GPS测量原理与应用 第二章 坐标系统与时间系统

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1、第二章坐标系统与时间系统§2-1天球坐标系与地球坐标系概述：1．点的位置是用坐标来表示的，通过坐标系统得以实现。2．目前有两种不同的坐标系统：地球坐标系和天球坐标系。3．定义一个空间直角坐标系必须明确：①原点位置；②坐标轴方向；③长度单位。一、天球坐标系1.天球的基本概念：天球、天极、天球赤道、天球子午圈、时圈、黄道、黄赤交角、春分点、黄极、岁差与章动2.天球坐标系的建立1）天球空间直角坐标系2）天球球面坐标系天球基本概念（1）天球：我们把以地球M为中心，以无穷远的距离为半径所形成的球称作天球。天极：地球自转的中心轴线简称地轴，将其延伸就是天轴，天轴与天球的交点

2、称为天极，Pn在北称作北天极，PS，在南称作南天极。天球赤道：通过地球质心M与地轴垂直的平面称为天球赤道面，天球赤道面与天球相交的大圆就称为天球赤道。时圈：包含地轴的平面与天球相交的大圆称为时圈。显然，时圈也是一个子午圈。黄道：地球绕太阳公转的轨道平面称为黄道面，它与天球相交的大圆称为黄道。它就是当地球绕太阳公转时，观测者所看到的太阳在天球上运动的轨迹。黄赤交角：天球赤道面与黄道面的交角ε约为23．5°，称为黄赤交角。天球基本概念（2）天球基本概念（3）春分点：天球赤道与黄道的交点称为春分点。黄极：过天球中心垂直于黄道面的直线与天球的交点称为黄极，Пn在北称为北

3、黄极，Пs在南称为南黄极。岁差与章动：在外力的作用下，地球的自转轴在空间的指向并不保持固定的方向，而是不断发生变化。其中地轴的长期运动称为岁差，而周期运动称为章动。岁差和章动引起天极和春分点位置相对恒星的变化。天球基本概念（4）天球子午圈：包含天轴的平面均称天球子午面，天球子午面与天球相交的大圆称为天球子午圈。天球球面坐标系与天球空间直角坐标系1.天球空间直角坐标系：原点位于地球质心M，Z轴指向天球北极Pn，X轴指向春分点γ，Y轴与Z、X轴构成右手坐标系。2.天球球面坐标系：原点位于地球质心M，赤经α为过春分点的天球子午面之间的夹角，赤纬为原点M和天体S的连线与

4、天球赤道面之间的夹角，向径长度r为原点M至天体S之间的距离。GPS坐标系统构成GPS坐标系地球坐标系天球坐标系参心坐标系地心坐标系天球空间直角坐标系天球球面坐标系二、地球坐标系1．参心坐标系建立一个参心大地坐标系，必须解决以下问题：(1)确定椭球的形状和大小；(2)确定椭球中心的位置，简称定位；(3)确定椭球中心为原点的空间直角坐标系坐标轴的方向，简称定向；(4)确定大地原点。我国几种常用参心坐标系：BJZ54、GDZ802．地心坐标系地心坐标系分为地心空间大地直角坐标系和地心大地坐标系等。地心空间大地直角坐标系又可分为地心空间大地平面直角坐标系和空间大地舜时直

5、角坐标系。1）建立地心坐标系的意义：2）建立地心坐标系的最理想方法是采用空间大地测量的方法。3）地心坐标系的表述形式地心坐标系的表述形式地心直角坐标系的定义：原点O与地球质心重合；Z轴指向国际协议原点CIO，X轴指向1968BIH定义的格林尼治平均天文台的起始子午线与CIO的赤道交点E，Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系，点的坐标分别用XD、YD、ZD表示。地心大地坐标系的定义：地球椭球的中心与地球质心重合，椭球的短轴与地球自转轴重合，大地纬度B为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角，大地经度L为过地面点的椭球子午面与BIH定义的起始大地子午面之间的夹角，大地高

6、H为地面点沿椭球面法线至椭球面的距离。§2-2WGS84坐标系和我国大地坐标系1、WGS一84大地坐标系WGS-84坐标系统的全称是WorldGeodicalSystem-84（世界大地坐标系-84），它是一个地心地固坐标系统。WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当时GPS所采用的坐标系统―WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。WGS84坐标系WGS一84坐标系的几何定义是：坐标系的原点是地球的质心，Z轴指向BIHl984．0定义的协议地球极(CTP)方向，X轴指向BIHl984．0的零度子午面和CTP赤道的交点，y轴和Z

7、、X轴构成右手坐标系。如图所示。WGS84坐标图2、国家大地坐标系●1954年北京坐标系●1980年国家大地坐标系●2000国家大地坐标系（ChinaGeodeticCoordinateSystem2000简称CGCS2000）中国自2008年7月1日起启用2000国家大地坐标系。CGCS2000定义：是右手地固直角坐标系。原点在地心，Z轴为国际地球旋转局（IERS）参考极（IRP）方向，X轴为IERS的参考子午面（IRM）与垂直于Z轴的赤道面的交线，Y轴Z轴和X轴构成右手正交坐标系。3、地方独立坐标系4、ITRF坐标框架5、PZ90坐标系GLONASS卫星导航

8、系统采用PZ-90坐标系