第2章-卫星大地测量基本知识.ppt

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1、第二章卫星大地测量基本知识一、坐标系统二、WGS—84坐标系和我国大地坐标系三、坐标系统之间的转换四、时间系统五、卫星的无摄运动与有摄运动六、GPS卫星星历一、坐标系统一、坐标系统基本概念：天球：以地球质心为球心，以无穷大为半径的一个假想球体，与天球相比，地球可以看成是无限小的点。天极：地球自转轴的延长线（也称天轴）与天球的两个交点，即北天极和南天极。赤道面：通过地球质心且与天轴垂直的平面。黄道：地球绕太阳公转的轨道面与天球相交的大圆。春分点：黄道与天球赤道有两个交点，其中太阳的视位置由南向北通过赤道的交点。另外一

2、点则称为秋分点。1、天球坐标系与地球坐标系天球坐标系坐标原点:地心O;Z轴:指向北天极;X轴:指向春分点;Y轴:垂直XOZ轴,并构成右手坐标系。一、坐标系统球面坐标系原点:与空间直角坐标系原点重合;第一参数:原点O至空间点P的距离r;第二参数:OP与OZ轴的夹角;第三参数:ZOX平面与ZOP平面的夹角，自ZOX平面起算右旋为正。一、坐标系统一、坐标系统地球坐标系原点:地心O；X轴：指向地球赤道面与格林威治子午面交线的方向；Y轴:垂直XOZ轴,并构成右手坐标系；Z轴：地球自转轴。一、坐标系统大地坐标系旋转椭球面：

3、以长半轴为a、短半轴为b，几何中心与直角坐标系原点重合。第一个参数（大地纬度B）：过空间点P的椭球面法线与XOY平面的夹角，自XOY面向OZ轴方向量取为正。第二参数（大地经度L）：ZOX平面与ZOP平面的夹角，自ZOX平面起算右旋为正。第三个参数（大地高程H）：过P点的椭球面法线自椭球面至P点的距离，以远离椭球面中心方向为正。一、坐标系统坐标系间的转换关系X=rcosαcosδY=rsinαcosδZ=rsinδ222ZYXr++=)/ArctanX(Y=a)/arctan(22YXZ+=δαθδrZXYOp直角坐

4、标系球面坐标系：一、坐标系统大地坐标系直角坐标系其中，附图zxHNyZXYOP大地坐标系直角坐标系一、坐标系统LB一、坐标系统站心赤道直角坐标系：P1是测站点，O为球心。以P1为原点，坐标轴与球心空间直角坐标系O—XYZ相平行（P1）。站心地平直角坐标系：以P1点的法线为z轴（指向天顶为正），以子午线方向为x轴（向北为正），y轴与x、z垂直（向东为正）。此坐标系也称东北天坐标系（P1xyz)。ZYX-zxyoxyzH-L-B90-BLp1一、坐标系统P1xyz同OXYZ坐标系简单的平移关系：=+（2.5）一、

5、坐标系统旋转变换——地平直角坐标系变换为站心赤道直角坐标系：先将y轴反向得y’。绕y’轴旋转（90ºB），再绕z轴旋转（180ºL），即可将P1xyz化为P1。一、坐标系统将上式代入式（2.5）可得出站心左手地平直角坐标系与球心空间直角坐标系的关系式：一、坐标系统站心地平极坐标系P1rAhr：测站P1至卫星s的距离A：测站P1至卫星的方位角（zox平面与zos的夹角）h：测站P1至卫星的高度角（os与xoy平面的夹角）一、坐标系统站心地平极坐标系与站心地平直角坐标系的关系)/tan()/tan(22222

6、yxzarchxyarcAzyxr+==++=sinhcoshsincoshcosrzAryArx===3.卫星测量中的常用坐标系（1）瞬时天球坐标系与地球坐标系瞬时天球坐标系：原点位于地球质心，z轴指向瞬时地球自转方向（真天极），x轴指向瞬时春分点（真春分点），y轴按构成右手坐标系取向。瞬时地球坐标系：原点位于地球质心，z轴指向瞬时地球自转轴方向，x轴指向瞬时赤道面和包含瞬时地球自转轴与平均天文台赤道参考点的子午面之交点，y轴构成右手坐标系取向。如图所示一、坐标系统附图：顺时天球与地球坐标系rXAXaYZOGθG

7、G一、坐标系统瞬时地球坐标系与瞬时天球坐标系的转换关系一、坐标系统（2）固定极天球坐标系——平天球坐标系基本概念：岁差、章动：由于日、月对地球非球形部分的摄动，地球自转轴在空间不断摆动产生两种运动。章动：在日月引力等因素的影响下，月球绕地球的运动轨道以及月球与地球之间的距离都在不断变化，将这时的北天极称为瞬时北天极。瞬时北天极绕平北天极沿椭圆轨迹进行旋转，这种现象称为章动。周期约为18.6年。一、坐标系统岁差：地球在绕太阳运行时，地球自转轴的方向在天球上缓慢地移动，春分点在黄道上随之缓慢移动的现象。北天极以顺时针方

8、向每年西移约50.37秒，周期大约为25800年，这种缓慢移动的北天极称为平北天极。①日月岁差：春分点因地球自转轴方向变动而引起的变化。②行星岁差：春分点因黄道的缓慢变动（行星引力对地球绕日运动轨道的摄动）而变化。一、坐标系统瞬时天球坐标系：它的坐标轴指向是不断变化的，即一个不断旋转的坐标系。平天球坐标系：三轴指向不变的坐标系。选择某一个历元时刻（即时刻的起