卫星仰角对GNSS时间比对影响分析
卫星仰角对G N S S时间
比对影响分析
LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
卫星仰角对G N S S时间比对影响分析目录
第一章绪论
课题研究背景
全球导航卫星系统GNSS (Global Navigation Satellite System)是一个广义的概念，是卫星导航系统的总称，它对国民经济以及国防方面有很大的作用，利用导航它可以为军民提供海、陆、空导航信息，对各种或者是目标进行定位、导航以及其他一些信息。目前GNSS主要包括美国的全球定位系统GPS、俄罗斯的全球导航卫星系统GLONASS、我国的北斗卫星导航系统COMPASS和欧洲的Galileo卫星导航定位系统这四个全球性的卫星导航系统。因为美国的GPS发展的最早起，也是目前最成熟的定位系统，它不仅在美国本土发挥作用，对世界各国都有很大的作用，因此也成为大多数导航系统参考的基础。
GPS卫星导航系统的发展概况
GPS全球导航定位系统是美国国防部建立的，开始是为了满足军事需求而建立。GPS系统非常稳定，可以全天候的工作，而且随着发展它可以全球性、连续实时的工作，而其定位精度随着时间的发展，也得到了很大的提高。它的功能也在不断的拓展，不仅满足了军事需求，而且可以定位、导航还可以测速，这对普通广大群众来说也有巨大的好处，对推动了很多行业的深刻变革。自从1994年美国建立了全球定位系统，投入了大量的人力、物力和财力，在这些年里，它不仅为美国提供服务，其用户逐渐扩展至全球。其应用范围也逐渐的扩大，大量的应用于大地测绘、地质探测、交通监控、移动通信、交通运输、海洋渔业、水文监测、基础测绘、气象预报、导航定位以及空间气象等等各行各业。不仅取得了很好的社会效益，也取得了不错的经济效益。
GPS卫星系统由三个部分组成，包括卫星星座、地面监控系统、用户接收设备。GPS卫星星座共有24颗工作卫星，每个轨道上有4颗卫星，均匀地分布在6个轨道上，每个轨道之间经度相距60°，GPS卫星的轨道高度约为20200km，其中轨道倾角i 为55°。GPS卫星配有F波段双频发射器，通过两个载波频率向地面发播伪随机码和导航电文。GPS的周期为11小时58分钟，GPS卫星轨道设计保证其在任何时刻都至少能观察到四颗GPS卫星，从而保证了定位精度以及导航的准确性。
GLONASS卫星导航系统的发展概况
俄罗斯的GLONASS在功能上类似于GPS，整个GLONASS星座包括24颗卫星，分布在3个轨道上，轨道倾角为°，轨道的长半轴为25440km，各轨道面升交点经度相互间隔120°，每个轨道面上有8颗卫星彼此相距45°。相邻轨道面上的卫星之问相位
差为15°，轨道周期约为。与GPS导航系统不同的是，GLONASS系统采用的是频分多址而不是码分多址，是根据载波频率值来分辨导航卫星。
1982年10月19日前苏联进行了GLONASS卫星的首次发射，原计划1991年建成完整的工作系统，随着苏联巨变和“冷战”结束，俄罗斯继承了该系统的后续建设完善工作。1993年俄罗斯政府正式把GLONASS系统交付俄罗斯航天部队主管。该部队负责GLONASS卫星的部署、在轨运行维护以及用户设备检测，还管理着科学信息协调中心，由此向公众发布GLONASS的相关信息。由于俄罗斯经济状况的影响，GLONASS系统曾一度濒临崩溃的边缘。因而2006年底时在轨工作的卫星总数仅为10颗，除了1998年底发射的3颗卫星之外，其余7颗卫星均已超期服役。近几年来随着俄罗斯经济的复苏，GLONASS系统也得到了相应的恢复和发展。俄罗斯正通过逐步发射寿命较长、质量较小的改进型GLONASS-M卫星，以实现新型的GLONASS系统。截止2010年底，GLONASS系统实现了24颗在轨工作卫星的满星座运行。
北斗卫星导航系统的发展概况
20世纪70年代起美、苏两国开始研制、试用自己的卫星导航定位系统，中国逐渐了解到导航定位系统对于国家安全的重要的意义，以及经济发展的重要作用。1983年我国提出了建立自主导航卫星定位的构想。经过多年的可行性论证，我国于1994年起正式建设我国的第一代卫星导航系统。2000年10月31日我国成功发射了BEIDOU-1B静止轨道卫星，位于东经°上空，同年12月21日将另一颗BEIDOU-1B静止轨道卫星发射升空，成功定点于东经°。备份星BEIDOU-1C是静止轨道卫星，于2003年5月25日发射至东经°。因为第一代北斗导航系统只有两颗卫星，因此又称为双星系统。我国北斗导航系统的建成，使我国成为世界上第三个独立掌握导航定位卫星系统技术的国家，打破了对美、苏的依赖，使我国在国家安全方面又有了长足的发展。
因为北斗一代导航系统的局限性，为了满足国内通讯、导航、定位的需要，我国逐渐加速了对北斗二代导航卫星的研发速度，北斗二代导航卫星，不仅完全向下兼容第一代的功能，其定位精度、准确度、稳定性、快速性都得到了长足的进步。COMPASS完成后将是一个混合星座式的卫星系统，包括了倾斜同步轨道(IGSO)、地球静止轨道(GEO)和中地球轨道(MEO)三种轨道。COMPASS星座由5颗GEO卫星、3颗IGSO卫星、27颗MEO卫星共同组成。其中MEO卫星轨道高度21500km，位于3个轨道面上，轨道倾角为55°; IGSO卫星轨道高度36000km，位于3个轨道倾角为55°的轨道面上，轨道穿越经度为118°；GEO卫星则分别位于东经°, °, °, °和160°上。
2011年4月10日，我国在西昌卫星发射中心发射了北斗卫星导航系统的第一颗组网卫星，并且准确地进入了预定的轨道，标志着北斗导航卫星的组建工作基本完成，接下来将进入一个新的阶段。2011年7月27日5时44分，我国在西昌卫星发射中心发射了第九颗北斗导航卫星，预计到2020年左右，北斗卫星导航系统将建成，在民用和军用方面不断地深入，为人民带来更多的便利，对每个行业都会产生变革性的影响。
Galileo卫星导航系统的发展概况
随着美、苏对GNSS导航定位卫星的研发，欧盟也紧接着宣布研发自己的卫星导航系统，即Galileo计划，这个举动打破了美国、俄罗斯的垄断地位，对于欧盟自主独立的发展有很大帮助。Galileo一开始的定位就是民用，这位其发展带来了强大的动
力，不负众望也给欧盟带来了相当不错的经济效益，为其日后Galileo卫星导航系统在国防的建设打下坚实的基础。
Galileo系统共有30颗导航卫星，卫星的轨道高度为23222km，轨道倾角为56°，所有卫星均匀分布在3个轨道面上，每个轨道上有10颗卫星，其中有9颗工作卫星，1颗备用卫星，卫星运行周期约为14h 22min。Galileo卫星导航系统原定于2008年完成，但是由于欧盟之间各国的分配问题以及其他方面的原因，完成时间已经推迟到2013年。2011年10月21日，俄罗斯为欧盟发射了两颗卫星，其它的卫星也将陆续发射。欧盟将尽快地完成预先设定的任务，使其尽快投入使用。
时间对于人们来说都是非常重要的，它与每个人都息息相关，时间是人们日常生活的计量，但是生活的各个方面对时间精度的要求各有不同，有的对时间有严格的要求。随着时代的进步，人们对于时间的精度要求也越来越高，从古代的时辰、刻，到近代的分、秒，再到现代的微秒甚至纳秒。与此相适应，计量时间的工具也发生了天翻覆地的变化，从沙漏、机械钟表到现代的原子频标等。同时，相应的测量时间的基础理论基础也由牛顿经典理论发展成为爱因斯坦的广义相对论。
虽然人类的活动对时间精度的要求是不同的，但是高精度的时间是总体的发展方向。高精度时间在现代科技、军事中起着至关重要的。主要有以下原因：
(1)高精度的时间是军队高反应速度的前提，也是战争胜利的必要条
件。
(2)进入互联网时代，信息已成为资源的一种。只有迅速及时的信息才
能成为资源，因此时间显得格外重要。
(3)导航与定位功能是GPS卫星的主要功能，而准确的定位与导航是建
立在高精度时间之上的，因此时间很重要。
(4)现代武器发挥作用是在高精度时间的前提下发生的。
国防是一个国家的根本，是国家稳定的前提保证，现代国防战争是要求陆军、海军、空军队伍高精度配合的，只有这样才能发挥出它应有的威力，尤其是电子战、信息战等等。如果没有高精度、统一的时间作为基础，就不能完成必要的协作。因此发展高精度的时间已成为世界各国的共识，频率的准确度与稳定度要达到以上。但由于距离是时间乘以速度计算出来的，要实现准确的定位，把距离控制在要求内，高精度时间就成了首要设计要求。
国内外研究现状
纳秒级高精度时间对国防工业、空间技术和国民经济建设具有重要意义，标准时间的产生与传递是国家的基础性工程，高精度的时间传递技术是国家的迫切需求。
利用共识法获得高精度的时间，目前普遍的选择是共识法，在原有的单视法上有了很大的进步，共视法的基本原理是在地面上布置两个接收站，用于接受GPS卫星的信号，共视法有两个要求：1、接收站必须同时观测同一个卫星，2、要同一时刻结束。用这种方法测定两个接收站之间的时间差，目的在于提高时间比对的精度，利用GPS共视法进行时间比对，相对于单视法在精度有了很大的提高。在原则上，共视法
能消除了卫星钟差，而且在原理上根本的消除了SA 的干扰，削弱了对两个接收站都有影响的误差，但是随机误差会相对增加。若两个接收站相距较远，则两个共视站所能够共视的卫星数量越少，因此获得的信号质量会变低。因此在进行时间比对时，一定要按照规定的共视时刻表进行观测。
iA i A t t t ?=-=钟A 与卫星i 的钟差
iB i B t t t ?=-=钟B 与卫星i 的钟差
两式作差可得：
即A 、B 两站的钟差，然而在实际过程中，A 、B 接收站要求用同样的方法处理数据。而且接收机自身的延时影响也应该计入误差范围。
对于A 、B 两个接收站，分别简写为[]A A GPS d --和[]B B GPS d --
为了满足科学技术和军事需要，世界各国都非常重视发展自己的时频系统，特别是近二十年来，人们对时频精度的需求呈指数发展的态势，大约每5-10年就提高一个数量级。由于短、长波授时的精度低(短波为1ms ，长波为1),覆盖范围小，卫星导航定位系统已经成为高精度时频传递的主要手段，时间比对的原理是利用卫星进行时间传递和比对，因为工作范围比较广大，几乎可以覆盖全球。现在，美国、俄罗斯、日本和西欧等发达国家时间保持的精度已达到约，时间比对的精度也达到了量级的水平。北斗卫星导航定位系统采用了比GPS 更为先进的技术，它不仅可以提供定位于导航服务，而且向用户发射地理位置，时间比对包括两种方式，包括单向授时和双向授时两种方式，其中单向授时精度可以达到100ns ，而双向授时的精度更是提高到了20ns 的指标要求。（刘利引用）
GNSS 卫星的硬件设备主要包括无线电发射器、铷或铯原子钟、微型计算机、太阳能电池板和推进器等。而原子钟对于GNSS 卫星来说尤为重要，是GNSS 卫星的核心，每个GNSS 卫星一般会配备多台稳定性较高的原子钟，其中一台被选定为时钟和频率标准的发生器，而且卫星发射的信号都以这个频率为标准，进而保证这些信号保持时间同步。而卫星与卫星之间同样会出现钟差，而保持卫星间的时间同步则是地面监控部分的工作。在卫星向地面发射的导航信号中，不仅包括信号发射时的时间信息，而且还包括卫星轨道参数等，可以帮助接收机确定位置的数据信息。（引用）
由于时间比对系统的误差得到了显着的下降，定位精度导航等方面性能有了很大的提升。但是其系统仍然不是完美无缺的，仍然有很多因素影响着时间比对系统的精度，其中仍然有很多误差。需要设计各种补偿措施，把精度控制在要求范围内。
随着我国国民经济的发展，时间频率传递的重要作用日益凸显，而其中高精度传递技术显得尤为重要。近年来，我国在国防方面有了重大的发展，对高精度时间传递的要求更为严格。GNSS 迅速而广泛的应用于航空航天领域，对于航天器轨道的确定，以及姿态的确定都有很大的帮助，现在几乎所有的飞行器都依靠定位系统实现其功能。对国家的发展也有巨大的作用，因此对高精度时间比对的发展更显得重要，无论是对国家还是个人。
论文的主要工作
了解GNSS的构成，研究其工作原理，了解其轨道参数，包括弹道倾角，等一些参数，由此建立卫星姿态动力学模型和轨道动力学模型，根据轨道动力学模型可以知道卫星仰角的变化情况，从而基于动力学模型建立GNSS卫星仰角的变化模型，分析天线信号传输和仰角关系，并建立仰角和天线信号传输的模型，最后对整个系统进行仿真，分析仰角的变化对时间比对的影响，以及改善的措施，使误差减小。
第2章卫星姿态动力学模型
引言
卫星的姿态是卫星相对于自身质点的转动而形成的，是相对于参考坐标系的角度以及角速度，统称为姿态参数。主要是运用姿态动力学的知识来简化卫星模型，卫星姿态参数可以根据卫星的姿态动力学模型计算，卫星的姿态是其他参数的基础。由于航天器都是刚体，因此刚体的姿态动力学可以适用与卫星。
卫星姿态的描述
欧拉角
欧拉角方法是一种常见的描述卫星姿态的方法，因为其简便、意义明确而得到广泛的应用。根据欧拉定理，刚体绕其质心的相对转动都可以看作是基本转动的有限次合成，对于卫星姿态的描述，主要是因为卫星的转动导致星体坐标系和轨道坐标系不
重合，参考坐标系转动三次，就会与星体坐标系重合，转动三次的角就是欧拉角ψ、φ、θ，它描述了星体坐标系和参考坐标系之间的关系。
图2-1 3-1-2 欧拉角转动
每次绕参考坐标系的坐标轴转动，转动三次就与星体坐标系重合，第一次绕参考坐标系的z轴转动，然后再绕参考坐标系的x轴转动，再按参考坐标系的y轴转动。绕坐标系的z轴转动的角度为偏航角，绕坐标系的x轴转动的角度为滚转角，绕坐标系的y轴转动的角度为滚转角。共有12种旋转组合方法。
三次变换的乘积就得到了星体坐标系和参考坐标系之间的转换关系，将上述三个矩阵相乘，就得到了转化关系如下所示
()()()
321 y x Z Cos Cos Sin Sin Sin Sin Cos Cos Sin Sin Cos Sin Sin Cos Cos Cos Sin Cos Sin Sin Sin Cos Sin Sin Cos Sin Cos Cos Cos θφψψθψφθψθψφθφθψθψφφψθψφθψθψφθφθ=-+-????=-????++??
A A A A 当ψ、φ、θ都是小角度时，角度的正弦值为0、角度的余弦值为1。因此上述姿态矩阵可近似表示为：
321111ψ
θψφθφ
-????≈-????-??
A 用姿态矩阵描述欧拉角的关系式如下 arctan ψ??=- ? ???yx yy
A A ()arcsin φ=yz A （）
arctan θ??=- ???
xz zz A A （）
其中，ij A (i ，j=x,y,z)为姿态矩阵的第i 行和第j 列元素。
四元数法
四元数是具有四个变量的超复数，其中一个为实部，另外三个为虚部。因为有三个虚部，因此可以用来描述两个坐标系的相互转换关系，也可以用来表示其中某一个矢量
相对于坐标系的转动，定义为013q ??=????
q q 记为四元数的标量部分，记为四元数的矢量部分，且有
11323sin 2q q e q ???????== ?????????
q （） 0cos 2q ???= ???
（） 其中e 表示所旋转的轴的方向上的单位矢量；表示旋转角
四元数的代数形式为0123q q q q =+++q i j k
单位矢量的四个元素满足
222201231q q q q +++= （）
满足上述正交约束的四元数成为规范化四元数，它的逆
定义为：
0113q -??=??-??q q （）
其中i 、j 、k 是三个虚数单位，服从如下乘积规则：
2221?++=-?=-=??=-=??=-=?i j k ij ji k jk kj i
ki ik j
（） 令两个四元数p 与q 相乘，则乘积写成[]?=q p q p 或{}?=q p p q
其中矩阵和定义为：
[][]0131303313T q q -??-=??+???
q q q I q （） {}[]0131303313T p P -??-=??-???
p p p I p （） 其中表示的反对称阵，表示为： []32133
1210
00q q q q q q -?????=-????-??
q （） 图2-1中的三次坐标系转动所对应的四元数参数如下
第一次转动： cos 00sin 22T
ψψ??'=????
q （） 第二次转动： cos sin 0022T φφ??''=???
?q （） 第二次转动： cos 0sin 022T
θθ??'''=???
?q （） 欧拉角转动得到合成四元数 ''''''=??q q q q （）
把上式表示为三次坐标转换矩阵的乘积有
()()()()() ''''''''''''=??=y X Z A q A q q q A q A q A q （）
由此可以得到用四元数法得到的姿态矩阵为
()()()()
()()()()[]
222201231230132022221230012323102222132023100123201313331313013222222 22T T
q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q -+--+-=--+-++--??????????
-+=-+-?A q q q I q q q （） 其中表示三阶单位矩阵。记四元数q 的共轭*q ，满足
+------
姿态四元数q 与欧拉角ψ、φ、θ之间的换算公式为
()12302
22201232arctan q q q q q q q q ψ-??
=- ?-+-??
（）
()()23102arcsin q q q q φ=+ （）
()1320222201232q q q q arctan q q q q θ-??
=- ?--+??
（）
卫星姿态运动学方程
在星体坐标系下，卫星的相对参考坐标系的转动角速度为ω
x y z ωωω??=??ω （）
()()
0000φθθθψ???
???++??
?
?????
y y A A
（）
由上式可以得到姿态欧拉角的运动学方程1
Cos φθφ
ψ??=?
??
0123012x
y z q q q q ωωω?????????=??????????()12
=q Ωω卫星姿态动力学方程
卫星的运动可以分为绕质心的转动（相对运动）和质心的平动（牵连运动）,牵连运动可以表示为
[]0000T ω=-ω （） 卫星绕质心的转动可以表示为r ω，卫星的角速度由牵连运动和相对运动矢量叠加而成，具体的表示由下式确定
00b =+r ωA ωω （）
其中，0b A 为轨道坐标系到星体坐标系的坐标转换矩阵，ω的分量表达式为
000cos sin cos (cos sin sin sin cos sin cos cos sin cos cos (sin sin cos sin cos )x y z ωφθψθφωθψθφψωθψφωφψωφθψθφωθψθφψ??--+??????=+-????????++-+????
（） 定义卫星转动角动量
=H J ω （）
其中J 代表卫星惯性特性的度量，其具体形式为
??--??=--????--??
x xy xz xy
y yz xz yz z J J J J J J J J J J （）
对角线元素为绕坐标系的转动惯量，非对角线元素为惯性积。则卫星的姿态动力学方程为
=-H μωH （）
其中，ω为卫星承受的来自外部的总力矩。根据式（）的定义，姿态动力学方程可以写作
1-=--?ωJ μωJ ω （）
刚体姿态动力学方程
因为航天器几乎是不变形的，因此可以看作刚体，刚体的姿态动力学，可以适用于卫星，经典的刚体动力学就成了卫星动力学的基础，因此也可以用欧拉角来描述卫星的姿态动力学方程
设为星体坐标系相对于惯性坐标系在星体坐标系中的分量，则用欧拉角来描述卫星的姿态动力学的方程为
()y y x z z x y I I I M ωωω+-= （）
式中，ωω，ωω，ωω为主惯性量；ωω，ωω，ωω为外力矩在星体坐标系上的分量。
欧拉刚体动力学方程推导过程如下：
对于图4-2所在的系统，建立惯性坐标系和体坐标系，令物体上任一点到体坐标系原点的向径为r,系统的质心坐标为，体坐标系原点到惯性坐标系原点的向径为ωω,点ωω到惯性坐标系原点的向径为。
点ωω的微动量矩为dm ?=?h r v ,的速度为
=+?p v v ωr （）
系统动量矩为
()dm =?+??p h r v ωr （）
或
()dm =?+???c p h r v m r ωr （）
如果坐标系原点位于质心，则.应有
()b
dm =??=?h r ωr J ω （）
其矩阵形式为
x xx xy xz x y xy yy yz y z xz yz zz z h J J J h J J J h J J J ωωω??--??????????=--????????????--????
?? （） 其中
222222()()()xx yy zz
J y z dm J x z dm J y x dm ?=?+?=?+??=?+? （）
()()()
xy yz xz
J xy dm J yz dm J xz dm ?=??=???=?? （） 在主惯性轴的条件下
0xy yz xz J J J ===上式简化为 xx x yy y zz z J J J ωωω=++h i j k （）
由动量矩定理可得
()d d d d M t t
===+?h J ωJ ωωJ ω （） ()y y x z z x y I I I T ωωω+-= （）
由此可见，星体绕某坐标轴的角动量不仅取决于绕此轴的转速，还与绕其它两轴的转速有关。这是由于惯性积ωωω, ωωω, ωωω引起的动力学耦合，使卫星姿态控制的过程复杂化。因此，惯性矩阵的选取和调整是卫星总体设计的重要内容。
本章小结
三章 卫星轨道动力学模型
引言
航天器轨道动力学是描述航天器在其他星体的引力作用下卫星的运动状态，对卫星运动轨道的描述是航天的基础工程，是其他方面的基础，像轨道确定、轨道设计、轨道转换、轨道对接、编队飞行等等，这些方面都需要轨道动力学方面的知识，只要对轨道动力学以及相关学科的详尽研究，才能更好的研究其他问题。随着第一颗人类制造的飞行器的成功发射，人们对于飞行器轨道动力学更加重视，不断丰富轨道动力学的理论，充分发挥它的作用，主要包括轨道理论和轨道应用两部分。
轨道理论：主要是根据航天器的特性和目标初步设计航天器的轨道，因为航天器的轨道参数每时每刻都在变化，而且太阳、地磁场、电离层等等都对轨道会产生一定
的摄动，因此要对初步设计的轨道进行修正，以及进行大量的数据探测，在对大量数据研究的基础上，考虑摄动对卫星轨道的影响，建立一个更加符合实际情况的模型，从而计算出一个更加精确的卫星轨道。近些年来，人们对于精确定轨投入了大量的人力、物力、财力，总结了很多优秀的算法，对于精确定轨主要的方法是迭代法，但是迭代法的首要前提是迭代法收敛，找到一个满足迭代法收敛的初始值，进行数次迭代之后，其误差会减小很多。因此要先利用少量的观测数据，获得一个收敛的初始数据。
轨道应用：对于航天器轨道的参数改变的能力，包括变轨、交会对接，以及多个飞行器之间的联合飞行，抓哟是利用轨道的特性，来进行联合或分开的执行任务。
航天器是指在太空飞行的人造卫星、飞船、深空探测器等。航天器在空间的运动轨迹城为航天器运动轨道，可以用6个轨道要素来描述，轨道要素又称为轨道根数，通过它们可以确定卫星轨道平面以及卫星的空间方位，轨道在轨道平面中的方位，轨道到的形状和航天器在轨道上的位置。轨轨道的六要素主要包括：偏心率e、真近角
、轨道倾角i、升交点经度近心点角距
轨道倾角i:轨道平面与地球赤道面的夹角。取轨道面法线（按运行方向的右手定则确定）与地球北天极之间的夹角度量0≤i≤π
升交点经度：地球零子午面与赤道交线到轨道平面与赤道面交线（升交点与降交点的连线—节线）升交点方向的角度。升交点则是航天器自南半球飞向北半球时与赤道面的交点，降交点反之，0≤Ω≤2π。
近心点角距:它是近心点矢径与节线升焦点方向间的夹角，0≤ω≤2π。
在轨道的六个根数中，根据前三个轨道根数可以确定卫星相对于地球的位置。而根据后面的三个轨道根数，可以确定卫星轨道的几何特征，以及卫星的运动特性。当然对于某些特定形状的轨道，上述的轨道根数某个或某些可能为常数，因此需要一些其他的参数来解出卫星轨道的特性参数，比如轨道高度h,轨道周期T，卫星到地心的距离r等等。
对于圆形轨道来说，一般看作偏心率e=0,因此近地点与升交点重合，因此只需要知道轨道倾角i，轨道高度h,升交点赤径和初始时刻的真近点角v,这四个参数可以得到卫星在空间任一时刻的位置。
航天器在万有引力作用下运行，遵循牛顿的万有引力定律，GNSS卫星在引力的作用下保持其运行轨道，在计算时为了简化问题，只需要考虑GNSS卫星与地球之间的引力作用，而忽略其它星体（距离卫星较远时）对卫星的引力，虽然空间有无数个星体，但是经过简化，可以得到简化了的二体模型，如果要想得到更为精确的结果，可以将其它的天体对卫星的引力问题看作是摄动。
轨道的运动方程
设地球的质量为1m ，卫星的质量为2m 。卫星与地球的距离为r ，在地心赤道惯性坐标系下建立起二体模型的运动方程。根据牛顿万有有引力定律，可以得到如下的轨道运动方程:
30r
+=r r μ 式子中()121G m m Gm μ=+≈，因为卫星的质量较小，因此省略卫星的质量。因此14323.98600510/m s μ=?，称为地球的引力常数，在地心赤道惯性坐标系I I I oX Y Z 中沿着三个坐标轴得到航天器轨道方程为 333000x y z r r r μμμ?+=???+=???+=??
x y z 式中222r x y z =++为GNSS 卫星与地心的距离。
具体的推导过程如下:
设地球的质量为1m ，卫星的质量为2m 。向径分别为r ，，，。具体如图所示
两个质点的引力分别为1F ，2F 。则有卫星质点受到的万有引力为
2123r m m =F G r
在卫星引力作用下的质点1m 的运动
111m =F r
航天器质点2m 的运动为
222m =F r
根据质心定理2
22m =F r 222m =F r
()()1122m m -=-c c r r r r
12=-r r r
1212
m m m =-+c r r r 将方程（）和方程（）代入方程（）和方程（），可得 1221222111212
m m m m m m m m m m =-
=--=-++c F r r r r F 右上式可得 21120m m m m +=+=c c c r r r （）
（） 其中0=c r 表示绕质心的运动速度而且为常量。将0=c r 代入方程
2
r （）或 123
(0)G m m r ++
=c r r （） 运行轨道
将 d dt
=?r h r 代入 的右端则 22d d t r μ???= ??
?
d d r r h x 式中，
e 为常矢量，这个积分称为拉普拉斯积分；μe 称为拉普拉斯矢量。e 在轨道平面内，再由式与标量积，可得
航天器轨道的确定
对于航天器轨道的确定从远古时期就已经开始，近些年对于航天器回到的确定也投入了大量的人力、物力、财力。现在对于航天器的轨道确定已经积累了很多经验和方法，对于卫星轨道的确定有很多种方法，主要是根据已知量，来确定卫星的轨道六要素，卫星轨道的确定的主要步骤是在二体模型的基础上，初步确定轨道的近似值，称为轨道的初步确定，因为卫星轨道是每时每刻都在变化，因此如果要获得精确的卫星轨道需要考虑各种摄动对卫星轨道的影响，这个步骤也称为精确定轨
由于地面接收站数量的不同，各个时刻能够共视的卫星数量与方位等一些参数不相同，相应的有不同的定轨方法。下面主要介绍两种常见的定轨方法。
r,v 确定轨道根数
已知某时刻t 航天器在地球惯性坐标系中的位置矢量r 和速度矢量v 值，利用位置矢量和速度矢量来确定卫星的轨道参数。
(1)i ，Ω的计算
根据定义
x y z h h h =?=++h r v i j k
从轨道坐标系到惯性坐标系的变化，有如下转换关系
(4),a ω的计算
或者
由12,r r 和飞行时间确定轨道根数
根据两个定点和飞行时间来确定轨道是经典的确定轨道的方法。这种方法主要是
经典的高斯问题，最一般的解法则是通过建立12
,r r 的关系。解出某个点的,r v 进而转化为上述的,r v ,定轨方法。
（1）F-G 函数
在0r 处按照0τt )t =
-（将r 用泰勒级数展开，因r,v ,共面，r 也可以表示为00r ,v 的线性组合。
()()0
00000001,,,,!n n n t d r F r v G r v n dt τττ∞??==+ ???∑r r v
因为r 描述的是轨道运动，故有
223
d d r t r μ=-r 3343d 3d r r t r r μμ=-r r 424434d 1236d r r r t r r r r μμμ??=---+ ???r r r 而r r
?=r r ,求导可得()2221r v r r r μ=--,代入有 422454d 15326d r v r t r r r
μμμ=--++r r v R 更高阶的导数形式与上式类似，均可以表示成,的函数，可以由数值算法给出。因而有
()()2322400000346000111,,12352
224r F r v v r r r r μμμττττμ??=-+---????+
()()2322500000346000111,,8331564120
r G r v v r r r r μμμτττττμ??=-+---????+
函数满足d d 1d d G F F G t t ?????-= ? ?????
,可供校验使用。 F,G 函数既可以用来进行轨道确定和预报，也可以用来解决轨道交会问题。其最大的优点是它的普遍性，即可适用于所有类似的圆锥曲线。
（2）高斯问题的F-G 函数解
若两次测量间的时间间隔不大，可以用函数来解决高斯问题，这一方法的优点是没有其他方法中出现的象限不确定性，已知时刻1t 和2t 的位置1r 和2r ，则可以由式
()()2001001,,,,F r v G r v ττ=+r r v
得()()2
001111,,,,F r v G r v ττ-????=r r v
式中，21t t τ=-
先假设一个1v 值，则可以计算出，然后可以用上式得到一个新的1v ，继续计算新的，循环迭代下去直至1v 满足精确度要求时停止。 不太大时迭代收敛的快，再由1r ，1v 计算轨道要素
本章小结
第4章 卫星仰角的确定
惯性坐标系
卫星相对于地球的位置，可以根据坐标系来描述其地理位置，一般情况下空间坐标系可以分为惯性坐标系和地球坐标系，不同的坐标系对于描述卫星的位置有不同的优点，在描述其状态时我们根据其性质选择坐标系。
在地球自转的自转过程中，自转轴与地球的焦点称为南极北极，通过质心且与转轴垂直的平面称为赤道，与赤道平面平行的面与地球的角线为纬度，与赤道所在的平面越近纬度值越小，北半球为北纬，其值为正值，南半球的纬度为负值，例如-30°为南半球30°，经过地球南极北极的面为子午面，而经过英国格林尼治天文台的子午面为0°子午面，因为地球为圆形，其经度为-180°到180°，正值代表东经，负值代表西经，西经90°和东经180°是同一个子午面。地球不仅自传，还围绕太阳周转，周转的平面在地球的投影为黄道平面，黄道平面与地球赤道的夹角为黄道夹角为°黄道平面与赤道平面有两个交点，由南半球向北半球转移的点为春分点，由北半球向南半球转移的点为秋分点。因为春分点相对于地球是固定不动的，因此经常利用这个点建立坐标系。
图
图是一个坐标中心建立在地球质心点O 的地心直角惯性坐标系(,,)I I I X Y Z ，其中下标“I"的含义为惯性。该坐标系以指向北极的地球自转轴为Z 轴，X 轴指向春分点，而X, Y 和Z 三轴一起构成右手直角坐标系。
地球坐标系
利用惯性坐标系来描述卫星的轨道非常方便，但是由于惯性坐标系不随着地球一起运动，如果对于一个固定的点描述其地理位置，运用惯性坐标系的话，其位置参数随着时间在变化，非常的复杂。因此地球坐标系应运而生，地球坐标系固定在地球
航天任务分析与设计--第二三部分_711505164
航天任务分析与设计 第二部分航天任务与轨道设计 航天任务的核心单元为在空间以轨道运动的航天器，因此，航天任务与航天器轨道的关系极为密切。 l基础理论 ü第5章空间任务几何 航天任务与空间位置的几何关系及描述方法 ü第6章航天动力学引论 航天器轨道运动规律和轨道特性 l航天任务与轨道设计 ü第7章轨道和星座设计 航天任务分析与轨道设计目标、内容及流程 第1章空间任务几何学 l天球几何学 l空间观察的地球几何 l地球观察者看到的卫星视在运动 l制定定位和定向预算 视在位置与视在运动 l空间分析的一个重要内容是分析航天器如何在时空中运动，也就是航天器所观测的目标如何在时空中运动，因此需要研究所观测目标的视在位置和视在运动； l建立描述才航天器观测目标以及从地面观测航天器运动几何关系的理论描述方法。 n方向矢量法—便于计算 n天球法（球面几何）--便于理解 l坐标点选择有助于问题的简化和理解 天球几何学 l天球几何学源于古典天文学，只有方位和角度的度量，没有距离的度量 l利用球面几何监理方位和角度关系：大圆、球面三角形、球面直角三角形、弧长、两面角、球面三角定理 坐标系的选择 l研究空间任务几何首先要正确选择坐标系 l选择坐标系要规定两个要素：原点位置和固联方式 空间应用中常见的几种坐标系
空间观察的地球 l确定从航天器上看地表物体的几何形状 l地平的概念 l轨道高度与覆盖范围的关系 地面观测者看到的卫星视在运动 典型的卫星轨道 制定定位与定向的预算 l分析各中队航天器轨道位置和姿态指向的影响因素 l制定指向与位置的预算，制订一张预算表，列出影响指向与定位的所有误差源，而后研究它们对指向与定位总精度的贡献大小 l列出影响指向和定位的所有误差源，在研究其对指向与定位总精度的影响 l与预算工作对空间任务的成本与性能产常有推动作用。如果预算中有些因素被忽略
常见国产卫星遥感影像数据的简介
北京揽宇方圆信息技术有限公司 常见国产卫星遥感影像数据的简介 本文介绍了常见国产卫星数据的简介、数据时间、传感器类型、分辨率等情况。 中国资源卫星应用中心产品级别说明 ◆1A级和1C级产品均为相对辐射校正产品,只是不同卫星选用的生产参数不同。 ◆2级，2A级和2C级产品均为系统几何校正产品,只是不同卫星选用的生产参数不同。 其中: ■GF-1卫星和ZY3卫星归档产品为1A级，ZY1-02C卫星数据归档产品级别为1C级，其他卫星归档级别为2级! ◆归档产品是指:该类产品已经存在于系统中,仅需要从存储系统中迁移出来.即可供用户下载的数据。 ◆生产产品是指:该类产品不是已经存在的产品,需要对原始数据产品进行生产,然后再提供给用户下载的数据。
■当用户需要的产品级别是上述归档的级别,直接选择相应的产品级别，然后查询即可！ ■当用户需要的产品级别不是上述归档的级别,就需要进行生产.本系统提供GF-1卫星和ZY3卫星2A级的生产产品,ZY1-02C卫星2C级的生产产品,在选择需要的级别查询后,无论有没有数据,在查询结果页上方有一个“查询0级景”按钮,点击此按钮后,进行数据查询,如果有数据，选择需要的产品直接订购,即可选择需要的产品级别。 国产卫星 一、GF-3(高分3号) 1.简介 2016年8月10日6时55分，高分三号卫星在太原卫星发射中心用长征四号丙运载火箭成功发射升空。 高分三号卫星是中国高分专项工程的一颗遥感卫星，为1米分辨率雷达遥感卫星，也是中国首颗分辨率达到1米的C频段多极化合成孔径雷达（SAR）成像卫星，由中国航天科技集团公司研制。 2.数据时间 2016年8月10日-现在 3.传感器 SAR：1米 二、ZY3-02（资源三号02星） 1.简介 资源三号02星（ZY3-02）于2016年5月30日11时17分，在我国在太原卫星发射中心用长征四号乙运载火箭成功将资源三号02星发射升空。这将是我国首次实现自主民用立体测绘双星组网运行，形成业务观测星座，
geoeye卫星数据基础知识介绍
GeoEye-1卫星影像数据价格： 单片产品单位：元/平方公里
短波红外7.5m280360690975- 备注：购买卫星影像在北京揽宇方圆，都可以获得理想价格 选择卫星数据源 一、卫星类型 (1)光学卫星：worldview1、worldview2、worldview3、worldview4、quickbird、geoeye、ikonos、pleiades、deimos、spot1、kompsat系例、spot2、spot3、spot4、spot5、spot6、spot7、landsat5(tm)、Sentinel-卫星、landsat(etm)、rapideye、alos、kompsat系例卫星、planet卫星、北京二号、高景一号、资源三号、高分一号、高分二号、高分六号、环境卫星。 (2)雷达卫星：terrasar-x、radarsat-2、alos雷达卫星、高分三号卫星、哨兵卫星 (3)侦查卫星：美国锁眼卫星全系例(1960-1980) (4)高光谱类卫星：高分五号、环境小卫星、ASTER卫星、EO-1卫星 二、卫星分辨率 (1)0.3米：worldview3、worldview4 (2)0.4米：worldview3、worldview2、geoeye、kompsat-3A (3)0.5米：worldview3、worldview2、geoeye、worldview1、pleiades、高景一号 (4)0.6米：quickbird、锁眼卫星 (5)1米：ikonos、高分二号、kompsat、deimos、北京二号 (6)1.5米：spot6、spot7、锁眼卫星 (7)2.5米：spot5、alos、资源三号、高分一号（4颗）、高分六号、锁眼卫星 (8)5米:spot5、rapideye、锁眼卫星、planet卫星4米 (9)10米:spot5、spot4、spot3、spot2、spot1、Sentinel-卫星 (10)15米:landsat5(tm)、landsat(etm)、landsat8、高分一号16米 三、卫星国籍 (1)美国：worldview1、worldview2、worldview3、quickbird、geoeye、ikonos、landsat5(tm)、landsat(etm)、锁眼卫星、planet卫星 (2)法国：pleiades、spot1、spot2、spot3、spot4、spot5、spot6 (3)中国：资源三号、高分一号、高分二号、高分六号、高景卫星、北京二号等 (4)德国：terrasar-x、rapideye (5)加拿大：radarsat-2 四、卫星发射年份 (1)1960-1980年：锁眼卫星(0.6米分辨率至10米) (2)1980-1990年：landsat5(tm)、spot1 (3)1990-2000年：spot2、spot3、spot4、landsat(etm)、ikonos (4)2000-2010年：quickbird、worldview1、worldview2、spot5、rapideye、radarsat-2、alos (5)2010-：spot6、spot7、资源三号、高分一号、高分二号、高分六号、worldview3、worldview4、pleiades、高景卫星、planet卫星
主流卫星参数简介
主流卫星参数简介 目前，我国用户通过商业渠道可以获取的高分辨率卫星数据主要有：1999年9月美国Space Imaging公司发射的1米分辨率卫星IKONOS; 2001年10月美国Digital Globe公司发射的0.6米分辨率卫星QuickBird; 2003年6月美国OrbImage公司发射的1米分辨率卫星Orbview3; 2006年1月日本发射的2.5米分辨率卫星ALOS； 2007年9月美国Digital Globe公司发射的0.5米分辨率卫星WorldView-1； 2008年9月美国GeoEye公司发射的0.5米分辨率卫星GeoEye-1；2009年10月美国Digital Globe公司发射的0.5米分辨率卫星WorldView-2； 2011年11月法国SPOT公司发射的0.5米分辨率卫星Pleiades；2012年9月法国SPOT公司发射的1.5米分辨率卫星SPOT6。 主要使用的卫星具体参数如下：
高分辨率卫星影像的优势主要有以下几方面： 1、传感器采用线阵列CCD探元，按照推帚式扫描成像，可以获取地面的高分辨率全色和多光谱影像，多光谱影像有蓝、绿、红3个可见光和近红外波段，可同时提供真彩色和彩红外图像； 2、高分辨率卫星数据是数字产品，可用来进一步做光谱分析，如光谱分类、作物估产、建模等； 3、高分辨率卫星数据可用来进行辐射校正、可对数据的多时相进行比较分析； 4、高分辨率卫星数据经过辐射校正后大面积的镶嵌色彩一致性好； 5、传感器系统的机械设计日益灵活，具有快速指向能力，可以前后左右侧视成像，非常强大的灵活性和重访周期，影像数据获取容易，
大气阻力对卫星寿命影响简述
大气阻力对卫星寿命影响简述 刘东明（基础医学院临床2班 1310301205） 任笑天（基础医学院临床2班 1310301210） 邓凯鑫（基础医学院临床2班 1310301204） 摘要：人造地球卫星是一种能环绕地球飞行的无人航天器，人造地球卫星按用途可分为三大类：科学卫星、技术试验卫星、应用卫星。近年来随着各国科技、军事，甚至是社会生活中的方方面面需求的增长，人造地球卫星数量也在不断上升。卫星寿命是影响卫星运行的一个重要的因素，卫星寿命可分为设计寿命和轨道寿命。本文主要就卫星轨道寿命的主要影响因素——大气阻力作了一些讨论。 关键词：人造地球卫星卫星寿命大气阻力 1.引言 人造卫星的寿命取决于许多因素。第一大影响卫星寿命的因素是卫星本身。卫星正常功能的发挥，需要卫星本身各系统都能良好地工作，而卫星各部件都是有寿命的，一旦某一部件过了寿命期，它一出故障就会导致整个卫星失效。所以，人造卫星在设计研制过程中，都要分析各部件的寿命，此寿命称为卫星的设计寿命。大型应用卫星需要不断地对轨道和姿态进行调整，以使之能正常使用。轨道调整和姿态保持主要靠火箭发动机，它在不断消耗推进剂。为此，通信卫星等应用卫星也就越来越大，以尽可能携带更多的推进剂，来延长其使用寿命。第二大影响卫星寿命的因素是空间环境。人造卫星在运动过程中要受到各种外力的作用，这种作用对卫星轨道的影响一般十分微小，称为卫星轨道的摄动作用，包括地球非球形的形状摄动，大气阻力摄动，太阳光压摄动，日、月引力摄动等。这些摄动的影响常常导致人造卫星的轨道形状和大小都发生变化，对卫星的运动轨道在空间的位置和寿命的长短都起着重要作用。此外，空间的重粒子事件也会对卫星部件产生不利作用，会导致某些部件失效，为此，必须对一些易受影响的部件进行防护。第三大影响卫星寿命的因素是轨道因素。一般低轨道卫星寿命都比较短，高轨道卫星寿命相对较长，这主要是因为轨道高度不同，大气产生的阻力不同。提高卫星的寿命，可以产生很大的效益，因此在卫星设计制造阶段，要综合考虑影响卫星寿命的种种因素，并事先想办法尽可能消除或削弱不利因素，提高其使用寿命。
常用卫星数据介绍
国外卫星有： WorldView 1/2/3，GeoEye1/2，RapidEye,IKONOS,QuickBird,Spot5,Spot6,Landsat-5 TM,Landsat-7 ETM+,Landsat-8 ALI,Pleiades,Alos,terrasar-x,radarsat-2,全美锁眼卫星全系列(1960-1980)，印度Cartosat-1(又名IRA-P5) 国内卫星有: HJ-A/B CCD,ZY-02-C,ZY-3,CBERS-3/4,天绘系统,高分系列,资源系列等 一、Landsat7卫星的TM/ETM+数据介绍 TM是一种遥感器，搭载在美国陆地卫星Landsat系列卫星上。TM影像是指美国陆地卫星4～5号专题制图仪（thematic mapper）所获取的多波段扫描影像。有7个波段 Landsat-7，星上携带专题制图仪ETM，ETM具有8个波段，其中1-5波段和7波段是多光谱波段，空间分辨率是30米，第六波段是热红外波段，空间分辨率是120米，第8波段为全色波段，分辨率为15米。景宽185公里，景面积为34225平方公里。 波段介绍： 1.TM1 0.45-0.52um,蓝波段 对水体穿透强, 该波段位于水体衰减系数最小，散射最弱的部位（0.45— 0.55um）,对水体的穿透力最大，可获得更多水下信息，用于判断水深，浅海水下地形，水体浑浊度，沿岸水，地表水等；能够反射浅水水下特征，区分土壤和植被、编制森林类型图、区分人造地物类型,分析土地利用。对叶绿素与叶色素反映敏感,有助于判别水深及水中叶绿素分布以及水中是否有水华等。 2.TM2 0.52-0.60um,绿波段 对植物的绿反射敏感该波段位于健康绿色植物的绿色反射率（0.54—-0.55um）附近；对健康茂盛植物的反射敏感, 主要观测植被在绿波段中的反射峰值,这一波段位于叶绿素的两个吸收带之间,利用这一波段增强鉴别植被的能力对绿的穿透力强, 探测健康植被绿色反射率,按绿峰反射评价植物的生活状况,区分林型,树种，植被类型和评估作物长势对水体有一定的穿透力，可反映水下特征，水体浑浊度，水下地形，沙洲，沿岸沙地等。. 可区分人造地物类型， 3.TM3 0.62-0.69um ,红波段 对水中悬浮泥沙反映敏感。该波段位于含沙浓度不同的水体辐射峰值（0.58—-0.68um）附近，对水中悬浮泥沙反映敏感。叶绿素的主要吸收波段, 能增强植被覆盖与无植被覆盖之间的反差,亦能增强同类植被的反差，反映不同植物叶绿素吸收,植物健康状况,用于区分植物种类与植物覆盖率, 测量植物绿色素吸收率，并以此进行植物分类；此外其信息量大,广泛用于对裸露地表，植被，岩性，地层，构造，地貌等为可见光最佳波段；可区分人造地物类型
Landsat7卫星的TMETM+数据介绍
Landsat7卫星的TM/ETM+数据介绍 LANDSAT是美国陆地探测卫星系统。从1972年开始发射第一颗卫星LANDSAT 1，到目前最新的LANDSAT 7。 LANDSAT 7 卫星于99年发射，装备有Enhanced Thematic Mapper Plus(ETM+)设备，ETM+被动感应地表反射的太阳辐射和散发的热辐射，有8个波段的感应器，覆盖了从红外到可见光的不同波长范围。ETM+比起在LANDSAT 4、5上面装备的Thematic Mapper(TM)设备在红外波段的分辨率更高，因此有更高的准确性。 Landset卫星介绍： 卫星系列 卫星名称 服务时间 RS器名称 周期/轨道 辐射宽度 波段/频率（μm） 分辨率 美国陆地卫星系列（Landsat1-7号星） Landsat-1 72.7～78.1 RBV,MSS 18D/918km 185km B:0.45-0.52 30m Landsat-2 75.1～82.2 185km G:0.52-0.60 30m Landsat-3 78.3～83.3 185km R:0.63-0.69 30m Landsat-4
82.7～92 MSS,TM 16D/705km 185km NIR:0.76-0.90 30m Landsat-5 84.1～至今 185km SWIR1.55-1.75 30m Landsat-6 93.10.5 MSS,ETM 发射失败 185km TIR:10.4-12.5 60m Landsat7 99.4～ TM,ETM+ 16D/705km 185km SWIR2.08-2.35 30m 一、波段介绍 1.TM1 0.45-0.52um,蓝波段。对水体穿透强, 该波段位于水体衰减系数最小，散射最弱的部位（0.45-0.55um）,对水体的穿透力最大，可获得更多水下信息，用于判断水深，浅海水下地形，水体浑浊度，沿岸水，地表水等；能够反射浅水水下特征，区分土壤和植被、编制森林类型图、区分人造地物类型,分析土地利用。对叶绿素与叶色素反映敏感,有助于判别水深及水中叶绿素分布以及水中是否有水华等。 2.TM2 0.52-0.60um,绿波段。对植物的绿反射敏感该波段位于健康绿色植物的绿色反射率（0.54--0.55um）附近；对健康茂盛植物的反射敏感,主要观测植被在绿波段中的反射峰值,这一波段位于叶绿素的两个吸收带之间,利用这一波段增强鉴别植被的能力对绿的穿透力强,探测健康植被绿色反射率,按绿峰反射评价植物的生活状况,区分林型,树种，植被类型和评估作物长势对水体有一定的穿透力，可反映水下特征，水体浑浊度，水下地形，沙洲，沿岸沙地等。可区分人造地物类型。 3.TM3 0.62-0.69um ,红波段。对水中悬浮泥沙反映敏感。该波段位于含沙浓度不同的水体辐射峰值（0.58--0.68um）附近，对水中悬浮泥沙反映敏感。叶绿素的主要吸收波段, 能
卫星仰角对GNSS时间比对影响分析
卫星仰角对GNSS时间比对影响分析目录 第一章绪论...................................... i.i课题研究背景.................................. 1.2国内外研究现状............................... 1.3论文的主要工作............................... 第2章卫星姿态动力学模型............................... 2.1引言.................................... 2.2卫星姿态的描述............................... 2.2.1 欧拉角............................... 2.2.2四元数法................................ 2.3卫星姿态运动学方程............................. 2.4卫星姿态动力学方程............................. 2.5刚体姿态动力学方程............................. 2.6 本章小结.................................. 三章卫星轨道动力学模型................................ 3.1 引言................................... 3.2轨道的运动方程................................ 3.3运行轨道.................................. 3.4航天器轨道的确定.............................. 3.4.1由r,v确定轨道根数.......................... 3.4.2由r,, r和飞行时间确定轨道根数 .................... 3.5 本章小结.................................. 第4章卫星仰角的确定................................. 4.1惯性坐标系................................ 4.2地球坐标系................................ 4.3站心坐标系与卫星仰角的确定......................... 4.4 本章小结..................................
卫星仰角对GNSS时间比对影响分析
卫星仰角对GNSS 寸间比对影响分析 S 3 1 4.4本章小结 目录 第一章绪论 1.1课题研究背景 1.2国内外研究现状 1.3论文的主要工作 第2章 卫星姿态动力学模型 10 2.1引言 10 2.2卫星姿态的描述 10 2.2.1欧拉角 10 2.2.2四元数法 12 2.3卫星姿态运动学方程 15 2.4卫星姿态动力学方程 16 2.5刚体姿态动力学方程 17 2.6本章小结 19 三章卫星轨道动力学模型 19 3.1引言 19 3.2轨道的运动方程 21 3.3运行轨道 23 3.4航天器轨道的确定 25 3.4.1由r,v 确定轨道根数 ........... 3.4.2由「1,「2和飞行时间确定轨道根 数 25 26 3.5本章小结 ....... 第4章卫星仰角的确定 28 28 4.1惯性坐标系 28 4.2地球坐标系 29 4.3站心坐标系与卫星仰角的确定 32 .35
哈尔滨工程大学 2 5.1引言 5.2.1 GPS 电离层延时计算 第5章 卫星仰角对时间比对的影响 36 5.2卫星仰角对信号穿过电离层的影响 38 5.2.2 GLONASS 电离层时延计算 44 5.2.3 Calileo 电离层延时计算 44 5.2.4 COMP ASS 电离层时延计算 45 5.3电离层对时间比对的影响模拟 47 5.4本章小结............................... 第6章 卫星仰角对多普勒频移时间比对影响分析 47 47 6.1引言 47 6.2多普勒频移对时间比对影响分析 49 6.3多普勒频移对时间比对的影响 53 6.4本章小结.. 第七章总结与展望 .53 53 致谢 7.1论文总结 7.2课题展望 参考文献 .5.3 .53 5.3 53 36
加速寿命退化试验设计与数据分析
加速寿命、加速退化试验设计与数据分析加速寿命、加速退化试验是解决高可靠、长寿命产品的可靠性问题的重要手段。目前，加速寿命、加速退化试验已经广泛应用于通讯、电子、能源、电力、汽车等工艺部门，以及航天、航空、兵器、舰船等装备上，甚至有一些企业开展了加速试验以替代部分检验、鉴定试验，由此带来了明显的经济效益。例如，惠普、福特等知名企业相继应用加速寿命试验进行新产品的可靠性增长试验；美国波音公司1994年就开始在777飞机研制过程中采用了加速寿命试验方法；美国航天工业采用加速寿命试验进行了卫星整星和导弹舱段试验；美国空军ROME试验室对412L飞行器的警报与控制系统进行了加速寿命试验，把加速寿命试验当作导弹武器装备的一种寿命预测技术，利用加速技术提供48个月使用寿命预报。这些企业在研究应用加速寿命试验过程中，一方面是解决高可靠、长寿命产品的可靠性增长、评估问题，另一方面，缩短产品研发周期，节约产品研发成本，在产品的市场竞争方面，抢占先机。 我国的加速寿命、加速退化试验也取得了长足发展。例如，我国航天工业放马，在月球车驱动系统、航天连接器等设备采用了综合应力加速寿命试验，进行了加速寿命试验，取得了良好的应用效果。 但是，加速寿命、加速退化试验工作实施过程中，需要涉及试验方案的设计、数据处理问题。如果试验方案设计不合理，数据处理与分析工作不到位，那么试验效果将大打折扣。加速寿命、加速退化试验工作涉及到敏感应力选择、加速模型选取、应力设计、样本分配、测量参数设计，以及后续完整、系统性的数据处理分析工作。这里以某设备为例，使用可靠性设计分析系统PosVim的加速寿命试验设计与分析功能模块，简单讲讲该设备的加速寿命试验设计与数据分析。
Planet遥感卫星数据介绍及应用案例
Planet 与SkySat 遥感卫星 数据介绍及应用案例
目 录 目 录.................................................................................................................................. I 1. Planet与SkySat遥感卫星数据.. (1) 1.1 Planet卫星星群简介 (3) 1.1.1 Planet卫星传感器参数 (3) 1.1.2 Planet卫星特点 (3) 1.1.3 Planet卫星影像产品 (4) 1.1.4 Planet数据样图 (7) 1.2 SkySat卫星简介 (9) 1.2.1 Skysat卫星星座参数 (9) 1.2.2 Skysat卫星特点 (9) 1.2.3 Skysat卫星图像产品 (10) 1.2.4 Skysat样图 (14) 1.3 Planet镶嵌底图产品 (15) 1.3.1 Planet镶嵌底图产品简介 (15) 1.3.2 Planet镶嵌底图参数 (15) 1.3.3 Planet镶嵌底图数据处理方法建议 (16) 1.3.4 Planet镶嵌底图样图 (17) 2.Planet和SkySat遥感影像数据应用案例 (19) 2.1 农业 (19) 2.1.1 农作物资源监测 (19) 2.1.2 作物长势监测 (21) 2.1.3 其它应用方向 (21) 2.2森林&草原 (21) 2.2.1 森林砍伐监测 (21) 2.2.2 草原火灾监测 (22) 2.2.3 其它应用方向 (23) 2.3 能源 (23) I
常见的遥感卫星的介绍及具体参数
常见的遥感卫星的介绍及具体参数 遥感卫星(remote sensing satellite )用作外层空间遥感平台的人造卫星。用卫星作为平台的遥感技术称为卫星遥感。通常，遥感卫星可在轨道上运行数年。卫星轨道可根据需要来确定。遥感卫星能在规定的时间内覆盖整个地球或指定的任何区域，当沿地球同步轨道运行时，它能连续地对地球表面某指定地域进行遥感。所有的遥感卫星都需要有遥感卫星地面站，卫星获得的图像数据通过无线电波传输到地面站，地面站发出指令以控制卫星运行和工作。以下列出较为常见的遥感卫星: 一、Landsat卫星 美国NASA的陆地卫星(Landsat)计划(1975年前称为地球资源技术卫星——ERTS )，从1972年7月23日以来，已发射7颗（第6颗发射失败）。目前Landsat1—4均相继失效，Landsat 5仍在超期运行（从1984年3月1日发射至今）。Landsat 7于1999年4月15日发射升空。其常见的遥感扫描影像类型有MMS影像、TM图像。 （一）、MSS影像 MSS影像为多光谱扫描仪（MultiSpectral Scanner）获取的图像，第一颗至第三颗地球卫星（Landsat）上反光束导管摄像机获取的三个波段摄影相片分别称为第1、2、3波段，多光谱扫描仪有4个波段获取的扫描影像被命名为4、5、6、7波段，两个波段为可见光波段，两个波段为近红外波段，此外，第三颗地球卫星上还供有热红外波段影像，这个影像称为第8波段，但使用不久，就因为一起的问题二关闭了。 表 1 ：Landsat上MSS波段参数
(二)、TM影像 TM影像是指美国陆地卫星4～5号专题制图仪（thematic mapper）所获取的多波段扫描影像。 影像空间分辨率除热红外波段为120米外，其余均为30米，像幅185×185公里2。每波段像元数达61662个（TM-6为15422个）。一景TM影像总信息量为230兆字节），约相当于MSS影像的7倍。 因TM影像具较高空间分辨率、波谱分辨率、极为丰富的信息量和较高定位精度，成为20世纪80年代中后期得到世界各国广泛应用的重要的地球资源与环境遥感数据源。能满足有关农、林、水、土、地质、地理、测绘、区域规划、环境监测等专题分析和编制1∶10万或更小比例尺专题图，修测中大比例尺地图的要求。 表 2 ：Landsat上TM波段参数 （三）、ETM 1999年4月15日，美国发射了Landsat-7，它采用了增强-加型专题绘图仪（ETM）遥感器来获取地球表层信息，它与TM的区别在于增加了全色波段，分辨率为15米，并改进了热红外波段影像的分辨率。
BGAN卫星数据传输业务简介
BGAN卫星数据传输业务简介
BGAN卫星数据传输业务简介 前言 我国地域广阔，地形复杂，地理环境多样。虽然地面通信网发展迅速，覆盖面积不断扩大，但是，受到地形和人口分布等客观因素的限制，地面固定通信网和移动通信网不可能实现在全国各地全覆盖，在中国有60％左右的地区是地面通信网盲区，通信的困难甚至成为人们生存的障碍。这一问题现在不可能解决，而且在将来的几年甚至几十年也很难得以解决，主要是由于这些地区地形地势复杂，建立通信网络耗资大、效益低，建设周期长，维护难等因素制约。相比较而言，卫星移动通信可以快捷、经济的解决这些地方的通信问题，满足人们对通信的需求。这就为卫星移动通信提供了广阔的市场。卫星移动通信网将为这些地区生活工作的人们提供服务，也为那些国际、国内旅游者，商业、企业要员以及特殊行业，如勘探、抢险、救灾及环保等工作的人们提供极大的方便。在应急事件的通信处理上，移动卫星通信系统已经发挥出相当的优势。
海事卫星BGAN系统简介 BGAN是国际海事卫星组织所主导的宽频全球区域网络系统( broadband global area network system )的第四代的卫星通信系统。新卫星不仅支持BGAN宽带业务，还将继续支持目前工作在第三代卫星上的全部数字业务和Inmarsat区域性中等带宽的RBGAN 业务，以保持业务的连续性和平滑过渡。 第四代“国际海事卫星”综合了高低端多种业务模式，采用高效的频率复用技术，在有限L 波段的带宽资源情况下，实现了容量和多样化的选择，它可支持全新的全球宽带局域网业务，提供至少10倍于“国际海事卫星”现有网络的通信容量。该卫星BGAN业务可为全球几乎任何地方的用户提供速度达到 492kbit/s 的网络数据传输、移动视频、视频会议、传真、电子邮件、局域网接入，并为用户提供短信、语音信箱、来电显示、呼叫转移、呼叫等待、呼叫保持、电话会议、限制用户组、呼叫限制、预付费等多种附加功能。BGAN是一个3GPP 包交换和电路交换的网络，兼容第3代（3G）手机系统，其所有提供
遥感卫星数据介绍和样例数据下载
北京揽宇方圆信息技术有限公司 遥感卫星数据介绍和样例数据下载 下面各遥感卫星影像数据样例下载 链接：https://https://www.wendangku.net/doc/bf15936089.html,/s/1oG0XtspXWDTC5FstpKX9tA 提取码：联系北京揽宇方圆遥感影像部 中国： superview-01/02/03/04(全色分辨率0.5米+多光谱分辨率2.0米） 北京二号-01/02/03（全色分辨率0.8米+多光谱分辨率3.2米） GF2（全色分辨率0.8米+多光谱分辨率3.2米） GF1/GF6（全色分辨率2米+多光谱分辨率8米） 资源三号01（正视2.1米、前后视3.5米+多光谱分辨率5.8米） 资源三号02（正视2.1米、前后视2.5米+多光谱分辨率5.8米） 北京一号（全色分辨率4米+多光谱分辨率32米）（05-10存档） 资源一号02C（全色分辨率5米+多光谱分辨率10米） 环境1A/1B（多光谱30米，超光谱100米） 美国：
1.DigitalGlobe: WorldView-3/4（全色分辨率0.31米+多光谱分辨率1.24米） WorldView2（全色分辨率0.46米+多光谱分辨率1.85米）WorldView1（全色分辨率0.5米+无多光谱分辨率） GeoEye-1（全色分辨率0.41米+多光谱分辨率1.65米） QiuckBird（全色分辨率0.61米+多光谱分辨率2.44米） IKonos（全色分辨率0.82米+多光谱分辨率3.2米） 2.PlanetLabs: SkySat1-13（全色分辨率0.8米+多光谱分辨率1米） Planetscope(多光谱分辨率3-4米） 3.锁眼卫星keyhole: KH（全色分辨率0.6-100米） 法国： Airbus： SPOT1-4（全色分辨率10米+多光谱分辨率20米） SPOT5（全色分辨率2.5米+多光谱分辨率10米、短波红外20米） SPOT6-7（全色分辨率1.5米+多光谱分辨率6米） Pleiades-1A/1B（全色分辨率0.5米+多光谱分辨率2米） 德国：
卫星数据介绍解析
关于TM、ETM+数据(2009-03-05 11:22:05) 标签：tm波段组合it分类：RS(遥感) 各个波段的特征 B1 为蓝色波段，该波段位于水体衰减系数最小的部位，对水体的穿透力最大，用于判别水深，研究浅海水下地形、水体浑浊度等，进行水系及浅海水域制图； B2 为绿色波段，该波段位于绿色植物的反射峰附近，对健康茂盛植物反射敏感，可以识别植物类别和评价植物生产力，对水体具有一定的穿透力，可反映水下地形、沙洲、沿岸沙坝等特征； B3 为红波段，该波段位于叶绿素的主要吸收带，可用于区分植物类型、覆盖度、判断植物生长状况等，此外该波段对裸露地表、植被、岩性、地层、构造、地貌、水文等特征均可提供丰富的植物信息； B4 为近红外波段，该波段位于植物的高反射区，反映了大量的植物信息，多用于植物的识别、分类，同时它也位于水体的强吸收区，用于勾绘水体边界，识别与水有关的地质构造、地貌等； B5 为短波红外波段，该波段位于两个水体吸收带之间，对植物和土壤水分含量敏感，从而提高了区分作物的能力，此外，在该波段上雪比云的反射率低，两者易于区分，B5 的信息量大，应用率较高； B6 为热红外波段，该波段对地物热量辐射敏感，根据辐射热差异可用于作物与森林区分、水体、岩石等地表特征识别； B7 为短波外波段，波长比 B5 大，是专为地质调查追加的波段，该波段对岩石、特定矿物反应敏感，用于区分主要岩石类型、岩石水热蚀变，探测与交代岩石有关的粘土矿物等； B8 为全色波段（Pan），该波段为 Landsat-7 新增波段，它覆盖的光谱范围较广，空间分辨率较其他波段高，因而多用于获取地面的几何特征。 ============================= 波段组合： TM321（RGB）：均是可见光波段，合成结果接近自然色彩。对浅水透视效果好，可用于监测水体的浊度、含沙量、水体沉淀物质形成的絮状物、水底地形。一般而言：深水深兰色；浅水浅兰色；水体悬浮物是絮状影象；健康植被绿色；土壤棕色或褐色。可用于水库、河口及海岸带研究，但对水陆分界的划分不合适。这种RGB组合模拟出一副自然色的图象。有时用于海岸线的研究和烟柱的探测。 TM453（RGB）：2个红外波段、1个红色波段。对内陆湖泊及河流分辨清楚。植被类型及长势可由棕、绿、 橙、黄等色调分别。能区分土壤含水量（水分越多则越暗）。用于土壤湿度和植被状况的分析。也很好的用于内陆水体和陆地/水体边界的确定。 TM742（RGB）：植被基本都是绿色，城市呈现品红色或紫色，草地淡绿色，森林深绿色（针叶林色调比阔 叶林暗）。能区分土壤和植被的含水量。适用于水/陆边界划分、土/植被边界划分，但不适于植被分类。土壤和植被湿度内容分析；内陆水体定位。植被显示为绿色的阴影。
卫星数据格式介绍
nmea数据如下： $GPGGA,121252.000,3937.3032,N,11611.6046,E,1,05,2.0,45.9,M,-5.7,M,,0000*77 $GPRMC,121252.000,A,3958.3032,N,11629.6046,E,15.15,359.95,070306,,,A*54 $GPVTG,359.95,T,,M,15.15,N,28.0,K,A*04 $GPGGA,121253.000,3937.3090,N,11611.6057,E,1,06,1.2,44.6,M,-5.7,M,,0000*72 $GPGSA,A,3,14,15,05,22,18,26,,,,,,,2.1,1.2,1.7*3D $GPGSV,3,3,10,29,07,074,,30,07,163,28*7D 注：NMEA0183格式以“$”开始，主要语句有 GPGGA,GPRMC,GPGSA,GPGSV,GPVTG，GPZDA等 1、 GPS DOP and Active Satellites（GSA）当前卫星信息 $GPGSA,<1>,<2>,<3>,<4>,,,,,<12>,<13>,<14>,<15>,<16>,<17>,<18>
卫星数据参数介绍
ASTER数据简介 TERRA卫星于1999年12月从范登堡空军基地发射升空，与太阳同步，从北向南每天上午(AM)飞经赤道上空。所以TERRA之前也有人称之为上午星（AM-1）。其设计寿命为5年。 ASTER是美国NASA（宇航局）与日本METI（经贸及工业部）合作并有两国的科学界、工业界积极参与的项目。它是Terra卫星上的一种高级光学传感器，包括了从可见光到热红外共14个光谱通道，可以为多个相关的地球环境资源研究领域提供科学、实用的卫星数据。其主要情况介绍如下： 一、Terra卫星的主要参数 ●轨道：太阳同步，降交点时刻：10:30 am； ●卫星高度：705公里； ●轨道倾角：98.2±0.15°； ●重复周期：16天（绕地球233圈/16天）； ●在赤道上相邻轨道之间的距离：172公里； 二、ASTER传感器 Ⅰ.ASTER传感器有3个谱段： 可见光近红外（VNIR）： ●波长：3个波段向星下，及一个后视单波段（可用于立体象对观测） 波段范围量化等级 Band 1 0.52~0.60m 8bits Band 2 0.63~0.69m 8bits Band 3 0.76~0.86m 8bits 立体后视波段0.76~0.86m 8bits ●空间分辨率：15米 ●辐射分辨率： NE≤0.5％ ●绝对辐射精度：±4% ●立体成像后视角：27.6° ●侧视角：±24°（垂直轨道方向） ●瞬时视场：21.3μrad(天底方向)
18.6μrad(后视方向) ●立体成像基高比：0.6 ●探测器：5000象元（任意时刻实际使用为4100象元） ●扫描周期：2.2msce ● MTF：〉0.25（横轨方向） 〉0.25（沿轨方向） 短波红外（SWIR） ●波长：6个波段，1.60-2.43μm 波段范围辐射分辨率量化等级 Band ４ 1.600~1.700m 0.5% NE8bits Band ５ 2.145~2.185m 1.3% NE8bits Band ６ 2.185~2.225m 1.3% NE8bits Band ７ 2.235~2.285m 1.3% NE8bits Band ８ 2.295~2.365m 1.0% NE8bits Band ９ 2.360~2.430m 1.3% NE8bits ●空间分辨率：30米 ●辐射分辨率：NE≤0.5％-1.5% ●绝对辐射精度：±4% ●侧视角：±8.55°（垂直轨道方向） ●瞬时视场：42.6μrad ●探测器：2048象元/band ●扫描周期：4.398msec ● MTF：〉0.25（横轨方向） 〉0.20（沿轨方向） 热红外（TIR） ●波长：5波段，8.125∽11.65μm 波段范围量化等级 Band 10 8.125~8.475m 12bits Band 11 8.475~8.825m 12bits Band 12 8.925~9.275m 12bits Band 13 10.25~10.95m 12bits Band 14 10.95~11.65m 12bits
ALOS-2卫星影像数据的详细介绍
北京揽宇方圆信息技术有限公司 ALOS-2卫星影像数据的详细介绍 卫星概要： 2014年5月24日JAXA宇宙航空研究开发机构于种子岛宇宙中心12时5分14秒成功发射了陆地观测技术卫星ALOS-2。 ALOS-2是唯一一个利用L波段频率的高分辨率机载合成孔径雷达，它能很好的用于监测地壳运动和地球环境，能够不受气候条件和时间的影响获得观测数据。1-3米的高分辨率，在地球观测卫星上的L波段合成孔径雷达领域中位居世界第一。利用如此高的分辨率，ALOS-2卫星能够达到把握灾害状况、农林渔 业、海洋观测、资源勘探等多个目的。 卫星特点： ▉可以拍摄地球上大范围的地区 PALSAR-2的天线面位于卫星的正下方，由于观测时卫星可以左右倾斜，无论左侧还是右侧都可以观测到，观测幅度为2,320km，大约是ALOS的3倍。“扫描模式”实现了比ALOS/PALSAR的350km更大的490km的观测范围。在绕地球一周的约100分钟里，有48分钟的观测时间，这也是ALOS—2的优势所在。 ▉观测模式不同，分辨率/观测范围的变化 ALOS-2可以选择3个类型的观测模式： 高分辨率1m×3m的“聚束模式”（观测范围25km）， 分辨率3m~10m的“条带模式”（观测范围50~70km）， 观测大范围的“扫描模式”（分辨率60~100m，观测范围350~490km）。
黄色带：扫描模式（观测范围：490km） 红色带：扫描模式（观测范围：350km） 绿色带：条带（10m）模式（观测范围：50km） 桃色带：条带（3m/6m）模式（观测范围：50km） ▉可以全天候进行详细的观测 合成孔径雷达不受昼夜、气候影响，穿透云雨进行拍摄。 ▉应对灾害时的迅速观测 灾害发生时，需要迅速采取应对措施。ALOS—2可以利用卫星左右两翼进行拍摄，周期时间大幅缩短（迅速穿过应观测场所），由于加强了数据传输能力，迅速观测成为可能。日本国内发生紧急灾害观测时，最短2个小时，最长12小时之内就可以得到灾害图像。 技术参数： 拍摄模式：
常见的遥感卫星的介绍及具体参数
常见的遥感卫星的介绍及具体参数 遥感卫星 (remote sensing satellite )用作外层空间遥感平台的人造卫星。用卫星作为平台的遥感技术称为卫星遥感。通常，遥感卫星可在轨道上运行数年。卫星轨道可根据需要来确定。遥感卫星能在规定的时间覆盖整个地球或指定的任何区域，当沿地球同步轨道运行时，它能连续地对地球表面某指定地域进行遥感。所有的遥感卫星都需要有遥感卫星地面站，卫星获得的图像数据通过无线电波传输到地面站，地面站发出指令以控制卫星运行和工作。以下列出较为常见的遥感卫星: 一、Landsat卫星 美国NASA的陆地卫星(Landsat)计划(1975年前称为地球资源技术卫星——ERTS )，从1972年7月23日以来，已发射7颗（第6颗发射失败）。目前Landsat1—4均相继失效，Landsat 5仍在超期运行（从1984年3月1日发射至今）。 Landsat 7于1999年4月15日发射升空。其常见的遥感扫描影像类型有MMS影像、TM图像。 （一）、MSS影像 MSS影像为多光谱扫描仪（MultiSpectral Scanner）获取的图像，第一颗至第三颗地球卫星（Landsat）上反光束导管摄像机获取的三个波段摄影相片分别称为第1、2、3波段，多光谱扫描仪有4个波段获取的扫描影像被命名为4、5、6、7波段，两个波段为可见光波段，两个波段为近红外波段，此外，第三颗地球卫星上还供有热红外波段影像，这个影像称为第8波段，但使用不久，就因为一起的问题二关闭了。 表 1 ：Landsat上MSS波段参数
(二)、TM影像 TM影像是指美国陆地卫星4～5号专题制图仪（thematic mapper）所获取的多波段扫描影像。 影像空间分辨率除热红外波段为120米外，其余均为30米，像幅185×185公里2。每波段像元数达61662个（TM-6为15422个）。一景TM影像总信息量为230兆字节），约相当于MSS影像的7倍。 因TM影像具较高空间分辨率、波谱分辨率、极为丰富的信息量和较高定位精度，成为20世纪80年代中后期得到世界各国广泛应用的重要的地球资源与环境遥感数据源。能满足有关农、林、水、土、地质、地理、测绘、区域规划、环境监测等专题分析和编制1∶10万或更小比例尺专题图，修测比例尺地图的要求。 表 2 ：Landsat上TM波段参数 （三）、ETM 1999年4月15日，美国发射了Landsat-7，它采用了增强-加型专题绘图仪（ETM）遥感器来获取地球表层信息，它与TM的区别在于增加了全色波段，分辨率为15米，并改进了热红外波段影像的分辨率。