第三章GPS卫星轨道理论课件.ppt
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1、主要内容主要内容3.1 3.1 引言引言3.2 3.2 开普勒行星运动三定律开普勒行星运动三定律3.3 3.3 二体问题的运动方程二体问题的运动方程3.4 3.4 轨道根数轨道根数3.5 3.5 人卫轨道摄动因素简介人卫轨道摄动因素简介. .引言引言3.1.13.1.1人卫轨道理论概述人卫轨道理论概述v 内容:研究人造地球卫星的运动规律v 特点: 需要考虑地球引力的高阶项的影响 (即不能把地球当作质点,也不能把地 球当作均质圆球)需要同时考虑保守力 和非保守力(耗 散力)的作用需要采用不同于研究自然天体的新理论、新方法(天体力学中的原有公式由于收敛性和精度的原因而不适用于人卫轨道的研究)研究内
2、容除定轨外,还包括轨道设计、卫星回收等问题作用在卫星上的外力作用在卫星上的外力v 地球引力地球引力(1) 地球的球形引力或称地球中心力地球引力(2) 地球的非球形引力或称地球形状摄动力2rMmGv 日、月及其它天体的引力v 大气阻力v 其它作用力(如:地磁、地球潮汐摄动等)v 太阳光压二体问题与人卫正常轨道二体问题与人卫正常轨道v 二体问题 研究二个质点在万有引力作用下的运动规律问题v 摄动力 除地球引力(1)外,其它作用在卫星上的力v 人卫正常轨道 满足如下假定条件下的卫星轨道,称为人 卫正常轨道: 地球为正球 除地球正球引力外,卫星不受其它摄动 力的作用v 人卫正常轨道的特点: 运动轨道为
3、一椭圆,可以精确地计算出 椭圆大小形状及其在空间中的定向以及 卫星在轨道上的位置轨道摄动轨道摄动v 人卫真实轨道 除了地球引力(1)外,卫星还受到地球引力(2) 以及其它摄动力的作用。卫星在所有这些力 的作用下的轨道,称为人卫真实轨道。v轨道摄动 卫星的真实轨道与正常轨道之间的差异,称 为轨道摄动。轨道理论的分类轨道理论的分类v 人卫正常轨道理论确定人造卫星正常轨道的形状、大小与空间定向以及卫星在轨道上的位置的一整套方法及相关理论,称为人卫正常轨道理论。v 人卫摄动轨道理论解决人造卫星轨道摄动问题的一整套方法和相应的理论,称为人卫摄动轨道理论。v 人卫正常轨道与人卫真实轨道之间的关系轨道摄动人
4、卫正常轨道人卫真实轨道综述综述作用在卫星上的力 卫星轨道 轨道理论 地球引力(1) 人卫正常轨道 人卫正常轨道(二体问题) 摄动力 地球引力(2) 日、月引力 大气阻力 光压 其它作用力 轨道摄动 人卫轨道摄动理论 总和 人卫真实轨道 人卫轨道理论 3.2 3.2 开普勒行星运动三定律开普勒行星运动三定律开普勒(Johannes Kepler)国籍: 德国生卒日期: 1571.12.27 1630.11.15主要成就: 发现了行星运动三定律开普勒行星运动三定律开普勒行星运动三定律v 行星运行的轨道是一个椭圆,而该椭圆的一 个焦点与太阳的质心重合。v 行星与太阳之间的向径,在相同的时间内所 扫过
5、的面积相等。v 行星运行周期的平方,与轨道椭圆长半径的 立方之比为一常量。. .二体问题的运动方程二体问题的运动方程 在图3-1中所示的二体问题中,依据万有引力定律可知,地球O作用于卫星S上的引力F为:3sGmarr(31)式中:G万有引力常数,G=(66724.1)10-14 Nm2/ kg2 ;,m地球和卫星的质量;r卫星的在轨位置矢量。由牛顿第二定律可知,卫星与地球的运动方程:rrGmMF33eGMarr(32)二体问题的运动方程二体问题的运动方程设 为卫星S相对于O的加速度,则: a2()seG Mmaaarr (33)由于M远大于m,通常不考虑m的影响,则有: 取地球引力常数=GM=
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