GPS概论第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历ppt课件.ppt

1,全球定位系统概论,资源与环境学院林承达,2,第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历,卫星轨道在GPS定位中的意义卫星在空间运行的轨迹称为轨道，而描述卫星轨道位置和状态的参数，称为轨道参数,3,3.1 概述,卫星轨道作用力：地球引力，太阳、月亮的引力大气阻力、太阳光压，地球潮汐力等。地球引力最重要。,4,影响卫星轨道的因素及其研究方法,中心力：决定着卫星运动的基本规律和特征摄动力（非中心力）：无摄运动和受摄运动,5,对于卫星运行轨道的分析一般分为两步,首先，在上述理想的地球引力厂中，只考虑地球质心引力的作用，来研究卫星的无摄运动规律，并描述卫星轨道的基本特征其次，研究各种摄动力对卫星运动的影响，并对卫星的无摄轨道加以修正，从而确定卫星受摄运动轨道的瞬时特征,6,3.2 无摄运动,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行对于地球的运动，在天体力学中称为二体问题,7,3.2 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。,8,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。,9,扫过的面积相等,10,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；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；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和。,11,开普勒六参数,偏近点角E,12,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。,13,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； 2）引起近地点角距变化，变率； 3）引起平近点角M变化，变率M或n或n； 2、其它影响。 引起切向、法向、径向偏移。增加6个参数Cus，Cuc，Cis，Cic，Crs，Crc。,3.3 卫星的受摄运动,14,卫星的受摄运动（1）,卫星运动的摄动力地球体的非球性及其质量分布不均匀而引起的作用力，既地球的非中心引力太阳的引力和月球的引力太阳的直接与间接辐射压力大气的阻力地球潮汐的作用力磁力等,15,卫星的受摄运动（2）,地球引力场摄动力的影响日月引力的影响太阳光压的影响,16,3.4 GPS卫星的星历,定义：描述卫星的有关的轨道信息。GPS提供两种星历：预报星历（广播星历）和后处理星历（精密星历）,17,3.4 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。 1、预报星历 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。,预报星历的内容： 1）开普勒六参数 e, i0, s, 0, M0 0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。,18,2)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。取值范围：0604800s。 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：ts=a0+a1(t-toC)+a2(t-toC)2 toC星钟参考时刻。 2）GPD星期数，取值范围01024，1980.1.61999.8.22，1999.8.222019.4.6,19,2、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。,20,星历参数详解,21,星历参数详解,22,星历参数详解,23,星历参数详解,24,全球定位系统与数字地球,25,数字地球,信息时代的需求 我们处在一个信息资源爆炸的时代，信息产业的发展日益迅猛，已成为当代经济发展的重要特点。,26,全球定位系统与数字地球,数字地球的产生,数字地球是美国副总统戈尔于1998年1月在加利福尼亚科学中心开幕典礼上发表的题为“数字地球新世纪人类星球之认识”演说时，提出的一个与GIS、网络、虚拟现实等高新技术密切相关的概念。,1998年江泽民在接见两院院士代表时的讲话中指出：当今世界，以信息技术为主要标志的科技进步日新月异，高科技成果向现实生产力的转化越来越快，初见端倪的知识经济预示人类的经济社会生活将发生新的巨大变化。,27,全球定位系统与数字地球,数字地球的概念,以理解为对真实地球及其相关现象统一的数字化重现和认识。其核心思想是用数字化的手段来处理整个地球的自然和社会活动诸方面的问题，最大限度地利用资源，并使普通百姓能够通过一定方式方便地获得他们所想了解的有关地球的信息。,通俗地讲，就是用数字的方法将地球、地球上的活动及整个地球环境的时空变化装入电脑中，实现在网络上的流通，并使之最大限度地为人类的生存、可持续发展和日常的工作、学习、生活、娱乐服务。,28,全球定位系统与数字地球,数字地球的特点多源、多比例尺、多分辨率数据无缝集成的网络信息系统面向全社会公众开放的网络信息系统虚拟现实技术支持下的多维网络信息系统,29,全球定位系统与数字地球,数字地球的技术基础1、信息高速公路和计算机宽带高速网 2、高分辨率卫星影像 3、空间信息技术与空间数据基础设施 4、大容量数据存贮及元数据 5、科学计算 6、可视化和虚拟现实技术,30,全球定位系统与数字地球,数字地球中的“3S”技术,数字地球的核心是地球空间信息科学，地球空间信息科学的技术体系中最基础和基本的技术核心是3S技术及其集成。,1、空间定位(GPS)技术 2、航空航天遥感(RS)技术 3、地理信息系统(GIS)技术 4、三S集成技术三S集成是指将上述三种对地观测新技术及其他相关技术有机地集成在一起。集成，是英文Integration的中译文，是指一种有机的结合，在线的连接、实时的处理和系统的整体性。GPS、RS、GIS集成的方式可以在不同技术水平上实现。,31,数字校园,我校校园建设目：提供学校事业发展必需的基础设施条件，创造高质量的学习环境、研究环境和生活环境。创建园林式学校，为实现“生态校园”、“数字校园”、“开放校园”奠定基础。,32,3S技术概述,33,地理信息系统,地理信息系统(Geographic Information System ,GIS)a GIS是一计算机系统，既然是系统，就要具有系统的基本功能，数据采集、管理、分析和表达，所以每个GIS系统都是由若干具有一定功能的模块组成。b GIS的处理对象是有关的地理分布数据，也就是空间数据，为了能对这些空间数据进行定位，定性和定量的描述，决定了GIS要对空间数据按统一地理坐标进行编码，这是GIS与其他信息系统不同的根本所在。,34,资源管理,35,区域和城乡规划,36,灾害监测,37,环境评估,38,作战指挥,39,交通运输,40,Google Earth上获取的中国军事机场,41,42,遥感（RS）,广义：遥远的感知。泛指一切无接触的远 距离探测，包括对电磁场、力场、机械 波（声波、地震波）等的探测。狭义：应用探测仪器,不与探测目标相接 触，从远处把目标的电磁波特性记录下 来，通过分析，揭示出物体的特征性质 及其变化的综合性探测技术。,43,遥感的工作过程,信息的获取,信息的接受,信息的处理,信息的应用,44,遥感的分类,1、按遥感平台分 地面遥感：传感器设置在地面平台上 航空遥感：传感器设置在航空器上 航天遥感：传感器设置在环地球的航 天器上 航宇遥感：传感器设置在星际飞船上,45,遥感的分类,2、按传感器的探测波段分 紫外遥感：探测波段0.050.38m 可见光遥感：探测波段0.380.76m 红外遥感：探测波段0.761000m 微波遥感：探测波段110m 多波段遥感：在可见光波段和红外线 波段的范围内，在分成若干 窄波段来探测,46,遥感的分类,3、按遥感的应用领域分外层空间遥感大气层遥感陆地遥感海洋遥感 资源遥感、环境遥感、农业遥感、林业遥感、渔业遥感、地质遥感、气象遥感、城市遥感、工程遥感、灾害遥感、军事遥感。,47,48,49,50,51,52,53,54,55,黄河入海的东中国区域可清晰看到被泥沙和烟尘污染的环境,56,长江入海区域,57,2009.9.26HY-1BSST海面温度专题图（国家卫星海洋应用中心）,58,变化检测结果,交互式分析后图斑,GIS分析,实地勘查,北京市卫星查处违法建设及综合利用系统,3S应用实例,59,国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020）框架中的重大专项,1、核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品2、极大规模集成电路制造设备与成套工艺3、新一代宽带无线移动通信网4、高档数控机床与基础制造设备5、大型油气田及煤层气开发6、大型先进压水堆及高温气冷堆核电站7、水体污染的控制与治理8、转基因生物品种培育,60,国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020）框架中的重大专项,9、重大新药创制 10、艾滋病和病毒肝炎等重大传染病防治 11、大型飞机 12、中国第二代卫星导航系统 13、高分辨率对地观测系统 14、载人航天与探月工程 15、高超声速飞行器科技工程 16、惯性约束核聚变点火,