第二章坐标系统和时间系统2

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1、第二章坐标系统和时间系统2.1天球坐标系2.2地球坐标系2.3WGS-84坐标系和我国大地坐标系2.4时间系统1、了解参心坐标系的概念；2、熟悉我国所采用过的大地坐标系统；3、了解与参心坐标系建立相关的概念；4、了解地心坐标系建立的意义和方法；5、了解地心坐标系的参数；6、熟悉WGS-84大地坐标系统；7、了解天球坐标系建立的意义和方法；8、GPS时间系统。GPS定位所采用的坐标系与经典测量的坐标系的特点GPS卫星的运行是建立在地球与卫星之间的万有引力基础上的，而经典大地测量主要是以儿何原理为基础的，因

2、而GPS定位中采用的地球坐标系的原点与经典大地测量坐标系的原点不同。经典大地测量是根据本国的大地测量数据进行参考椭球体定位，以此参考椭球体中心为原点建立坐标系，称为参心坐标系。而GPS定位的地球坐标系原点在地球的质量中心，称为地心坐标系。因而进行GPS测量，常需进行地心坐标系与参心坐标系的转换。空间直角坐标系§2.1天球坐标系一、天球的基本概念天球一一以地心为球心，以任意长为半径的球面。天轴一一地球自转轴的延伸直线为天轴。天极一一天轴与天球的交点Pn北天极Ps南天极称为天极。天球赤道面一一过球心且与天轴

3、垂直的平面。黄道面一一地球公转轨道所在平面，与赤道面夹角为23.5°o春分点一一太阳从南半球向北半球运行时，黄道与赤道的交点。二、天球坐标系的概念1）天球空间直角坐标系原点：地球质量中心z轴:指向北天极PnX轴：指向春分点Y轴：与X、Z轴构成右手坐标系2）天球球面坐标系原点：地球质量中心赤经天体子午面与春分点子午面的夹角赤纬S:天体与地心连线和天球赤道面的夹角向径r：天体到地心的距离三、空间直角坐标系与球面坐标系的转换四、协议天球坐标系1、产生岁差与章动的原因在日、月和其他天体引力作用产生力矩。从而使地

4、球自转轴的方向在惯性空间缓慢地移动。可以将运动分解为一个长周期变化和一系列短周期变化的叠加。地球自转轴的长周期变化约25800年绕黄极一周。使春分点产生每年约50.26〃的长期变化，称之为日月岁差。一系列短日、月周期变化中幅值最大的约为9・2〃，周期为18.6年，这些短周期变化统称为章动。结果：自转轴绕着北黄极缓慢地旋转（天极运动）；春分点变化（黄道与赤道的交点）。天文学中把天极运动分解为：一种长周期运动一一岁差；一种短周期运动一一章动。协议天球坐标系（CIS）协议天球坐标系瞬吋（真）天球坐标系间的关系

5、进行岁差和章动改止天体坐标系§2.2地球坐标系统一、地球坐标系1、地球直角坐标系原点0与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向地球赤道面与格林尼治子午面的交点，Y轴在赤道平面里与X0Z构成右手坐标系。2、地球大地坐标系地球椭球的中心与地球质心重合椭球的短轴与地球口转轴重合。空间点位置在该坐标系中表述为（L,B,H）。二、直角坐标系与大地坐标系参数间的转换三、协议地球坐标系1、固定极地球坐标系与平地球坐标系（1）极移：地球瞬时口转轴在地球上随时间而变，称为地极移动，简称极移。产生原因：受到地球内质量不均

6、匀影响而在地球体内部运动。（2）瞬时极：与观测瞬间相对应的自转轴所处的位置，称为该瞬时的地球极轴，相应的极点称为瞬时极。（3）国际协定原点CIO：采用国际上5个纬度服务站的资料，以球自转轴瞬时位置的平均位置作为地球的固定极称为国际协定原点CIOo经度零点的问题早期的经度零点1884,美，华盛顿国际经度会议定义：通过英国Greenwich天文台Airy仪中心的了午线为全球统一的起始了午线。起始了午线与赤道的交点称为天文经度零点。受板块运动、局部地壳运动和极移的影响2、平地球坐标系取平地极为原点，z轴指向C

7、IO,x轴指向协定赤道面与格林尼治子午线的交点，y轴指向经度270度的方向,与xoz构成右手系统而成的坐标系统称为平地球坐标系。平地球坐标系与瞬时地球坐标系的转换公式：转换公式3、瞬时极（真）天球坐标系与地球坐标系瞬时极（真）天球坐标系：原点位于地球质心，z轴指向瞬时地球自转方向（真天极），x轴指向瞬吋春分点（真春分戍，y轴按构成右手坐标系取向。瞬时极（真）地球坐标系：原点位于地球质心，刁轴指向U舜时地球自转轴方向，x轴指向瞬时赤道面和包含瞬时地球自转轴与平均天文台赤道参考点的子午面Z交点，y轴构成右手

8、坐标系取向。瞬吋极天球坐标系与瞬时极地球坐标系的转换关系为：在GPS测量中，为确定地面点的位置，需要将GPS卫星在协议天球坐标系中的坐标转换为协议地球坐标系中的坐标，转换步骤为：协议天球坐标系一一瞬时平天球坐标系一一瞬时天球坐标系瞬时地球坐标系协议地球坐标系。4、协议天球坐标系到协议地球坐标系的转换思考题2.什么是岁差和章动?北天极在天球上是怎样运动的？§2.3WGS-84坐标系和我国大地坐标系§2.3WGS-84坐标系和我国大地坐标系一、