%c cc cc ccc

13、ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc%f 0.0000000 0.000000000 0.00000000000 0.000000000000000%f 0.0000000 0.000000000 0.00000000000 0.000000000000000%i 0 0 0 0 0 0 0 0 0%i 0 0 0 0 0 0 0 0 0/*RAPID ORBIT COMBINATION FROM WEIGHTED AVERAGE OF:/*cod emr esa gfz igu jpl ngs sio usn /*REFERENCED

14、 TO GPS CLOCK AND TO WEIGHTED MEAN POLE:/*CLK ANT Z-OFFSET(M):II/IIA 1.023;IIR 0.000 *2001 3 18 0 0 0.00000000P 1 1137.662333 24450.419935 10434.025839 168.957503P 2 22554.164846 6701.404774-12156.548088 -354.131603P 3-12835.803249 19823.526060 12033.738279 12.655252P 4 26036.203647 -5147.508988 -27

15、78.935922 693.981565P 5 -8981.105708-20915.047563-13823.748269 291.406843P 6 -7243.996679-19828.275194 16147.726225 -0.315725P 7 15634.362803 -542.356344-21103.968489 578.771698文文件件头头文文件件体体轨道内插u常用内插方法如拉格朗日多项式内插（Lagrange Polynomial Interpolation）三次样条内插（Cubic Spline Interpolation）三 角 多 项 式 内 插（Trigono

16、metric Polynomial Interpolation）切比雪夫多项式内插（Tshebyshev Polynomial Interpolation）轨道内插u拉格朗日多项式内插数据文件下载u下载数据文件ftp:/garner.ucsd.edu/pub ftp:/cddisa.gsfc.nasa.gov/pub/gps/gpsdataftp:/igs.ensg.ign.fr/pub/igs/ftp:/igscb.jpl.nasa.gov/pub/product/u观测值文件：RINEX O文件u星历文件:RINEX N文件u文件目录结构：类型type,年year,年积日day of ye

17、ar,周GPS week,周天day of week,站名标识site ID数据文件下载观测值文件命名规则：ssssdddf.yyD.Z,ssssdddf.yyO.Z(ftp:/garner.ucsd.edu/pub/rinex/)星历文件命名规则：ssssdddf.yyN.Z(ftp:/garner.ucsd.edu/pub/nav/)全球星历文件命名规则：brdcdddf.yyN.Z(ftp:/cddisa.gsfc.nasa.gov/pub/gps/gpsdata/brdc/)格式转换程序（*.yyD *.yyO):CRX2RNX.exe and RNX2CRX.exe(ftp:/igscb.jpl.nasa.gov/pub/software/RNXCMP_2.4.2/dos/exe_win2000/)复习思考题.1.开普勒轨道6参数的含义及其作用？2.轨道直角坐标系的定义？3.GPS广播星历参数及其含义？4名词：卫星运动的二体问题 卫星的无摄运动、受摄运动 真近点角、偏近点角、平近点角 GPS卫星星历、广播星历、参考星历、后处理星历