GPS卫星运动和卫星星历、信号

GPS卫星运动和卫星星历、信号知识总结，该导图详细介绍了相关概念及有关公式，有需要的同学可以收藏下。

第三章GPS卫星运动和卫星星历、信号

• • 6. GPS卫星星历
    • 定义：卫星星历是描述卫星运动轨道的信息，是一组对应某一时刻的轨道根数及其变率。
    • 根据卫星星历可以计算出任一时刻的卫星位置及其速度，精密的轨道信息是精密定位的基础。
    • 分类与特点
      • 预报星历（广播星历）
        • 预报星历是通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文，传递给用户，经解码获得所需的卫星星历，也称广播星历，包括：相对某一参考历元的开普勒轨道参数，必要的轨道摄动项改正参数，即参考星历。
        • GPS卫星发播的广播星历每2小时更新一次。
        • 预报星历精度目前一般为2m，对精密定位服务难以满足精度要求
        • 由于预报星历定时更新，在数据更新前后，各表达式之间将会产生小的跳跃，其值可达dm，一般可利用适当的拟合技术（如切比雪夫多项式）予以平滑。
      • 后处理星历
        • 后处理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，计算的卫星星历。
        • 该星历的精度目前可达cm级。
        • 建立和维持一个独立的跟踪系统来精密测定GPS卫星的轨道，技术复杂，投资大。
  • 7. GPS卫星的坐标计算
    • 计算真近点角Vk
      • 平均速度 平均角速度
      • 计算观测时刻t的平近点角Mk和偏近点角Ek
      • 计算观测时刻的真近点角Vk
    • 计算升交距角及轨道摄动改正项
      • 升交距角
      • 摄动改正项
    • 计算升交距角、卫星的地心距离及轨道倾角
    • 计算卫星在轨道坐标系中的坐标（x,y,z）
    • 计算升交点的经度
    • 计算在协议地球坐标系中的空间直角坐标
    • 进一步考虑极移，在协议地球坐标系中，卫星的位置
  • 8. GPS卫星信号
    • 分类
      • 载波信号
        • 作用
          • 搭载其它信号，也可用于测量（测距）
        • 类型
          • 已有频率
          • 现代化后
      • 测距码
        • 测距方式
          • 双程测距
            • 用于电磁波测距仪，全站仪
          • 单程测距
            • 用于GPS
      • 数据码
        • 导航电文
          • 码速：50bps
          • 内容
            • 广播星历（导航信息）
            • 卫星钟改正
            • 历书（概略星历）
            • 电离层信息
            • 卫星健康状况
          • 格式
          • 导航电文是包含有关卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息的数据码（或D码）。
          • 数据块1、数据块2、数据块3
• • 1. 卫星轨道的定义、作用及其影响因素
    • 定义
      • 描述卫星轨道位置和状态的参数称为轨道参数。
      • 卫星在空间运行的轨迹称为轨道。
    • 作用
      • 为了制订GPS测量的观测计划和便于捕获卫星发射的信号，也需要知道卫星的轨道参数。
      • 为满足精密定位的要求，卫星轨道必须有足够精度。
    • 影响因素及其研究方法
  • 2. 卫星的受摄运动与无摄运动
    • 受摄运动
      • 定义
        • 在摄动力的作用下的卫星运动称为受摄运动；相应的卫星轨道称为受摄轨道。
      • 作用
        • 确定卫星受摄运动轨道的瞬时特征。
      • 卫星运动的摄动力
        • 非中心引力、日月引力、大气阻力、地球潮汐作用力、磁力等。
        • 摄动力对GPS卫星的影响
      • 地球引力场摄动力的影响、日月引力的影响、太阳光压影响
    • 无摄运动
      • 定义
        • 在中心力的作用下的卫星运动称为无摄运动。
      • 作用
        • 描述卫星的基本特征。
      • 二体问题
        • 研究地球和卫星之间的相对运动问题
      • 开普勒运动
        • 开普勒第一定律
          • 卫星运行的轨道为一椭圆，该椭圆的一个焦点与地球质心重合。
        • 开普勒第二定律
          • 卫星的地心向径在单位时间内所扫过的面积相等。
        • 开普勒第三定律
          • 卫星运行周期的平方与轨道椭圆长半径的立方之比为一常量，等于GM的倒数。
      • 无摄卫星轨道的描述
        • 开普勒轨道参数
  • 3. 轨道坐标系（开普勒六参数）
    • a为轨道的长半径
    • e为轨道椭圆偏心率
    • 这两个参数确定了开普勒椭圆的形状和大小。
    • Ω为升交点赤经
      • 即地球赤道面上升交点与春分点之间的地心夹角。
    • i为轨道面倾角
      • 即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。
    • 这两个参数唯一地确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向。
    • ω为近地点角距
      • 即在轨道平面上，升交点与近地点之间的地心夹角，表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向。
    • V为卫星的真近点角
      • 即轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距。该参数为时间的函数，确定卫星在轨道上的瞬时位置。
  • 4. 真近点角fs的计算
    • 在描述卫星无摄运动的6个开普勒轨道参数中，只有真近点角是时间的函数，其余均为常数。
    • 卫星瞬间位置的计算，关键在于计算真近点角。
    • 两个辅助参数
      • Es—偏近点角和Ms—平近点角。Ms—是一个假设量，当卫星运动的平均角速度为n，则Ms = n ( t - t0 )，t0为卫星过近地点的时刻，t为观测卫星时刻。
    • 平近点角与偏近点角间存在如下关系： Es = Ms + essinEs
    • 真近点角
  • 5. 无摄运动卫星的瞬时位置
    • 在轨道直角坐标系中卫星的位置
      • 卫星在任意时刻的坐标为
      • 旋转矩阵表示
    • 卫星在地球坐标系的位置
      • 取其间的夹角为春分点的格林尼治恒星时GAST，则在地球坐标系中卫星的瞬时坐标 （X，Y，Z）与天球坐标系中的瞬时坐标（x，y，z）
      • 利用GPS定位时，应使观测卫星和观测站的位置处于统一的坐标系统。进一步考虑极移。
• 第二章 绪论GNSS导航定位