卫星的受摄运动
GPS原理与应用 复习资料 考试重点
1.GPS定位系统有哪几部分组成的？各部分的作用是什么？（1）GPS卫星星座1.接受地面站发来的导航电文和其他信号2.接受地面站的指令,修正轨道偏差并启动备用设备3.连续不断地向地面发送GPS导航和定位信号（2）地面监控系统: 一个主控站：收集数据；处理数据；监测协调；控制卫星三个注入站：将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器五个监测站：接收卫星信号，为主控站提供卫星的观测数据（3）GPS信号接收机：捕获卫星信号，计算出测站的三维位置或三维速度和时间，达到导航和定位的目的2.GPS信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS 信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。
3.GPS接收机主要由接收机天线单元、GPS接收机主机单元和电源三部分组成。
完全定义一个空间直角坐标系必须明确：①坐标原点位置②三个坐标轴的指向③长度单位2.参心坐标系和质心坐标系的定义：参心是椭球的几何中心，质心是椭球的质量中心4.WGS—84坐标系的定义原点位于地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极（CIP）方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面和CIP赤道的交点，Y轴与Z,X轴构成右手坐标系。
5.导航电文（卫星电文、数据码/D码）：GPS卫星的导航电文是用户用来定位和导航的数据基础。
主要包括：卫星星历，时钟改正，电离层时延延正，工作状态信息以及C/A码转换到捕获P码的信息。
6.GPS使用L1,L2两种载波的目的：目的在于测量出或消除掉由于电离层效应而引起的延迟误差。
7.C/A码和P码的含义C/A码是用于粗测距和捕获GPS卫星信号的伪随机码。
P码是卫星的精测码。
8. 二体问题：忽略所有的摄动力，仅考虑地球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。
卫星导航系统-第11讲-卫星导航定位误差-2
卫星导航系统-第11讲-卫星导航定位误差-2平流层中间层电离层散逸层⼤⽓层温度⼤⽓层电⼦密度⼤⽓层对信号传播的影响⼤⽓折射信号在穿过⼤⽓层时，速度将发⽣变化，传播路径也将发⽣弯曲，也称⼤⽓延迟，在GPS测量定位中，通常仅考虑信号传播速度的变化。
⾊散介质与⾮⾊散介质⾊散介质：对不同频率的信号，所产⽣的折射效应不同；⾮⾊散介质：对不同频率的信号，所产⽣的折射效应相同；对卫星导航信号来说，电离层是⾊散介质，对流层是⾮⾊散介质；对于⾊散介质这块⼉，由于不同频率的⾊散情况不⼀样，那么可以⽤多种频率来传播导航信息，这样的话，就有可能采⽤⼀些技术把这些延时消除掉；电离层对信号传播的影响电⼦密度：单位体积中所包含的电⼦数。
电⼦总量（TEC-Total Electron Content）:底⾯积为⼀个单位⾯积时沿信号传播路径贯穿整个电离层的⼀个柱体内所含的电⼦总数。
与太阳活动密切相关，太阳活动剧烈时，电⼦含量增加。
太阳活动周期约为11年。
电离层延迟改正⽅法双频改正⽅法：利⽤双频观测值直接计算出延迟改正或组成⽆电离层延迟的组合观测量效果：改正效果最好经验模型改正⽅法：根据以往观测结果所建⽴的模型改正效果：较差实测模型改正⽅法：利⽤实际观测所得到的离散的电离层延迟（或电⼦含量），建⽴模型（如内插）效果：改正效果较好电离层延迟改正⽅法-双频观测含有⾼密度电⼦，电磁波传播速度与其频率有关。
⼤⽓物理学给出的电离层群折射率的计算公式为：经验模型Bent模型国际参考电离层模型Klobuchar模型（应⽤⽐较多）实测模型基本思想：利⽤基准站的双频观测数据计算电离层延迟利⽤所得到的电离层延迟量建⽴局部或全球的TEC实测模型类型局部模型适⽤于局部区域全球模型适⽤于全球区域对流层延迟来⾃卫星的信号在穿过电离层后，经平流层到达对流层，其中的粒⼦多数是中性离⼦，对频率低于30GHz的⽆线电信号没有散射作⽤。
对流层的折射与地⾯⽓候、⼤⽓压⼒、温度和湿度变化密切相关，这也使得对流层折射⽐电离层折射更复杂。
GNSS复习资料
第一章1、GPS系统组成三大部分：（1）空间部分:GPS卫星星座（21+3）（2）地面控制部分：地面监控系统（一个主控站MCS、三个注入站、五个监测站）（3）用户设备部分：GPS信号接收机2、GPS系统特点：定位精度高、测量时间短、观测站之间无需通视、提供三维坐标、操作简便、全天候作业、功能多，应用广第二章1、卫星定位中两种坐标系统：天球坐标系和地球坐标系2、天球：指以地球质心为中心，半径r为任意长度的一个假想球体。
3、黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆，即当地球绕太阳公转时，地球上的观测者所见到的太阳在天球上的运动轨迹。
黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，约º。
4、春分点：指太阳由南向北运动时，黄道与天球赤道的交点。
（当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点。
）天球空间直角坐标系与天球球面坐标系5、天球坐标系由天球空间直角坐标系和天球球面坐标系组成。
（1）天球空间直角坐标系的定义：原点位于地球的质心，z轴指向天球的北极Pn，x轴指向春分点，y轴与x、z轴构成右手坐标系。
（2）天球球面坐标系的定义：原点位于地球的质心，赤经为含天轴和春分点的天球子午面与经过天体s的天球子午面之间的交角，赤纬为原点至天体的连线与天球赤道面的夹角，向径r为原点至天体的距离。
6、岁差：由于日月引力及其它天体引力，平北天极以北黄极为中心做一种顺时针圆周运动。
（在日月和其它天体引力对地球隆起部分的作用下，地球在绕太阳运行时，自转轴方向不再保持不变，从而使春分点在黄道上产生缓慢西移，此现象在天文学上称为岁差。
）7、章动：在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极将绕瞬时平北天极产生旋转，轨迹大致为椭圆。
这种现象称为章动。
8、地球坐标系有两种表达方式，即空间直角坐标系和大地坐标系。
地心空间直角坐标系的定义:原点与地球质心重合，z轴指向地球北极，x轴指向格林尼治平子午面与赤道的交点E，y轴垂直于xoz平面构成右手坐标系。
GPS最全复习题答案
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试说明GPS全球定位系统的组成以及各个部分的作用。
1. 空间星座部分：GPS卫星星座由24颗（3颗备用）卫星组成，分布在6个轨道内，每个轨道4颗1）接收和存储由地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制指令。
2）利用卫星上的微处理机，对部分必要的数据进行处理。
3）通过星载的原子钟提供精密的时间标准。
4）向用户发送定位信息。
5）在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星姿态和启用备用卫星。
2.地面监控部分：地面监控部分由分布在全球的5个地面站组成，包括5个监测站，1个主控站，3个信息注入站。
监测站：对GPS卫星进行连续观测，进行数据自动采集并监测卫星的工作状况。
主控站：协调和管理地面监控系统，主要任务：根据本站和其它监测站的观测资料，推算编制各卫星星历、卫星钟差和大气修正参数，并将数据传送到注入站；提供全球定位系统时间基准；各监测站和GPS卫星原子钟，均应与主控站原子钟同步，测出其间的钟差，将钟差信息编入导航电文，送入注入站；调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行；启用备用卫星代替失效工作卫星。
注入站：在主控站控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其它控制指令等，注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。
3. 用户设备部分：由GPS接收机硬件和数据处理软件以及微处理机和终端设备组成。
GPS接收机硬件主要接收GPS卫星发射的信号，以获得必要的导航和定信息及观测量，并经简单数据处理而实现实时导航和定位。
GPS软件主要对观测数据进行精加工，以便获得精密定位结果。
试说明我国北斗导航卫星系统与GPS的区别1）使用范围不同。
“北斗一号”是区域卫星导航系统，只能用于中国及其周边地区，而GPS 是全球导航定位系统，在全球的任何一点只要卫星信号未被遮蔽或干扰，都能接收到三维坐标数据。
2）卫星的数量和轨道是不同的。
“北斗一号”有3颗，位于高度近3.6万千米的地球同步轨道。
GPS原理与应用复习重点
一、 填空题1.GPS系统由GPS卫星星座（空间部分）、地面监控系统（地面控制部分）和GPS信号接收机（用户设备部分）等三部分组成。
2.GPS工作卫星的地面系统，目前主要由分布在全球的5个地面站组成，其中包括一个主控站、三个信息注入站和五个卫星监测站。
3.主控站一个，设在美国本土科罗拉多.斯平士(Colorado Springs)的联合空间执行中心。
注入站现有3个，分别设在印度洋的狄哥•伽西亚(Diego Garcia)、南大西洋的阿松森岛(Ascension)和南太平洋的卡瓦加兰(Kwajalein)。
五个监测站除主控站和注入站外，还在夏威夷设立了一个监测站。
4.在GPS信号接收机的分类中，按接收机的载波频率分类：单频接收机(SingleFrequency Receiver) 、双频接收机(Double Frequency Receiver)、双系统接收机 (GPS+GLONASS)；按接收机的用途分类：导航(Navigation)型接收机、测地(Survey)型接收机、授时(Time)型接收机；按接收机的通道数分类：多通道接收机、序贯通道接收机、多路复用通道接收机；按接收机的工作原理分类：码相关型接收机、平方型接收机、混合型接收机。
5.坐标系统与时间系统是描述卫星运动，处理观测数据和表达观测站位置的数学与物理基础。
6.坐标系统是由原点(origin)位置、坐标轴(Coordinate Axis)的指向和尺度(Scale)所定义的。
在GPS测量中,坐标系的原点一般取地球的质心（the mass center of the earth)，而坐标轴的指向具有一定的选择性。
为了使用上的方便，国际上都通过协议来确定某些全球性坐标系统的坐标轴指向，这种共同确认的坐标系，通常称为协议坐标系(Conventional Coordinate System)。
7.测量时间，同样必须建立一个测量的基准，即时间的单位(尺度)和原点(起始历元)。
GPS定位原理与应用习题集答案
第一篇 GPS定位原理及应用习题集一、名词解释一、名词解释I、卫星星历:是描述卫星运行轨道的信息。
2、天线高:指天线的相位中心至观测点标志中心顶面的垂直距离。
3,春分点:当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道及地球赤道的交点。
4、开普勒第一定律:卫星运行的轨道是一个椭圆，而该椭圆的一个焦点及地球的月心相重合。
这一定律说明，在中心引力场中，卫星绕地球运行的轨道面，是一个通过划球质心的静止平面。
5、同步环:由多台接收机同步观测的结果所构成的闭合环称为同步环。
6、多路朽效应:在GPS测量中，如果测站周围的反射物所反射的卫星信号(反射波)进入接收衫天线，这就将和直接来自卫星的信号(直接波)产生干预，从而使观测值偏离真值产且所谓的多路径误差。
这种山于多路径的信号传播所引起的干预时延效应称为多路径效应。
7、周跳:在接收机跟踪GPS卫星进展观测的过程中，常常山于多种原因(例如接收机天线被阻挡、外界噪声信号的千扰等)，可能使载波相位观测值中的9周数不正确但其缺乏1整周的小数局部仍然是正确的，这种现象成为整周变跳，简称周跳。
8、绝对定位:利用GPS卫星和用户接收机间的距离观测值直接确定用户接收机天线在在WGS-84坐标系中相对地球质心的绝对位置。
9,恒星时:以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所确定的时间，称为恒星时。
恒星时是地方时。
10、卫星的无摄运动:卫星在轨运动受到中心力和摄动力的影响。
假设地球为匀质球体，其对卫星的引力称为中心力(质量集中于球体的中心)。
中心力决定着卫星运动的4本规律和特征，此时卫星的运动称为无摄运动，山此所决定的卫星轨道可视为理想的轨道，又称卫星的无摄运动轨道。
11,精细星历: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细观测资料，应用及确定预报星历相似的方法，而计算的卫星星历。
它可以向用户提供在用户观测时间的卫星星历，防止了预报星历外推的误差。
12、相对定位:用两台或多台接收机分别安置在基线的两端，并同步观测一样的GPS 卫星，以确定4线端点在协议地球坐标系中的相对位置或4线向量的定位方法。
(完整word版)GPS原理及应用题目及答案
GPS原理及应用复习题目一．名词解释1二体问题：2真近点角、平近点角、偏近点角：3多路径效应：4无约束平差和约束平差5．章动6．异步观测7．接收机钟差8．周跳9．三维平差10．岁差11．同步观测12．卫星钟差13．整周未知数14．二维平差二．填空题1.GPS工作卫星的地面监控系统包括__________ 、__________ 、__________ 。
2.GPS系统由__________ 、__________ 、__________ 三大部分组成。
3.按照接收的载波频率，接收机可分为__________ 和__________接收机。
4.GPS卫星信号由、、三部分组成。
5.接收机由、、三部分组成。
6.GPS卫星信号中的测距码和数据码是通过技术调制到载波上的。
7. 1973年12月，GPS系统经美国国防部批准由陆海空三军联合研制。
自1974年以来其经历了、、三个阶段。
8.GPS 卫星星座基本参数为：卫星数目为、卫星轨道面个数为、卫星平均地面高度约20200公里、轨道倾角为度。
9.GPS定位成果属于坐标系，而实用的测量成果往往属于某国的国家或地方坐标系，为了实现两坐标系之间的转换，如果采用七参数模型，则该七个参数分别为，如果要进行不同大地坐标系之间的换算，除了上述七个参数之外还应增加反映两个关于地球椭球形状与大小的参数，它们是和。
10.真春分点随地球自转轴的变化而不断运动，其运动轨迹十分复杂，为了便于研究，一般将其运动分解为长周期变化的和短周期变化的。
11.GPS广播星历参数共有16个，其中包括1个，6个对应参考时刻的参数和9个反映参数。
12．GNSS的英文全称是。
13．载体的三个姿态角是、、。
14、GPS星座由颗卫星组成，分布在个不同的轨道上，轨道之间相距°，轨道的倾角是°，在地球表面的任何地方都可以看见至少颗卫星，卫星距地面的高度是km。
15、GPS使用L1和L2两个载波发射信号，L1载波的频率是MHZ，波长是cm，L2 载波的频率是MHZ，波长是cm。
GNSS原理及其应用_2_2_第3章
GPS习题集名词解释
1、卫星星历:是描述卫星运行轨道的信息。
2、天线高:指天线的相位中心至观测点标志中心顶面的垂直距离。
3、春分点:当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与地球赤道的交点。
4、开普勒第一定律:卫星运行的轨道是一个椭圆，而该椭圆的一个焦点与地球的月心相重合。
这一定律表明，在中心引力场中，卫星绕地球运行的轨道面，是一个通过划球质心的静止平面。
5、同步环:由多台接收机同步观测的结果所构成的闭合环称为同步环。
6、多路径效应:在GPS测量中，如果测站周围的反射物所反射的卫星信号(反射波)进入接收衫天线，这就将和直接来自卫星的信号(直接波)产生干涉，从而使观测值偏离真值产且所谓的多路径误差。
这种山于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为多路径效应。
7、周跳:在接收机跟踪GPS卫星进行观测的过程中，常常山于多种原因(例如接收机天线被阻挡、外界噪声信号的干扰等)，可能使载波相位观测值中的9周数不正确但其不足1整周的小数部分仍然是正确的，这种现象成为整周变跳，简称周跳。
8、绝对定位:利用GPS卫星和用户接收机间的距离观测值直接确定用户接收机天线在在WGS-84坐标系中相对地球质心的绝对位置。
9、恒星时:以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所确定的时间，称为恒星时。
恒星时是地方时。
10、卫星的无摄运动:卫星在轨运动受到中心力和摄动力的影响。
假设地球为匀质球体，其对卫星的引力称为中心力(质量集中于球体的中心)。
中心力决定着卫星运动的 4本规律和特征，此时卫星的运动称为无摄运动，山此所决定的卫星轨道可视为理想的轨道，又称卫星的无摄运动轨道。
11、精密星历: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，而计算的卫星星历。
它可以向用户提供在用户观测时间的卫星星历，避免了预报星历外推的误差。
12、相对定位:用两台或多台接收机分别安置在基线的两端，并同步观测相同的GPS 卫星，以确定4线端点在协议地球坐标系中的相对位置或4线向量的定位方法。
gps名词解释
名词解释：1.天球坐标系：天球坐标系的坐标原点为地心O,X轴指向春分点，Z轴指向北天极，Y轴垂直于XOZ平面，并构成右手坐标系。
2.地球坐标系：地球坐标系的坐标原点为地心O,X轴指向地球赤道面与格林威治子午面交线的方向，Z轴为地球自转轴，Y轴垂直XOZ轴,并构成右手坐标系。
3.瞬时天球坐标系：原点位于地球质心，z轴指向瞬时地球自转方向（真天极），x轴指向瞬时春分点（真春分点），y轴按构成右手坐标系取向。
4. 瞬时地球坐标系：原点位于地球质心，z轴指向瞬时地球自转轴方向，x轴指向瞬时赤道面和包含瞬时地球自转轴与平均天文台赤道参考点的子午面之交点，y轴构成右手坐标系取向。
5.章动：在日月引力等因素的影响下，月球绕地球的运动轨道以及月球与地球之间的距离都在不断变化，将这时的北天极称为瞬时北天极。
瞬时北天极绕平北天极沿椭圆轨迹进行旋转，这种现象称为章动。
6.岁差：地球在绕太阳运行时，地球自转轴的方向在天球上缓慢地移动，春分点在黄道上随之缓慢移动的现象。
7.地极移动（极移）:地球瞬时自转轴在地球上随时间变化而改变。
8.WGS84坐标系：原点位于地球质心，Z轴：指向BIH1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴：指向BIH1984.0的零子午面和CTP 赤道的交点；Y轴：与Z，X轴构成右手坐标系；9.历元：各种天球坐标系和地球坐标系无不归属于某一确定的时刻（瞬间），天文学中常称历元。
10.恒星时系统:以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所定义的时间系统。
11.平太阳时系统:以平太阳为参考点，由平太阳的周日视运动所定义的时间系统。
12.世界时UT：以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时。
与平太阳时的尺度相同，但起算点不同。
13.原子时系统：秒长即铯原子基态的两个超精细能级间跃迁辐射振荡9192631170周所持续的时间。
14协调世界时：采用原子时秒长，用跳秒（闰秒）的方法使协调时与世界时的时刻相接近，其差不超过1秒。
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卫星的受摄运动
卫星在摄动力的作用下，它的运动将偏离开普勒轨道。
讨论表明，仅非球形引力摄动这一项，就可能使gps卫星在3小时的弧段上，偏离无摄轨道达2km。
明显，这样的轨道摄动对任何用途的定位工作都是不容忽视的。
因此，必需建立适当的轨道摄动模型，以便对开普勒轨道进行修正，满意精密定位的要求。
一、卫星的受摄运动方程
（一）卫星的受摄轨道
卫星受摄运动方程的一般形式为
或者可以表达为
在方程中，是全部摄动力加速度之和。
——非球形引力摄动加速度
、——日、月引力摄动加速度
、A——太阳光压、地球反射光压
、——固体潮和海潮摄动加速度
——大气阻力摄动加速度
则方程可以表达为
理论分析表明，GPS卫星作为高轨卫星，对大气阻力、潮汐力（包括海潮、固体潮和大气潮）、地球反射光压以及非球形引力位绽开式的高阶项并不敏感。
假如将它们忽视不计，则方程可以进一步简化为
二、各种摄动力对卫星轨道的影响
（一）地球引力场摄动的影响
地球引力场摄动的影响对卫星轨道的影响表现在：
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。
由于升交点还受到其他摄动力的影响，所以升交点赤经的变率实际上并不是一个常数。
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转变，这种摄动作用引起近地点角距的缓慢变化。
平近点角的变化M（t）
以上三种摄动作用取决于轨道根数as、es、和i，皆属于长期摄动。
在它们的联合作用下，卫星的实际轨道近似于一条空间螺旋线。
（二）日、月引力摄动的影响
日、月引力的影响主要是由于太阳和月球对卫星的引力作用引起的。
与地球引力场的摄动类似，日、月引力的摄动也能产生升交点沿赤道缓慢进动、近地点角距的变化等轨道摄动现象，只是摄动的方向与地球引力场的摄动不同，摄动量级更小而已。
其摄动加速度约为5×10－6m/s2左右，在三小时的弧段内，可能产生约50～150m的位置误差。
它是除了地球引力场以外最大的摄动源。
虽然太阳的质量较之月球为大，但由于卫星到太阳距离比到月球的距离大许多，所以太阳引力摄动作用一般不超过月球引力摄动的
10％～46％。
太阳系其他行星的引力摄动比太阳更小，所以可以忽视不计。
（三）太阳光压摄动的影响
太阳光照耀到卫星上，将使卫星获得一个推力，通常称为太阳光压，也叫太阳辐射压。
太阳光压有两种，其一是直接太阳光压；另一种是地球反射光压。
后者由于对GPS卫星影响较小，通常可以忽视不计。
依据计算，太阳光压对GPS卫星的摄动加速度，约为10－7m/s2左右，在3小时的弧段上可能产生5～10m的偏差。
这一摄动力的影响对于精密GPS定位而言是不能忽视的。
卫星定轨是GPS的关键技术之一，它与GPS的定位精度息息相关。
因此，充分考虑各种摄动力的影响，精化各种摄动力模型，始终是讨论GPS卫星定位技术的一个主要课题。