根据轨道根数来计算卫星位置

第三章GPS 卫星的坐标计算在用GPS 信号进行导航定位以及制订观测计划时，都必须已知GPS 卫星在空间的瞬间位置。

卫星位置的计算是根据卫星导航电文所提供的轨道参数按一定的公式计算的。

3.1卫星运动的轨道参数3.1.1基本概念 1.作用在卫星上力卫星受的作用力主要有：地球对卫星的引力，太阳、月亮对卫星的引力，大气阻力，大气光压，地球潮汐力等。

中心力：假设地球为匀质球体的引力（质量集中于球体的中心），即地球的中心引力，它决定卫星运动的基本规律和特征，决定卫星轨道，是分析卫星实际轨道的基础。

此种理想状态时卫星的运动称为无摄运动，卫星的轨道称为无摄轨道。

摄动力：也称非中心力，包括地球非球形对称的作用力、日月引力、大气阻力、大气光压、地球潮汐力等。

摄动力使卫星运动产生一些小的附加变化而偏离理想轨道，同时这种偏离量的大小随时间而改变。

此种状态时卫星的运动称为受摄运动，卫星的轨道称为受摄轨道。

虽然作用在卫星上的力很多，但这些力的大小却相差很悬殊。

如果将地球引力当作1的话，其它作用力均小于10-5。

2.二体问题研究两个质点在万有引力作用下的运动规律问题称为二体问题。

3．卫星轨道和卫星轨道参数卫星在空间运行的轨迹称为卫星轨道。

描述卫星轨道状态和位置的参数称为轨道参数。

3.1.2卫星运动的开普勒定律 （1）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。

此定律阐明了卫星运行轨道的基本形态及其与地心的关系。

由万有引力定律可得卫星绕地球质心运动的轨道方程。

r 为卫星的地心距离，as 为开普勒椭圆的长半径，es 为开普勒椭圆的偏心率；fs 为真近点角，它描述了任意时刻卫星在轨道上相对近地点的位置，是时间的函数。

（2）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。

表明卫星在椭圆轨道上的运行速度是不断变化的，在近地点处速度最大，在远地点处速度最小。

近地点远地点ss s s f e e a r cos 1)1(2+-=（3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。

基于轨道根数的低轨卫星轨道预测算法李丹;于洋【摘要】光电设备因太阳夹角变化、轨道遮挡等原因无法对卫星进行自动跟踪时,需要对卫星轨道进行预测.本文针对利用卫星轨道根数进行轨道预报时难以同时满足实时性和精度要求的问题,提出了一种新的基于轨道根数的卫星轨道预测方法.分析了卫星轨道的运行规律,根据低轨卫星的运行特点,利用椭圆曲线对卫星轨道进行预测,并对卫星轨道的轨道方程进行了近似处理.通过引入一些冗余变量简化了卫星轨道解算模型,在保证计算实时性的前提下,大大提高了轨道预测精度.实验显示:采用线性外推方法对卫星轨道进行预测时,预测5 s后,轨道预测的偏差会增大到10",而采用本文提出的基于轨道根数的卫星轨道预测算法,预测50 s后的最大预测偏差均不超过2",极大地提高了卫星轨道预测精度,实现了光电设备在无法对卫星进行自动跟踪时,能够对卫星进行“盲跟踪”.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2016(034)010【总页数】9页(P2540-2548)【关键词】低轨卫星;轨道预测;轨道根数;光电设备【作者】李丹;于洋【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】V423.4在现代化的光电测量装备对卫星进行跟踪时，一般都通过卫星轨道根数解算出卫星的轨道预报数据，在卫星过境时利用引导数据将卫星引入光学跟踪视场中，再利用跟踪传感器图像计算卫星的脱靶量，最终完成对卫星的自动跟踪。

目前国内外采用的方法是对卫星进行轨道预报，轨道预报是指在已知空间目标某一时刻状态的前提下，根据轨道动力学建立的模型，预测目标在之后一段时间内的轨道信息，其实质是求解描述空间目标运动的微分方程的过程。

最早的模型是开普勒定律描述的一个简单又抽象的力学模型，即一个质点以另一质点为中心的运动，通常称之为二体模型。

卫星轨道计算1.轨道根数如果知道卫星的轨道根数，可以根据它们求出卫星在任一时刻的位置。

1．1 开普勒六参数卫星的轨道根数包括六个积分常数，如图1，包括，a为轨道长半轴；e为轨道偏心率；i 为卫星运动轨道面与赤道面的夹角；Ω为卫星轨道升交点N的赤道经度(自春分点算起)；ω为轨道近地点极角，即轨道平面内升交点到近地点的角度；ζ为卫星过近地点时刻1. 轨道半长轴，是椭圆长轴的一半。

2. 轨道偏心率，也就是椭圆两焦点的距离和长轴比值。

3. 轨道倾角，这个是轨道平面和地球赤道平面的夹角。

对于位于赤道上空的同步静止卫星来说，倾角就是0。

4. 升交点赤经：卫星从南半球运行到北半球时穿过赤道的那一点叫升交点。

这个点和春分点对于地心的张角称为升交点赤经。

5. 近地点幅角：这是近地点和升交点对地心的张角。

6. 过近地点时刻：卫星位置随时间的变化需要一个初值。

其中i、Ω、ω决定卫星轨道平面和长轴在空间的位置，而a、e、ζ可求出卫星在任何时刻在轨道上的位置。

1．2 TLE卫星星历TLE两行根数格式如下：AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA1 NNNNNU NNNNNAAA NNNNN.NNNNNNNN +.NNNNNNNN +NNNNN-N +NNNNN-N N NNNNN2 NNNNN NNN.NNNN NNN.NNNN NNNNNNN NNN.NNNN NNN.NNNN NN.NNNNNNNNNNNNNN以国际空间站为例ISS (ZARYA)1 25544U 98067A 06052.34767361.00013949 00000-0 97127-4 0 39342 25544 051.6421 063.2734 0007415 308.6263 249.9177 15.74668600414901（1）第0行第0行是一个最长为24个字符的卫星通用名称，由卫星所在国籍的卫星公司命名，如SINOSAT 3。

人造地球卫星轨道的根数轨道根数是什么呢？它可不是太空中有几根轨道的意思，轨道根数又称轨道要素或轨道参数，是用来描述人造地球卫星在其轨道运行状态的一组参数。

通常情况下指的是用经典万有引力定律、开普勒三大定律描述天体按圆锥曲线运动时所必需的六个参数：轨道半长轴ɑ、轨道偏心率e、轨道倾角i、升交点赤经Ω、近地点幅角ω、真近点角ν。

按形状来说，卫星都是在圆形或椭圆形轨道上运行的。

圆形轨道具有任何时候都与地球表面保持相等距离的优点，故而多用于观察地球、通信广播、导航定位和大地测量等卫星。

由于圆形轨道要求运载器入轨时的速度大小和方向都必须非常准确，所以实际上卫星常常是在近圆形或椭圆形轨道上飞行的。

文/尹怀勤人造地球卫星的用途非常广泛，且不同用途的卫星需要不同的轨道，因此人造地球卫星的轨道是非常复杂的，它们的名称不仅多种多样，而且富含科学意义，它们被按照形状、与地面的距离、飞行方向等进行分类。

以前，我们介绍过人造地球卫星的轨道分类，但只知道轨道类别还是无法确定卫星的位置，还需要一些更具体的信息才行。

今天要介绍的轨道根数就能帮助科学家了解卫星的具体位置。

近地点轨道平面地心赤道面远地点半长轴a24尹爷爷讲航天当人造地球卫星在椭圆形轨道上运行时，地球中心（简称地心）位于椭圆的一个焦点上。

卫星在运行过程中的特点是距离地球有时近、有时远。

轨道上距离地球最近的点叫近地点，最远的点叫远地点。

它们分别位于长轴的两端，也就是说近地点与远地点之间的距离被称为椭圆轨道的长轴，与其垂直的椭圆的另一个中心轴被称为短轴。

可以想见，长短轴长度相差越多，椭圆形就愈加扁长；长短轴数值越大，轨道距离地球表面就越远。

卫星在椭圆形轨道上运行时，各点的运行速度是变化的，在近地点处卫星运行速度最快，在远地点处运行速度最慢。

依照航天界的统一定义，卫星在轨道上运行一圈所需的时间叫作周期T。

由此可见，不管卫星运行的椭圆轨道形状如何，只要它们的半长轴ɑ相同，其运行的周期T 就是一样的。

卫星定位公式卫星定位系统（Global Positioning System，简称GPS）是一种利用地球轨道上的卫星群，通过无线电信号传输，实现全球范围内高精度定位、导航和时间服务的卫星系统。

卫星定位公式是实现卫星定位的关键技术之一，它通过对卫星信号的接收、处理和分析，可以精确计算出接收器所在位置的经纬度、海拔高度和时间信息。

卫星定位公式原理：卫星定位系统主要由空间卫星段、地面控制段和用户设备段组成。

空间卫星段包括24颗工作卫星和4颗备用卫星，卫星轨道高度约为20,000公里。

地面控制段主要包括地面监控站、卫星数据传输系统和卫星信号转发器。

用户设备段是指各种类型的卫星导航接收器，如手持式GPS接收器、车载导航设备等。

卫星定位公式主要利用卫星信号的传播时间和卫星轨道参数，通过一系列数学计算，得到接收器所在位置的信息。

卫星信号传播时间可以通过测量卫星发射信号到接收器的时间间隔得到。

卫星轨道参数是卫星运动轨迹的描述，包括卫星的空间坐标、速度、加速度等。

常见卫星定位公式介绍：1.伪距公式：伪距是指卫星到接收器的距离，可以通过卫星信号的传播时间计算得到。

伪距公式为：伪距= 传播时间× 光速。

2.载波相位公式：载波相位是指卫星信号载波频率与接收器本振频率之间的相位差。

载波相位公式为：载波相位= 2π × 伪距/ 光速。

3.观测方程：观测方程是描述卫星定位系统中观测值与未知量之间关系的方程。

常见的观测方程有：观测值= 模型值+ 误差。

4.最小二乘法：最小二乘法是一种求解非线性方程组的方法，可以用于处理卫星定位数据。

最小二乘法通过最小化观测值与模型值之间的残差平方和，求解未知量。

卫星定位公式的应用领域：1.军事领域：卫星定位公式为军事行动提供了精确的位置、导航和时间信息，提高了作战效能和战场指挥能力。

2.民用领域：卫星定位公式在民用领域广泛应用于导航设备、定位服务、地理信息系统等。

3.科学研究：卫星定位公式为地球科学研究、大气科学研究、海洋科学研究等领域提供了高精度的时间和空间数据。

人造地球卫星轨道的根数作者：暂无来源：《百科探秘·航空航天》 2019年第4期人造地球卫星的用途非常广泛,且不同用途的卫星需要不同的轨道,因此人造地球卫星的轨道是非常复杂的,它们的名称不仅多种多样,而且富含科学意义,它们被按照形状、与地面的距离、飞行方向等进行分类。

以前,我们介绍过人造地球卫星的轨道分类,但只知道轨道类别还是无法确定卫星的位置,还需要一些更具体的信息才行。

今天要介绍的轨道根数就能帮助科学家了解卫星的具体位置。

轨道根数是什么呢?它可不是太空中有几根轨道的意思,轨道根数又称轨道要素或轨道参数,是用来描述人造地球卫星在其轨道运行状态的一组参数。

通常情况下指的是用经典万有引力定律、开普勒三大定律描述天体按圆锥曲线运动时所必需的六个参数:轨道半长轴ɑ、轨道偏心率e、轨道倾角i、升交点赤经Ω、近地点幅角ω、真近点角ν。

按形状来说,卫星都是在圆形或椭圆形轨道上运行的。

圆形轨道具有任何时候都与地球表面保持相等距离的优点,故而多用于观察地球、通信广播、导航定位和大地测量等卫星。

由于圆形轨道要求运载器入轨时的速度大小和方向都必须非常准确,所以实际上卫星常常是在近圆形或椭圆形轨道上飞行的。

当人造地球卫星在椭圆形轨道上运行时,地球中心(简称地心)位于椭圆的一个焦点上。

卫星在运行过程中的特点是距离地球有时近、有时远。

轨道上距离地球最近的点叫近地点,最远的点叫远地点。

它们分别位于长轴的两端,也就是说近地点与远地点之间的距离被称为椭圆轨道的长轴,与其垂直的椭圆的另一个中心轴被称为短轴。

可以想见,长短轴长度相差越多,椭圆形就愈加扁长;长短轴数值越大,轨道距离地球表面就越远。

卫星在椭圆形轨道上运行时,各点的运行速度是变化的,在近地点处卫星运行速度最快,在远地点处运行速度最慢。

依照航天界的统一定义,卫星在轨道上运行一圈所需的时间叫作周期T。

由此可见,不管卫星运行的椭圆轨道形状如何,只要它们的半长轴ɑ相同,其运行的周期T 就是一样的。

卫星的运动卫星相关参数,摄动⼒,星历,卫星位置的计算卫星的轨道⼀、基本概念：轨道；卫星轨道参数；正常轨道；摄动轨道⼆、卫星的正常轨道及位置的计算1.开普勒三定律2.三种近点⾓3.卫星轨道六参数4.卫星的在轨位置计算1.开普勒（Johannes Kepler）三定律开普勒第⼀定律⼈造地球卫星的运⾏轨道是⼀个椭圆，均质地球位于该椭圆的⼀个焦点上。

开普勒第⼆定律卫星向径在相同时间内所扫过的⾯积相等。

开普勒第三定律卫星环绕地球运⾏的周期之平⽅正⽐于椭圆轨道长半轴的⽴⽅。

2.三种近点⾓真近点⾓当卫星处于轨道上任⼀点s时，卫星的在轨位置便取决于sop⾓，这个⾓就被称为真近点⾓，以f表⽰。

偏近点⾓若以长半轴a做辅助圆，卫星s在该辅助圆上的相应点为s’，连接s’o’，s’o’p⾓称为偏近点⾓，以E表⽰。

平近点⾓在轨卫星从过近地点时元t p开始，按平均⾓速度n0运⾏到时元t的弧，称为平近点⾓。

3.卫星轨道六参数长半轴（a）—— 卫星椭圆轨道的长半轴；偏⼼率（e）—— 卫星椭圆轨道的偏⼼率，是焦距的⼀半与长半轴的⽐值；真近点⾓（f）——在椭圆轨道上运⾏的卫星S，其卫星向径OS与以焦点O指向近地点P的极轴OP的夹⾓。

轨道平⾯倾⾓（i）—— 卫星轨道平⾯与天球⾚道平⾯的夹⾓；升交点⾚经（Ω）—— 升交点（N），是由南向北飞⾏的卫星，其轨道与天球⾚道的交点。

地球环绕太阳公转的⼀圈中有⼀个点（即⽇历上表⽰的春分时间），它反映在天球⾚道平⾯上的固定位置，叫做春分点。

升交点⾚经是春分点轴向东度量到升交点的弧度；近地点⾓距（ω）—— 是由升交点轴顺着卫星运⾏⽅向度量到近地点的弧长.4.卫星的在轨位置计算在卫星导航应⽤中，⼀般根据已知的6 个轨道参数求出卫星的在轨实时位置。

对于任意观测时刻t,---> n ---> E ---> f计算卫星在轨道直⾓坐标系中的位置卫星的摄动轨道1.摄动轨道2.摄动⽅程3.摄动结果a-b=21.3km1.导航卫星的摄动⼒地⼼引⼒f0地球⾮中⼼引⼒fg地球潮汐摄动⼒ft太阳引⼒fs⽉球引⼒fm⼤⽓阻⼒fd太阳辐射压⼒fr太阳反照压⼒fa2.摄动轨道概念：卫星在宇宙空间运⾏时由于受到地⼼引⼒之外的其他各种⼒的作⽤，如地球⾮中⼼引⼒，⽇⽉引⼒，太阳辐射压⼒，⼤⽓阻⼒及潮汐⼒等的合成作⽤，使得卫星的实际运⾏轨道⽐正常轨道复杂得多，这种实际轨道就叫做摄动轨道。

瞬时轨道根数
摘要：
1.瞬时轨道根数的定义
2.瞬时轨道根数的计算方法
3.瞬时轨道根数的应用领域
正文：
瞬时轨道根数（Instantaneous Orbital Root Number）是一种描述卫星轨道状态的参数，主要用于卫星导航系统中。

它可以反映卫星在某一时刻的轨道形状，对于理解和预测卫星的运动具有重要意义。

1.瞬时轨道根数的定义
瞬时轨道根数是指卫星在某一时刻的轨道参数，通常包括卫星的经度、纬度、高度角、速度等。

这些参数可以描述卫星在某一时刻的位置和运动状态。

瞬时轨道根数是卫星导航系统中的核心参数，对于卫星导航、定位和授时等功能具有关键作用。

2.瞬时轨道根数的计算方法
瞬时轨道根数的计算需要依赖于卫星轨道的精确测量数据。

一般来说，卫星轨道的测量数据包括卫星的观测数据和地面测控数据。

通过对这些数据进行处理和计算，可以得到卫星在某一时刻的瞬时轨道根数。

具体的计算方法包括最小二乘法、卡尔曼滤波等。

3.瞬时轨道根数的应用领域
瞬时轨道根数在卫星导航、定位和授时等领域具有广泛的应用。

首先，在卫星导航系统中，瞬时轨道根数是实现卫星导航、定位和授时的基础数据。

其
次，在卫星遥感领域，瞬时轨道根数可以用于图像的定位和纠正。

此外，瞬时轨道根数还用于卫星通信、卫星导航增强系统等领域。

总之，瞬时轨道根数是描述卫星轨道状态的重要参数，它在卫星导航、定位和授时等领域具有广泛的应用。

星链轨道根数
星链是一种由美国太空探索技术公司SpaceX所建立的通信卫星系统。

该系统目标是为全球范围内的高速互联网提供服务，预计将拥有数千枚卫星。

为了确保这些卫星能够在轨道上高效、安全地运行，星链轨道根数是非常重要的。

首先，星链轨道根数包括卫星的轨道高度、轨道倾角、轨道周期以及轨道偏心率等参数。

这些根数的设定决定了卫星在轨道上的运行方式和行进速度。

卫星轨道高度是指卫星与地球表面的平均距离。

对于星链卫星来说，轨道高度通常在550至1200公里之间。

这样的高度有助于减小信号延迟，提供更快速的互联网服务。

轨道倾角则是指卫星轨道与赤道面的夹角，星链卫星的轨道倾角大约是53度。

这样的设定是为了让卫星能够覆盖南北两极地区，提供更全面的覆盖范围。

轨道周期是指卫星完成一次绕地球运动所需的时间。

对于星链卫星来说，它们的轨道周期通常在90至100分钟之间。

这样的轨道周期可以保证卫星始终保持高速运动，以提供更快速的通信服务。

而轨道偏心率是指卫星轨道的形状，它描述了卫星轨道最远和最近距离地球表面的差距。

星链卫星的轨道偏心率通常很小，以保证卫星的稳定性和安全性。

总的来说，星链轨道根数对于卫星系统的运作至关重要。

这些参数的精确设定能够确保星链卫星在轨道上高效运行，提供高速、稳定
的互联网服务。

了解和掌握这些轨道根数也有助于我们更好地理解卫星通信原理和应用，为相关领域的研究和应用提供参考和指导。

轨道根数对极轨气象卫星数据接收的影响
王雅
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2009(009)002
【摘要】如果轨道根数不准确,由其计算出的地面数据接收站的天线程序控制跟踪数据就存在偏差,会导致天线不能准确跟踪过境卫星从而无法获取卫星数据.以风云三号数据接收为例,给出了轨道根数的计算方法,分析了由错误轨道根数导致的接收卫星数据失败的原因,从理论和实践上指出在极轨卫星数据接收中轨道根数的重要性.提出事先检验轨道根数,并纳入制定极轨卫星数据接收策略的必要性.
【总页数】7页(P321-327)
【作者】王雅
【作者单位】国家卫星气象中心,北京,100094
【正文语种】中文
【中图分类】V474.24
【相关文献】
1.极轨气象卫星和静止气象卫星的区别 [J],
2.极轨气象卫星信号强度差别对解调器工作性能的影响及其对策 [J], 廖俊;单海滨;胡民达
3.极轨气象卫星数传链路雨衰影响 [J], 朱杰
4.风云三号极轨气象卫星地面数据接收信号质量评估与告警方案 [J], 朱杰;郎宏山
5.新一代极轨气象卫星风云三号A星及在轨试用情况 [J], 张鹏;杨军;董超华;卢乃锰;杨忠东;施进明
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。