你的位置: 首页 > 家电弱电 > GPS原理与应用

卫星的受摄运动

2016-10-23 10:59:06 | 人围观 | 评论:

    卫星在摄动力的作用下,它的运动将偏离开普勒轨道。研究表明,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。显然,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,必须建立适当的轨道摄动模型,以便对开普勒轨道进行修正,满足精密定位的要求。

    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,是所有摄动力加速度之和。

    ――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展开式的高阶项并不敏感。如果将它们忽略不计,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改变,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很多,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,所以可以忽略不计。

    (三)太阳光压摄动的影响

    太阳光照射到卫星上,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,通常可以忽略不计。

    根据计算,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定位而言是不能忽略的。

    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,始终是研究GPS卫星定位技术的一个主要课题。





标签:

相关内容推荐: