坐标库函数的建立

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1、课程设计课题名称：坐标库函数的建立本文摘要本文比较详细介绍了WGS-84的建立的基本过程，阐述了WGS-84的基本参数、重力场模型以及优化精度的措施；同时本文也介绍了大地坐标、球心坐标、空间直角坐标三个坐标转换关系，以及三个不同坐标系下正常椭球面上及椭球外的重力值。关键词：重力位、索马里安公式、归化纬度、球心纬度目录第一章绪论31、WGS-84坐标系的概述：42、WGS-84坐标系精化：53、WGS-84重力场模型EGM96：64、WGS-84与北京-54和西安-80坐标系的转换：7第二章坐标系的建立及其坐标转换8第一节大地坐标系统及其大地坐标8第二节地心坐标系统及其地心坐标10第三节

2、球面坐标系及其球面坐标13第四节坐标转换13第三章椭球面上的重力即索马里公式推导17一、水准椭球外部点的重力位17二、椭球面上的重力19三、椭球表面外的重力值21第四章程序实现22参考文献24第一章绪论1.1WGS世界大地坐标系世界大地坐标系是美国国防部制图局（DefenceMappingAgenvy,DMA）为统一世界大地坐标系统，实现全球测量标准的一致性，定义的用于制图、大地、导航的坐标基准。它包括标准地球坐标框架、用于处理原始观测数据的标准椭球参考面（即基准和参考椭球）和定义标准海平面的重力等势面（大地水准面）。共建立了4个WGS坐标系：WGS-60、WGS-66、WGS-72、

3、WGS-84。WGS是GPS使用的坐标参考系统。早在20世纪60年代，美国国防部制图局曾建立了WGS-60，它是用当时能够提供的重力场数据、天文大地数据、加拿大的HIRAN/SHORAN测量结果最佳拟合椭球并进行地心定向而建立起来的。卫星对WGS-60建立的贡献在于椭球扁率的确定。随后又推出了WGS-66，WGS-66是由美国陆海空代表组成的世界大地系委员会（主要是负责改进WGS系统）为了满足制图、航海、大地测量的需求在1966年建立的。使用了新增加的地面重力观测数据、扩大的三角测量和三边测量数据及大量的Doppler和光学卫星数据。这个坐标系大约服务了5年。1972年美国国防部（De

4、partmentofDefense，DOD）完成WGS-72建立，在统一的WGS解算中使用了1972年以来的美国国防部和非美国国防部的光学和电子卫星数据、地面重力数据和天文大地数据，其中电子卫星数据包括为了支持海军导航卫星系统（Naby’sNabigationSatelliteSystemNNSS）而建立的非美国国防部的卫星跟踪站Doppler数据，另一部分光学数据时由美国军队1970年完成的SECOR(SequentialCollationofRange)赤道网提供的。进行大规模的最小二乘平差，平差的结果包括了初始的站坐标改正和重力场模型系数。在联合解算的WGS中，地面重力场包括一组

5、410个10×10等面积的不包括大气的平均重力异常，它们是通过单独使用地面数据确定的，410个中大约有45％是直接由重力观测数据得到的。同时还包括直接由观测的重力数据编辑的重力异常。重力数据少的或无观测数据的地方则是由重力地理相关技术得到的，这些地区的重力值是通过地理匹配获得近似值。天文数据包括相对于不同基准的垂线偏差，为了保证临近的使用不同技术的测站BC-4、SECOR、Doppler和Baker-Nunn系统平差结果的一致性，在解算时加入了传统的地面观测数据，同时为了控制解的尺度，包括8个光电测距仪测得的长精密导线。统一的WGS解实际上是一个包括大地位置及基于最适宜数据组合所确定的

6、重力场参数。1.2WGS-84坐标系的概述：目前全球定位系统使用的WGS-84，属于协议地球坐标系，是一个更为精确的全球大地坐标系统。采用GRS80参数及使用新增加的Doppler数据、SLR数据、VLBI这些新数据源，最突出的数据源为卫星雷达测高数据，采用当时比较先进的垂线偏差、动力Doppler等建立起来的。WGS-84初始时使用GRS-80参考椭球，但后来经过微小的精化，这些精化对于卫星精密轨道计算是很重要的，但对于典型的用于GPS广播星历的地球参考系，后来主要是基于GPS观测数据实现。定义多。因为这时不仅涉及地球重力场模型、地极运动模型、地极引力常数、地球自转速度和光速等基本常

7、数，同时还涉及卫星跟踪站的数量、分布，及其在协议地球坐标系中的坐标等因素。尽管如此，GPS大地测量基准，仍可由一组确定GPS坐标系在地球内部位置和方向的参数表达，而这些参数是与上述基本常数和模型有关的导出量。由于科学技术发展水平的限制，目前严格实现理想的协议坐标系尚比较困难。这个意义上说,WGS可视为CTS的近似系统，或称为准协议地球坐标系。随着基本常数、地球重力场模型、地极运动模型以及跟踪站坐标的不断改善，世界大地坐标系统将逐步接近理想的协议