本书以卫星定轨基本理论与方法为主要研究对象，将定轨理论与导航卫星定轨实践相结合，希望能为广大读者提供一定参考。本书首先对定轨基本概念、作用意义与发展历程进行综述，并在此基础上，介绍定轨中常用的时空系统和定轨观测量。而后，按照两条主线介绍卫星定轨技术：一是初轨确定，在介绍二体问题的基础上，重点介绍拉普拉斯方法和高斯方法两类典型初轨确定方法；二是轨道改进，突出与初轨确定的主要不同，重点介绍卫星受摄运动及受摄运动方程解算方法，并在此基础上，给出轨道改进的基本原理。最后，以导航卫星定轨为牵引，介绍定轨理论的具体应用。
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2004.09-2008.06 信息工程大学，导航工程，本科
2008.09-2011.06 信息工程大学，导航、制导与控制，硕士
2011.09-2014.06 信息工程大学，测绘科学与技术，博士
2014.09-2018.12 信息工程大学，讲师
2018.12至今 信息工程大学，副教授
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 卫星定轨基本概念 1
1.1.1 卫星 1
1.1.2 卫星定轨 2
1.2 卫星定轨的作用及意义 3
1.3 卫星定轨技术发展历程 4
1.3.1 探索起步阶段（1957 年以前） 4
1.3.2 日渐成熟阶段（20 世纪60～80 年代） 5
1.3.3 蓬勃发展阶段（20 世纪90 年代至今） 7
1.4 本书结构 12
第2章 定轨时空系统 14
2.1 时间系统 14
2.1.1 时间尺度 14
2.1.2 协调世界时 15
2.1.3 GNSS系统时 17
2.1.4 地球时 20
2.1.5 时间系统间的转换 21
2.2 空间坐标系 21
2.2.1 协议天球参考系 22
2.2.2 协议地球参考系 23
2.2.3 天球参考系与地球参考系之间的转换 24
2.2.4 地球定向参数 28
2.2.5 GNSS坐标系统 29
2.2.6 站心地平坐标系 30
2.3 计算单位 30
2.3.1 国际标准单位 31
2.3.2 人卫单位 31
第3章 定轨观测量 32
3.1 导航系统观测量 32
3.1.1 基本观测量 32
3.1.2 观测量组合 32
3.1.3 观测量组差 36
3.1.4 载波相位平滑伪距 37
3.2 其他定轨观测量 38
3.2.1 雷达跟踪系统 38
3.2.2 精密测距测速系统 38
3.2.3 星基多普勒轨道和无线电定位组合系统 39
3.2.4 跟踪与数据中继卫星系统 39
3.2.5 统一S 波段航天测控网 40
3.2.6 卫星激光测距 40
3.2.7 转发式测距 41
第4章 二体问题 42
4.1 椭圆运动和几何状态量 42
4.1.1 开普勒轨道根数 42
4.1.2 开普勒方程 44
4.1.3 根数运动微分方程及其求解 46
4.1.4 开普勒根数的奇点问题 47
4.2 万有引力定律和物理状态量 47
4.2.1 物理状态量及其状态微分方程 47
4.2.2 两个守恒定律 48
4.2.3 平面内的轨道积分 49
4.3 两类状态量的相互转换 50
4.3.1 星历计算 50
4.3.2 轨道计算 51
4.4 卫星的视运动 53
4.4.1 星下点轨迹 53
4.4.2 星下点轨迹与轨道根数 54
4.4.3 覆盖角 56
4.4.4 卫星的可见性 57
第5章 初轨确定 59
5.1 拉格朗日系数法 59
5.1.1 拉格朗日系数 59
5.1.2 拉格朗日系数的表达式 60
5.2 拉普拉斯方法 63
5.2.1 观测模型 63
5.2.2 求解方法 64
5.3 高斯方法 65
第6章 卫星受摄运动 68
6.1 受摄运动概述 68
6.2 受摄运动方程 69
6.2.1 摄动运动方程的建立 69
6.2.2 摄动运动方程的形式 70
6.2.3 奇点问题及处理 72
6.3 摄动力 74
6.3.1 地球非球形引力 74
6.3.2 第三体引力摄动 76
6.3.3 大气阻力 77
6.3.4 太阳光压 80
6.3.5 其他摄动力 83
第7章 受摄运动方程解算 86
7.1 分析解法 86
7.1.1 小参数幂级数解法 86
7.1.2 平均根数法 89
7.1.3 扁率摄动解 95
7.2 数值解法 99
7.2.1 问题描述 99
7.2.2 单步法 100
7.2.3 多步法 102
第8章 卫星轨道改进 108
8.1 动力学模型 108
8.1.1 卫星运动方程 108
8.1.2 变分方程 109
8.1.3 轨道积分 110
8.2 观测模型 111
8.3 参数估计方法 112
8.3.1 加权最小二乘方法 112
8.3.2 扩展卡尔曼滤波方法 112
8.4 轨道精度评估方法 114
8.4.1 内符合精度评估 114
8.4.2 外符合精度评估 116
第9章 定轨理论应用 117
9.1 导航卫星几何法定轨 117
9.1.1 基本原理 117
9.1.2 实验分析 121
9.2 导航卫星单星短弧法定轨 128
9.2.1 基本原理 129
9.2.2 实验分析 134
9.3 导航卫星星座精密定轨 143
9.3.1 基本原理 144
9.3.2 实验分析 145
9.4 广播星历设计及星历参数拟合 148
9.4.1 卫星星历参数定义 148
9.4.2 北斗系统星历用户算法 150
9.4.3 北斗卫星星历参数拟合方法 152
主要参考文献 158
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