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卫星星历合集——(1)基本概念

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基本概念

星历 Ephemeris

星历概念

也叫两行轨道数据(TLE,Two-Line Orbital Element),两行是指:位置和速度,是由美国的 CelesTrak 发明的

卫星、航天器或飞行体一旦进入太空,即被列入 NORAD( [ˈ n ɔ r æ d])卫星星历编号目录。列入 NORAD 卫星星历编号目录的太空飞行体将被终生跟踪。卫星、火箭残骸等飞行体成为太空垃圾时,仍被列入 NORAD 卫星编号目录,直到目标消失。

卫星星历的时间按世界标准时间(UTC,不是时间戳)计算

开普勒三大定律

开普勒三大定律

轨道六要素

星历数据中包含卫星轨道的六要素,也叫开普勒轨道要素(Keplerian elements)

包括:

1、半长轴 a

2、偏心率 e

描述轨道形状的参数,0 表示完美圆形轨道,接近 1 则表示轨道趋向于非常扁的椭圆

偏心率

3、倾角 i

描述轨道平面相对于参考平面(通常是赤道)的倾斜角度

4、升交点赤经Ω(RAAN 角度)

描述轨道升交点相对于某一参考方向(通常是春分点)的角度位置

春分点:太阳在春季从南向北穿过地球赤道的那一点

升交点 :轨道在从南半球穿越到北半球时,首次穿过赤道的点

RAAN 角度 :从春分点到升交点的角度测量,沿地球赤道平面顺时针测量

5、近地点幅角ω

描述轨道上最近地球点(近地点)相对于升交点的角度

6、真近点角 ν或平近点角 M

描述卫星在轨道上的位置,真近点角是从近地点到卫星当前位置的角度,平近点角则是卫星绕轨道运行一个周期的平均位置的角度(也是从近地点开始测)

区别:平近点角是基于平均速度来算,也就是说卫星应该在的地方,而真近点角是卫星当前时刻实际所在的地方

平近点角计算公式

也就是说卫星星历信息包括轨道六要素,可以用来获取卫星当前的准确位置,这也是卫星信号发往地面接收器携带星历信息的必要原因,以方便后续计算接收器与发射时刻卫星的距离。
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GNSS

GNSS 是 Global Navigation Satellite System,全球导航卫星系统。

包括地面部分和空中部分,形成一个综合的空天地一体化系统。这里是这两部分的主要功能和互动方式:

空中部分

  • 卫星

地面部分

  • 控制站 :监控和管理卫星健康状况的地面设施,确保卫星运行正常。
  • 跟踪站 :收集卫星信号,用于精确计算卫星的轨道数据和钟差,这些数据经处理后上传回卫星。
    *

接收卫星信号,其中包括初步星历数据

复制代码
*

计算并更新星历数据

复制代码
  * 确定卫星的确切轨道位置。
  * 纠正卫星时钟的偏差。
  * 生成精密星历,预测卫星未来位置的数据。

*

数据交给上传站

  • 上传站 :将计算后的数据(如修正的星历)发送给卫星,再由卫星广播给全球使用卫星定位的用户。

这次先介绍这些,都是基础概念,适合研0课题组为卫星通信的同学。我这里只是简单整理,希望能帮助刚接触星历的萌新(和我一样),后续还会续更(包括一些简单的MATLAB仿真)。
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