第三章 卫星运动的基础知识与
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卫星在轨道平面上的位置：真近点角V（变量）；
轨道平面与地球体之间的相对定向：升交点赤经Ω；轨道面倾角i。 辅助参数平近点角M和偏近点角E。 M=n(t-t0)…………t0为卫星过近地点时刻。
参数说明 近地点角距——近地点与升交点的地心夹角。 真近点角——卫星与近地点的地心夹角。 升交点赤经——升交点与春分点的地心夹角。 轨道面倾角——卫星轨道面与天球赤道面的夹角。 升交距角——卫星与升交点的地心夹角，即真近点角与近地点角距之
第三节 GPS卫星坐标计算
1、卫星运行平均角速度
GM 值见 P19,为 3986005×108.
1
n0
GM as3
n 2 ……
n0
n
2、平近点角和偏近点角 M M0 n(t toe ), Es M es sin Es
3、真近点角 cosV (cos Es es ) /(1 es cos Es )
引起切向、法向、径向偏移。增加6个参数Cus，Cuc，Cis，Cic， Crs，Crc。
第二节 GPS卫星星历
卫星星历是描述卫星运行轨道的参数，分
预报星历和后处理星历。
春分
1、预报星历
点
由卫星向用户播发。可用于实时定位。分
C/A码星历和P码星历。
内容：分三部分，开普勒六参数、轨道
摄动九参数、时间二参数。
4、升交距角及摄动改正项
u0 s V u Cus sin 2u0 Cuc cos 2u0 r Crs sin 2u0 Crc cos 2u0 i Cis sin 2u0 Cic cos 2u0
5、观测历元的升交距角、向径及轨道倾角
u u0 u
r as (1 es cos Es ) r i i0 i i(t toe )
2）GPD——星期数，取值范围0~1024， 1980.1.6~1999.8.22，1999.8.22~2019.4.6
2、后处理星历
国际组织、国家、城市、仪器制造商等由自已的跟踪站观测数 据推算，由网络、手机、电视、光盘、磁带等介质以免费或收费的方式 向用户提供。一般不能实时定位。
利用精密星历及其它手段进行精密单点定位，精度可达0.1m。
x0 y0 z0
轨道
再将瞬地转换为协地。
1、卫星运动的开普勒定律
第一定律：卫星轨道是椭圆，一个焦点是地心。 第二定律：卫星与地心连线在相同时间内扫过的面积相等。 第三定律：卫星运行的周期平方与轨道长半径立方成比例。
1
Ts2 as3
4 2
GM
.......n2as3
GM
........n
GM as3
2
扫过的面积相等
2、无摄运动的轨道参数 轨道形状与大小：轨道长半径as；扁心率es； 轨道椭圆在轨道平面上的定向：近地点角距ω；
) GAST(t
地心
Ω
oe
Ω
o
toe 时 升交点
0
to 时格林 威治
预报星历的内容： 1）开普勒六参数
e, i0, ωs, Ω0, M0
Ω0——星期日子夜零时的格林威治子午面与参考时刻toe时的升交点所 在子午面之间的夹角。
2)轨道摄动九参数
3）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
第三Fra Baidu bibliotek 卫星运动的基础知识与GPS卫星星 历
第一节 卫星的无摄运动与受摄运动
一、卫星的无摄运动
卫星运动不仅受地心引力的作用，而且还受到非地心引力、日 月引力、行星引力、太阳光压、地球潮汐、大气阻力等影响。除地心引 力外的其它作用力称为摄动力。只考虑地心引力的卫星运动叫无摄运动， 考虑其它作用力的卫星运动叫受摄运动。
x0 y0
r
cosV sin V
x0 y0
r
cos u sin u
z0
0
z0
0
二、卫星的受摄运动
受摄运动的卫星位置是在无摄位置的基础上加相应的改正数求 得。 1、地球赤道隆起的影响
1）引起升交点赤经变化，变率Ω′； 2）引起近地点角距变化，变率ω′； 3）引起平近点角M变化，变率M′或n′或Δn； 2、其它影响。
围：0~604800s。 AODE——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tL到toe的时间间隔，AODE= toe- tL。 注：不属于星历的其它信息表2.3前3行，后5行，与星历同 属导航电文。
1）卫星钟差改正参数：Δts=a0+a1(t-toC)+a2(t-toC)2 toC——星钟参考时刻。
和。
开普勒六参数 偏近点角E
3、偏近点角与真近点角的计算
偏近点角： E=M+e.sinE 真近点角：
1
tan
V 2
1 1
es es
2
tan
Es 2
4、无摄卫星位置计算
在轨道直角坐 标系中的位置：
卫星在天球坐 标系和地球坐标系中 的位置通过坐标系的 转换求得。但在转换 前需加摄动改正。
x 0
c o s u
y0 r sin u
6、卫星在轨道直角坐标系中的位置 z 0
0
7、升交点在 WGS-84 中的大地经度 L 0 ( )(t toe ) toe
ω为地球自转角速度,见 P19.
8、卫星在 WGS-84 中的坐标
x
y
z
瞬地
Rz
LRx i
轨道平面与地球体之间的相对定向：升交点赤经Ω；轨道面倾角i。 辅助参数平近点角M和偏近点角E。 M=n(t-t0)…………t0为卫星过近地点时刻。
参数说明 近地点角距——近地点与升交点的地心夹角。 真近点角——卫星与近地点的地心夹角。 升交点赤经——升交点与春分点的地心夹角。 轨道面倾角——卫星轨道面与天球赤道面的夹角。 升交距角——卫星与升交点的地心夹角，即真近点角与近地点角距之
第三节 GPS卫星坐标计算
1、卫星运行平均角速度
GM 值见 P19,为 3986005×108.
1
n0
GM as3
n 2 ……
n0
n
2、平近点角和偏近点角 M M0 n(t toe ), Es M es sin Es
3、真近点角 cosV (cos Es es ) /(1 es cos Es )
引起切向、法向、径向偏移。增加6个参数Cus，Cuc，Cis，Cic， Crs，Crc。
第二节 GPS卫星星历
卫星星历是描述卫星运行轨道的参数，分
预报星历和后处理星历。
春分
1、预报星历
点
由卫星向用户播发。可用于实时定位。分
C/A码星历和P码星历。
内容：分三部分，开普勒六参数、轨道
摄动九参数、时间二参数。
4、升交距角及摄动改正项
u0 s V u Cus sin 2u0 Cuc cos 2u0 r Crs sin 2u0 Crc cos 2u0 i Cis sin 2u0 Cic cos 2u0
5、观测历元的升交距角、向径及轨道倾角
u u0 u
r as (1 es cos Es ) r i i0 i i(t toe )
2）GPD——星期数，取值范围0~1024， 1980.1.6~1999.8.22，1999.8.22~2019.4.6
2、后处理星历
国际组织、国家、城市、仪器制造商等由自已的跟踪站观测数 据推算，由网络、手机、电视、光盘、磁带等介质以免费或收费的方式 向用户提供。一般不能实时定位。
利用精密星历及其它手段进行精密单点定位，精度可达0.1m。
x0 y0 z0
轨道
再将瞬地转换为协地。
1、卫星运动的开普勒定律
第一定律：卫星轨道是椭圆，一个焦点是地心。 第二定律：卫星与地心连线在相同时间内扫过的面积相等。 第三定律：卫星运行的周期平方与轨道长半径立方成比例。
1
Ts2 as3
4 2
GM
.......n2as3
GM
........n
GM as3
2
扫过的面积相等
2、无摄运动的轨道参数 轨道形状与大小：轨道长半径as；扁心率es； 轨道椭圆在轨道平面上的定向：近地点角距ω；
) GAST(t
地心
Ω
oe
Ω
o
toe 时 升交点
0
to 时格林 威治
预报星历的内容： 1）开普勒六参数
e, i0, ωs, Ω0, M0
Ω0——星期日子夜零时的格林威治子午面与参考时刻toe时的升交点所 在子午面之间的夹角。
2)轨道摄动九参数
3）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
第三Fra Baidu bibliotek 卫星运动的基础知识与GPS卫星星 历
第一节 卫星的无摄运动与受摄运动
一、卫星的无摄运动
卫星运动不仅受地心引力的作用，而且还受到非地心引力、日 月引力、行星引力、太阳光压、地球潮汐、大气阻力等影响。除地心引 力外的其它作用力称为摄动力。只考虑地心引力的卫星运动叫无摄运动， 考虑其它作用力的卫星运动叫受摄运动。
x0 y0
r
cosV sin V
x0 y0
r
cos u sin u
z0
0
z0
0
二、卫星的受摄运动
受摄运动的卫星位置是在无摄位置的基础上加相应的改正数求 得。 1、地球赤道隆起的影响
1）引起升交点赤经变化，变率Ω′； 2）引起近地点角距变化，变率ω′； 3）引起平近点角M变化，变率M′或n′或Δn； 2、其它影响。
围：0~604800s。 AODE——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tL到toe的时间间隔，AODE= toe- tL。 注：不属于星历的其它信息表2.3前3行，后5行，与星历同 属导航电文。
1）卫星钟差改正参数：Δts=a0+a1(t-toC)+a2(t-toC)2 toC——星钟参考时刻。
和。
开普勒六参数 偏近点角E
3、偏近点角与真近点角的计算
偏近点角： E=M+e.sinE 真近点角：
1
tan
V 2
1 1
es es
2
tan
Es 2
4、无摄卫星位置计算
在轨道直角坐 标系中的位置：
卫星在天球坐 标系和地球坐标系中 的位置通过坐标系的 转换求得。但在转换 前需加摄动改正。
x 0
c o s u
y0 r sin u
6、卫星在轨道直角坐标系中的位置 z 0
0
7、升交点在 WGS-84 中的大地经度 L 0 ( )(t toe ) toe
ω为地球自转角速度,见 P19.
8、卫星在 WGS-84 中的坐标
x
y
z
瞬地
Rz
LRx i