GPS测量原理与应用讲义ppt课件.ppt

《GPS测量原理与应用讲义ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第一讲：GPS概述及理论基础（续）（TheSummarizationandBasicTheoryofGPS）内容（Contents）：1.1GPS概述GPS的产生GPS系统的组成GPS的定位特点及优势GPS的应用发展及前景1.2GPS定位基本原理及基础1.2GPS定位基本原理及基础（TheBasicTheoryofGPS）P这样，就有3个问题：（1）如何描述卫星位置？（2）怎样得到卫星与用户之间的相对位置？（观测量）（3）用户位置是怎样得到的？（数据处理）（1）如何描述卫星位置？1.2.1GPS坐标系统1.2.1.1天球坐标系天球坐标系是一种惯性坐标系

2、，其坐标原点和各坐标轴的指向在空间保持不动，可较方便地描述卫星的运行位置和状态。1.2.1.2地球坐标系地球坐标系可用来描述卫星和地面测站的相对位置。1.2.1.1天球坐标系一、天球的基本概念天球——以地心为球心，以任意长为半径的球面。天轴——地球旋转轴。天极——天轴与天球面的交点。Pn、Ps。天球赤道面——过球心且与天轴垂直的平面。黄道面——地球公转轨道所在平面，与赤道面夹角为23.5°。春分点——太阳从南半球向北半球运行时，黄道与赤道的交点。黄极——垂直于黄道平面的直线与天球表面的交点。二、天球坐标系的定义及转换1）天球空间直角坐标系原点：地球质量

3、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α：天体子午面与春分点子午面的夹角赤纬δ：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3）空间直角坐标系与球面坐标系的转换三、岁差与章动日月对地球赤道隆起部分的引力作用，使地球旋转轴在空间的指向发生移动。岁差：假定月球轨道固定，北天极沿圆形轨道绕北黄极的运动叫岁差，春分点每年西移50.26″，周期约为25800年。章动：由月球轨道变化引起的北天极沿椭圆形轨道运动叫章动，椭圆长半径约为9.2″，18.6年一周期。平北天极：不考虑章动的

4、北天极。平春分点。瞬时北天极：绕平北天极18.6年转一周。真春分点。四、协议天球坐标系1）瞬时天球坐标系：z轴指向瞬时北天极，x轴指向瞬时春分点（真春分点）。2）平天球坐标系：z轴指向平北天极，x轴指向平春分点。3）协议天球坐标系1984年1月1日后，取2000年1月15日的平北天极为协议北天极，z轴指向协议北天极的天球坐标系称为协议天球坐标系，x轴指向协议春分点。4）三者的转换：（a）将协议天球坐标系转换为瞬时平天球坐标系（b）将瞬时平天球坐标系转换为瞬时天球坐标系1.2.1.2地球坐标系一、地球坐标系的概念常用的有空间直角坐标系和大地坐标系两种。空

5、间直角坐标系：原点：一般取地球质心；Z轴：指向地球北极；X轴：指向格林威治子午线与地球赤道的交点；Y轴：构成右手坐标系。大地坐标系：大地经度L；大地纬度B；大地高H。空间直角坐标系与大地坐标系的转换N——法线长度，N=a/W；e——地球椭球第一偏心率；Φ——地心纬度，即观测点和地心连线与赤道面的夹角,tanΦ=Z/（X2+Y2）1/2；W=(1-e2sin2B)1/2;R——地心向径，R=（X2+Y2+Z2）1/2。极移轨迹二、协议地球坐标系Z轴指向1900~1905年平均地球北极或其它国际协定的地球北极。应当注意，地极移动与岁差和章动是不同的概念，岁

6、差和章动是指地球自转轴在空间指向的移动，而地极移动则是指地球北极与地面参照物的相对移动。三、地球坐标系与天球坐标系的转换卫星位置用天球坐标系的坐标表示，而测站点位置用地球坐标系的坐标表示，要用卫星坐标求测站坐标，需将天球坐标系的坐标转换成地球坐标系的坐标。转换的步骤是：协议天球坐标系——平天球坐标系——瞬时天球坐标系——瞬时地球坐标系——协议地球坐标系。在转换过程中，因两者的坐标原点一致，故只需多次旋转坐标轴即可。四WGS-84世界大地坐标系GPS定位测量中所采用的协议地球坐标系称为WGS-84世界大地坐标系（WorldGeodeticSystem）。

7、该坐标系由美国国防部研制，自1987年1月10日开始起用。WGS—84坐标系的原点为地球质心M；Z轴指向BIH1984.0定义的协议地极(CTP—ConventionalTerrestrialPole)；X轴指向BIH1984.0定义的零子午面与CTP相应的赤道的交点；Y轴垂直于XMZ平面，且与Z、X轴构成右手系。WGS—84坐标系采用的地球椭球，称为WGS—84椭球，其常数为国际大地测量学与地球物理学联合会(IUGG)第17届大会的推荐值。1.2.2GPS时间系统（TheSystemofGPSTime）一、时间的概念现代测量科技与空间科技紧密结合，测

8、量精度极高。如卫星定轨、飞机和车辆导航、地球自转与公转、研究地壳升降和板块运动等问题，不仅要求