第三章 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 。
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。
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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；
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
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：
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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。
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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。
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 。
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 。
GAST
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Ω
oe
Ω
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t 时 格林
威治
t 时
升交点
地心
春分
点
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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
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。
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。
第三节 GPS卫星坐标计算
1, 卫星运行平均角速度
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GM 值见 P 1 9,为 3 9 8 6 0 0 5 × 10
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2, 平近点角和偏近点角 sssoe
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3, 真近点角
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4, 升交距角及摄动改正项
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5、观测历元的升交距角、向径及轨道倾角
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ω 为地球自转角速度,见 P 1 9,
8,卫星在 W G S - 84 中的坐标
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再将瞬地转换为协地。
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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 。
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。
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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；
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
和。
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3、偏近点角与真近点角的计算
偏近点角：
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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。
引起切向、法向、径向偏移。增加 6个参数 Cus,Cuc,Cis,Cic，
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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 。
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 。
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预报星历的内容：
1）开普勒六参数
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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
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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
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1）卫星钟差改正参数,Δts=a0+a1(t-toC)+a2(t-toC)2
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2） GPD—— 星期数，取值范围 0~1024，
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2、后处理星历
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向用户提供。一般不能实时定位。
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第三节 GPS卫星坐标计算
1, 卫星运行平均角速度
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4, 升交距角及摄动改正项
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6,卫星在轨道直角坐标系中的位置 ?
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