GPS坐标系统与时间系统

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1、GPS定位的坐标系统海洋与地球科学学院坐标系统概论描述GPS三部分的要求卫星——地球(公转和自转)坐标系统坐标系统（卫星，地球）坐标转换课程内容：坐标系统、转换协议天球坐标：描述对象协议地球坐标：描述对象两者的关系天球的基本概念天球概念图解天轴与天极天球赤道面和天球赤道天球子午面和子午圈时圈黄道与黄极春分点讨论与理解天球坐标系定义天球空间直角坐标系(X,Y,Z)天球球面坐标系(α,δ,r)天球坐标系的假设地球是均质球体没有其他天体摄动力的影响基于上述假设，地球自转轴在空间是固定的.........实际的地球地球是球？均质？没有其他天体摄动力的影响？基于上述假设，地球

2、的自转轴是固定的？岁差现象北天极绕黄北极旋转春分点西移图解理解和讨论岁差现象中月球的影响主要的影响如果月球的引力及其运行轨道固定不变……天球北天极的轨迹:近似小圆瞬时平北天极(平北天极)平天球赤道、平春分点岁差现象中除月球其他因素的影响月球运行轨道及月地距离是不断变化的；T时刻：瞬时(真)北天极，瞬时(真)天球赤道，瞬时(真)春分点；章动：瞬时北天极绕瞬时平北天极旋转；章动现象图解北天极在天球上的运动：岁差＋章动协议天球坐标系的定义原因:岁差与章动解决办法：近惯性坐标系统协议天球坐标系的转换协议天球坐标转换到瞬时平天球坐标(岁差旋转)瞬时平天球坐标转换为瞬时天球坐标

3、(章动旋转)综合转换公式地球坐标系地球坐标系目的定义空间直角坐标系/大地坐标系坐标转换：空间直角坐标系与大地坐标系之间的转换：N为椭球卯酉圈的曲率半径，e为椭球的第一偏心率，a、b为椭球的长短半径。极移现象岁差与章动的原因——日月引力地球质量不均匀地极点在地球表面的位置随时间而变化瞬间地球自转轴——瞬时极极移的描述方法平面直角坐标系表达图解极移极移现象带来的问题坐标体系——坐标轴指向万有引力定律的准确性极移现象解决办法国际协议原点(CIO：conventionalinternationalorigin)：国际上5个纬度服务站，1900.00至1905.05年平均纬度

4、所确定的平均地极位置；协议地极(CTP)瞬时地极与协议地极瞬时地极——协议地极瞬时地球坐标系——协议地球坐标系图解(P21)转换关系协议地球坐标系与协议天球坐标系的转换两者定义区别原点：地球质心Z轴X轴与X轴的夹角所以两者之间的关系是……由定义写转换公式……坐标系统转换框图……大地水准面和参考椭球体当海洋静止时，它的自由水面必定与该面上各点的重力方向(铅垂线方向)成正交，我们把这个面叫做水准面。但水准面有无数多个，其中有一个与静止的平均海水面相重合。可以设想这个静止的平均海水面穿过大陆和岛屿形成一个闭合的曲面，这就是大地水准面。大地水准面和参考椭球体大地水准面相当接

5、近于一个规则的具有微小扁率的数学曲面——旋转椭球。旋转椭球可用2个几何参数确定，即为椭球的长半径a和扁率f，这两个参数决定了椭球的形状和大小。为了将地面测量数据归算到椭球面上，仅仅知道它的形状和大小是不够的，还必须确定它与大地水准面的相关位置，也就是所谓的椭球定位和定向。另外，为了从几何特性和物理特性两个方面来研究全球的形状，则还要使椭球与全球大地水准面结合最为密切。参考椭球体现代大地测量中，采用4个参数来描述椭球的几何和物理特性，这四个参数是：椭球的长半径α(解方程，用弧度测量的传统方法求出)。地球重力场二阶带谐系数J2(J2与扁率存在一定解析关系)(卫星大地测量

6、与卫星激光测距求出)。地心引力常数与地球质量的乘积GM(卫星大地测量解算)。地球自转角速度ω(天文观测求出)。地心坐标系：将椭球中心与地球质心重合，且与全球大地水准面最为密合的旋转椭球。地球参心坐标系参考椭球：为了研究局部球面的形状，且使地面测量数据归算至椭球的各项改正数最小，各个国家和地区分别选择和某一局部区域的大地水准面最为密合的椭球建立坐标系。这样选定和建立的椭球称为参考椭球；大地原点参心坐标系——参心空间直角坐标系和参心大地坐标系由于参心坐标系处理局部区域数据带来的变形较小，所以，参心坐标系至今对大地测量仍有重要作用。国家大地坐标系1.1954年北京坐标系(

7、BJ54旧)国家大地坐标系1.1954年北京坐标系(BJ54旧)参心坐标系；大地原点：前苏联的普尔科沃；参考椭球：克拉索夫斯基椭球，前苏联1942年坐标系的延伸；高程基准：1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面；高程异常：原苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算数据，按我国天文水准路线推算而得；平差方法：分区分期局部平差；国家大地坐标系1.1954年北京坐标系(BJ54旧)存在的问题：椭球参数差异较大，不包含表示地球物理特性的参数。定向不明确，椭球的短半轴既不指向国际通用的CTP，也不指向目前我国使用的JYD极。参考椭球面与我国大地水准面呈西高东低的系统性