测量坐标系统与时间系统

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1、第二章GPS坐标系统与时间系统第一节GPS测量的坐标系统全球定位系统（GPS）的最基本任务是确定用户在空间的位置。而所谓用户的位置，实际上是指该用户在特定坐标系的位置坐标，位置是相对于参考坐标系而言的，为此，首先要设立适当的坐标系GPS定位是以GPS卫星为动态已知点，根据GPS接收机观测的星战距离来确定接收机或者测站的位置，而位置的确定离不开坐标系。GPS定位所采用的坐标系的特点GPS定位的坐标系既有空固坐标系，又有地固坐标系。建立的地球坐标系是真正意义上的全球坐标系。GPS定位的地球坐标系原点在地球的质量中心，即为地心坐标系。必须要掌握坐标系

2、间的转换。GPS测量坐标系的分类坐标系分类坐标系特征①空固坐标系与地固坐标系空固坐标系与天球固连，与地球自转无关，用来确定天体位置较方便。地固坐标系与地球固连，随地球一起转动，用来确定地面点位置较方便。②地心坐标系与参心坐标系地心坐标系以地球的质量中心为原点，如WGS-84坐标系和ITRF参考框架均为地心坐标系。而参心坐标系以参考椭圆体的几何中心为原点，如北京54坐标系和80国家大地坐标系。③空间直角坐标系、球面坐标系、大地坐标系及平面直角坐标系经典大地测量采用的坐标系通常有两种，一是以大地经纬度表示点位的大地坐标系，二是将大地经纬度进行高斯投

3、影或横轴墨卡托投影后的平面直角坐标系。在GPS测量中，为进行不同大地坐标系之间的坐标转换，还会用到空间直角坐标系和球面坐标系。④国家统一坐标系与地方独立坐标系采用单独坐标系统既不是我国国家统一坐标系常用的是80国家大地坐标系也不是北京54坐标系，天球坐标系和地球坐标系GPS测量技术是通过安置于地球表面的GPS接收机，接收GPS卫星信号来测定地面点位置。观测站固定在地球表面，其空间位置随地球自转而变动，而GPS卫星围绕地球质心旋转且与地球自转无关。因此，在卫星定位中，需建立两类坐标系统和统一的时间系统，即天球坐标系与地球坐标系。天球坐标系是一种惯

4、性坐标系，其坐标原点及各坐标轴指向在空间保持不变，用于描述卫星运行位置和状态。地球坐标系则是与地球相关联的坐标系，用于描述地面点的位置。并寻求卫星运动的坐标系与地面点所在的坐标系之间的关系，从而实现坐标系之间的转换。天球坐标系1.天球空间直角坐标系的定义地球质心O为坐标原点，Z轴指向天球北极，X轴指向春分点，Y轴垂直于XOZ平面，与X轴和Z轴构成右手坐标系。则在此坐标系下，空间点的位置由坐标（X，Y，Z）来描述。2．天球球面坐标系的定义天球球面坐标系的坐标原点也位于地球质心。天体所在天球子午面与春分点所在天球子午面之间的夹角称为天体的赤经，用α

5、表示；天体到原点O的连线与天球赤道面之间的夹角称为赤纬，用δ表示；天体至原点的距离称为向径，用r表示。这样，天体的位置也可用三维坐标（α，δ，r）唯一地确定。天球坐标系3.直角坐标系与其等效的天球球面坐标系参数间的转换对同一空间点，天球空间直角坐标系与其等效的天球球面坐标系参数间有如下转换关系：4、建立天球坐标系的两个问题实际地球的形状近似一个赤道隆起的椭球体，因此在日月引力和其他天体对隆起部分的作用下，地球在绕太阳运行时，自转轴的方向不再保持不变而使春分点在黄道上产生缓慢的西移——岁差、章动P14-15岁差：由于对隆起部分的作用，致使春分点每

6、年西移50.2″移动一周25800年章动：由于月球轨道和月地距离的变化，周期18.6年，北天极变成瞬时平天极，绕瞬时平天机旋转轴旋转。地球坐标系1．地球直角坐标系的定义地球直角坐标系的定义是：原点O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圈的交点，Y轴在赤道平面里与XOZ构成右手坐标系2.地球大地坐标系的定义地球大地坐标系的定义是：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。空间点位置在该坐标系中表述为（L，B，H）。地球直角坐标系和地球大地坐标系可用图2-2表示：地球坐标系1、瞬时地球坐标系：原点位于地球

7、质心z轴指向瞬时北极x轴指向起始子午面与赤道面的交点y轴构成右手坐标系取向。地球坐标系2、协议地球坐标系极移：在地幔对流以及其他物质迁移的影响下，地球自转轴的位置随时间的不同而发生改变的现象称为地极移动，简称极移。国际协定原点CIO：采用国际上5个纬度服务站的资料，以1900至1905年地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CIO。原点：地球质心z轴：指向CIOx轴：指向与CIO相对应的赤道面与起始子午面的交点y轴：按构成右手坐标系取向地球坐标系之间的转换瞬时地球坐标系-----------------协议地球坐标系极移改

8、正天球坐标系与地球坐标系之间的转换卫星的位置是由天球坐标系的坐标表示，测站的位置是由地球坐标系的坐标表示，要想用卫星的坐标测出测站的坐标，需将天球坐标