太原理工大學(xué)GNSS衛(wèi)星定位原理及應(yīng)用-第二章課件

1、第二章第二章 坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng) 第一節(jié)第一節(jié) 天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系統(tǒng)天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系統(tǒng) 一、坐標(biāo)系概述一、坐標(biāo)系概述 坐標(biāo)系統(tǒng)是描述坐標(biāo)系統(tǒng)是描述點(diǎn)點(diǎn)空間位置的參照系統(tǒng)，空間任何一點(diǎn)的位空間位置的參照系統(tǒng)，空間任何一點(diǎn)的位 置均可用最少置均可用最少3個(gè)坐標(biāo)參數(shù)唯一表示，三個(gè)參數(shù)隨著坐標(biāo)系或坐個(gè)坐標(biāo)參數(shù)唯一表示，三個(gè)參數(shù)隨著坐標(biāo)系或坐 標(biāo)系的組合形式不同而不同。標(biāo)系的組合形式不同而不同。 常用的點(diǎn)的坐標(biāo)表示形式：常用的點(diǎn)的坐標(biāo)表示形式： 空間直角坐標(biāo)（空間直角坐標(biāo)（3維形式）維形式）-（X Y Z） 大地坐標(biāo)（曲線坐標(biāo)、大地坐標(biāo)（曲線坐標(biāo)、3維形式）維形式）-（B L

2、 H） 極坐標(biāo)（極坐標(biāo)（3維形式）維形式）-（r ） 高斯平面投影坐標(biāo)高斯平面投影坐標(biāo)+正常高（正常高（2維維+1維組合）維組合）-（x y）、）、HN， 點(diǎn)的高斯坐標(biāo)由大地坐標(biāo)（點(diǎn)的高斯坐標(biāo)由大地坐標(biāo)（B、L）投影后形成，高程為正常高）投影后形成，高程為正常高 把一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)下同時(shí)擁有把一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)下同時(shí)擁有3個(gè)坐標(biāo)參數(shù)的坐標(biāo)系稱個(gè)坐標(biāo)參數(shù)的坐標(biāo)系稱3維坐標(biāo)維坐標(biāo) 系；把僅有兩個(gè)坐標(biāo)參數(shù)（一般為系；把僅有兩個(gè)坐標(biāo)參數(shù)（一般為B,L）的坐標(biāo)系稱二維坐標(biāo)系）的坐標(biāo)系稱二維坐標(biāo)系 二、二、GPS定位中常用到的坐標(biāo)系定位中常用到的坐標(biāo)系 天球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系CIS 空間直角坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系 球面

3、坐標(biāo)系球面坐標(biāo)系 地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系 地球地心地固坐標(biāo)系地球地心地固坐標(biāo)系 CTS坐標(biāo)系、瞬時(shí)地球坐標(biāo)系坐標(biāo)系、瞬時(shí)地球坐標(biāo)系 3維（維（BLH）（）（XYZ） 地球參心地固坐標(biāo)系地球參心地固坐標(biāo)系 2維（維（BL）-（x,y） ITRS- WGS84-GPS E2000-GALILEO？ PZ90-GLONASS CGCS2000-BDS 1954北京坐標(biāo)系北京坐標(biāo)系Beijing 54 1980西安坐標(biāo)系西安坐標(biāo)系GDZ80 地方獨(dú)立坐標(biāo)系地方獨(dú)立坐標(biāo)系 國際通用，也是各國國際通用，也是各國 坐標(biāo)系的母體坐標(biāo)坐標(biāo)系的母體坐標(biāo) 地球站心坐標(biāo)系地球站心坐標(biāo)系 3維（維（XYZ）)(h 站心赤

4、道直角坐標(biāo)系站心赤道直角坐標(biāo)系 站心地平直角坐標(biāo)系站心地平直角坐標(biāo)系 站心極坐標(biāo)系站心極坐標(biāo)系 1.天球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系 以圓球?yàn)樽鴺?biāo)基準(zhǔn)，用來描述天體位置的坐標(biāo)系；主以圓球?yàn)樽鴺?biāo)基準(zhǔn)，用來描述天體位置的坐標(biāo)系；主 要有空間直角坐標(biāo)和球面坐標(biāo)兩種等效坐標(biāo)形式要有空間直角坐標(biāo)和球面坐標(biāo)兩種等效坐標(biāo)形式 以以S點(diǎn)的坐標(biāo)為例點(diǎn)的坐標(biāo)為例 兩種坐標(biāo)形式為：兩種坐標(biāo)形式為： ),( ),( rS ZYXS 22 222 tansin tancossin coscos YX Z arcrZ X Y arcrY ZYXrrX 兩種天球等效坐標(biāo)形式的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：兩種天球等效坐標(biāo)形式的轉(zhuǎn)換關(guān)系為： 由于天軸（地

5、軸的延伸）指向隨時(shí)間變化，其變化由于天軸（地軸的延伸）指向隨時(shí)間變化，其變化 表現(xiàn)為歲差和章動(dòng)等天文現(xiàn)象，天極隨時(shí)間變化形成表現(xiàn)為歲差和章動(dòng)等天文現(xiàn)象，天極隨時(shí)間變化形成 協(xié)議極、瞬時(shí)平天極、瞬時(shí)真天極三種；天球坐標(biāo)系協(xié)議極、瞬時(shí)平天極、瞬時(shí)真天極三種；天球坐標(biāo)系 也隨時(shí)間分為也隨時(shí)間分為CIS、CISM、CIST三種時(shí)空形式三種時(shí)空形式 三者之間的關(guān)系由歲差矩陣、章動(dòng)矩陣決定三者之間的關(guān)系由歲差矩陣、章動(dòng)矩陣決定大地測量學(xué)基礎(chǔ)大地測量學(xué)基礎(chǔ) 天球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系 協(xié)議天球坐標(biāo)（協(xié)議天球坐標(biāo)（CIS） 瞬時(shí)平天球坐標(biāo)（瞬時(shí)平天球坐標(biāo)（CISM) 瞬時(shí)真天球坐標(biāo)（瞬時(shí)真天球坐標(biāo)（CIST) P-

6、歲差改正矩陣歲差改正矩陣 1） CIS CISM CISMt z y x p z y x AAA AYAXAZ Z RRZRP , )()()90( 歲差參數(shù) 2）瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系CISM 瞬時(shí)真天球坐標(biāo)系CIST CISt z y x NP z y x 3）綜合上兩步GIS GIST Mtt z y x N z y x ?- , )()()( YZX RRRN 章動(dòng)參數(shù) 2.地球地固坐標(biāo)系：地球地固坐標(biāo)系： 點(diǎn)在地球坐標(biāo)系中的主要坐標(biāo)形式有：空間直角坐點(diǎn)在地球坐標(biāo)系中的主要坐標(biāo)形式有：空間直角坐 標(biāo)與大地坐標(biāo)兩種形式標(biāo)與大地坐標(biāo)兩種形式 以以T點(diǎn)的坐標(biāo)為例，兩種坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)為例，兩種坐標(biāo) 形

7、式為：形式為： ),( ),( HLBT ZYXT 兩種地球等效地球坐標(biāo)形式的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：兩種地球等效地球坐標(biāo)形式的轉(zhuǎn)換關(guān)系為： BHeNZ LBHNY LBHNX sin)1( sincos)( coscos)( 2 )1(sin/ )1(/ )(arctan /arctan 2 222 eNBZH HeNYXHNZB XYL 由于地軸指向隨時(shí)間變化，其變化表現(xiàn)為地軸北極的極移，由于地軸指向隨時(shí)間變化，其變化表現(xiàn)為地軸北極的極移， 使地球極隨時(shí)間變化形成瞬時(shí)極、平極（協(xié)議極），相應(yīng)的赤使地球極隨時(shí)間變化形成瞬時(shí)極、平極（協(xié)議極），相應(yīng)的赤 道又分為平赤道面、協(xié)議赤道面；極移又稱道又分為平赤道

8、面、協(xié)議赤道面；極移又稱S.C.Chandler運(yùn)動(dòng)；運(yùn)動(dòng)； 地球坐標(biāo)系又隨時(shí)間分為地球坐標(biāo)系又隨時(shí)間分為CTS、CTST兩種時(shí)空形式兩種時(shí)空形式 1)瞬時(shí)真地球坐標(biāo)（瞬時(shí)真地球坐標(biāo)（CTST） -協(xié)議地球坐標(biāo)協(xié)議地球坐標(biāo)(CTS)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 tCTS z y x M z y x 1 10 01 pp p p yx y x M 旋轉(zhuǎn)矩陣旋轉(zhuǎn)矩陣極移矩陣極移矩陣 3.瞬時(shí)真天球坐標(biāo)瞬時(shí)真天球坐標(biāo)-瞬時(shí)真地球坐標(biāo)（瞬時(shí)真地球坐標(biāo)（天地轉(zhuǎn)換天地轉(zhuǎn)換） T Z t Z Y X GASTR z y x )( 100 0cossin 0sincos GASTGAST GASTGAST RZ 旋轉(zhuǎn)矩陣，其中旋

9、轉(zhuǎn)矩陣，其中GAST為格林尼治視恒星時(shí)角為格林尼治視恒星時(shí)角 4.天地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程天地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程 CIS-CISM-CIST-CTST-CTS 上述轉(zhuǎn)換過程可用于上述轉(zhuǎn)換過程可用于GNSS衛(wèi)星衛(wèi)星（飛行中的已知點(diǎn)）（飛行中的已知點(diǎn)）坐坐 標(biāo)的轉(zhuǎn)換標(biāo)的轉(zhuǎn)換 如如GPS衛(wèi)星轉(zhuǎn)換：由衛(wèi)星星歷提供衛(wèi)星轉(zhuǎn)換：由衛(wèi)星星歷提供Kepler根數(shù)計(jì)算衛(wèi)根數(shù)計(jì)算衛(wèi) 星的軌道坐標(biāo)星的軌道坐標(biāo)-協(xié)議天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)協(xié)議天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)-瞬時(shí)平天瞬時(shí)平天 球坐標(biāo)系球坐標(biāo)系-瞬時(shí)真天球坐標(biāo)瞬時(shí)真天球坐標(biāo)-瞬時(shí)地球坐標(biāo)瞬時(shí)地球坐標(biāo)-協(xié)議地協(xié)議地 球坐標(biāo)（美國的球坐標(biāo)（美國的WGS84） WGS-84定義： 原點(diǎn)位于地

10、球質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極(CTP- Conventional Terrestrial System)方向，X軸指向BIHl984.0的零子 午面和CIP-Conventional international pole赤道的交點(diǎn)，Y軸與Z- O-X平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系。 WGS-84橢球參數(shù): 長半軸a6378137土2m； 地心引力常數(shù)(含大氣層) GM(3986005l 0.6)l08（m3s-2） 正常化二階帶諧系數(shù) 48416685*10-61.3 l0-9 地球自轉(zhuǎn)角速度 729211510-11土0.150010-11(rads-1) 利用以上4個(gè)基本常數(shù)，可

11、以計(jì)算出其它的橢球常數(shù)，如第一、 第二偏心率e2、e2和扁率 定義定義 原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，Z軸指向IERS推薦的協(xié)議地球極(1900 1905平均極)方向，X軸指向地球赤道與BIH定義的零子午面交 點(diǎn)，Y軸與Z-O-X平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系。 PZ-90坐標(biāo)基準(zhǔn)參數(shù) 地球平均半徑Re=6378136m 地球自轉(zhuǎn)角速度 =0.000 072 921 15rad/s 地球引力常數(shù)GMe=398 600.4km3/s-2 地球重力場系數(shù) -0.001 082 63 0 2 C 定義定義 原點(diǎn)位于包括和大氣的整個(gè)地球質(zhì)心，Z軸指向初始為(IRP) BHI1984.0方向，經(jīng)推算指向至參考?xì)v元為2000.0

12、 地球參考極， X軸指向地球赤道與IERS定義的零子午面(IRM)垂直于Z軸的方 向，Y軸與Z-O-X平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系；2008年7月1日啟用。 0 . 0 5 . 2 0 . 0 0 . 10 . 00 . 0 0 . 00 . 1109 . 1 0 . 0109 . 10 . 1 90 6 6 84PZWGS z y x z y x 兩者在空間三維坐標(biāo)狀態(tài)下之差為兩者在空間三維坐標(biāo)狀態(tài)下之差為cm級級 2-1 WGS-84/GPS與與PZ-90/ GLONASS坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換模型坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換模型： CGCS2000坐標(biāo)基準(zhǔn)參數(shù) 地球平均半徑Re=6378137m 地球自轉(zhuǎn)角速度 =7.2 92

13、115 10-5 rad/s-1 地球引力常數(shù)GMe=3.98 6004418 104km3/s-2 地球動(dòng)力形狀因子J2=-0.001082629832258 正常橢球與參考橢球一致 CGCS2000由三個(gè)層次的站網(wǎng)與坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)與維持 第1層次：A級GNSS衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行參考網(wǎng)，用于全球地球 動(dòng)力學(xué)、地殼形變測量、衛(wèi)星精密定軌測量，用GPS、 GLONASS、VLBI、SLR等技術(shù)手段測量。 第2層次：B級GNSS大地網(wǎng)，國家二等大地控制網(wǎng)，用于建立 地方或城市坐標(biāo)基準(zhǔn)框架，區(qū)域地球動(dòng)力學(xué)和地殼形變測量、 精密工程測量等 2000橢球幾何參數(shù)橢球幾何參數(shù) a6378137m f=1/298.

14、257222101 第3層次：GNSS C、D、D、E級網(wǎng)和天文大地網(wǎng)，用于建立三 等及以下控制網(wǎng)測量和工程測量 都屬于CTS坐標(biāo)，三維坐標(biāo)；都至少有（XYZ）（BLH）兩 種坐標(biāo)形式和投影坐標(biāo)（x,y）形式 都源于ITRS(或其實(shí)現(xiàn)ITRF) 都是本系統(tǒng)單點(diǎn)定位或稱絕對定位的坐標(biāo)，以及相對定位中 解算的基線向量的本坐標(biāo)系 同屬地球地心、地固坐標(biāo)系 三種坐標(biāo)系在三維層面的坐標(biāo)之差為cm級，三維層面可有全 球統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換參數(shù)，如PZ-90/WGS-84之轉(zhuǎn)換關(guān)系式（2-1）式 1.1954北京坐標(biāo)系 坐標(biāo)基準(zhǔn)：克拉索夫斯基橢球，僅幾何參數(shù)，無明 確物理參數(shù)，正常重力計(jì)算采用赫爾黙特公式；幾何 參數(shù)

15、 大地原點(diǎn)：前蘇聯(lián)普爾科沃鎮(zhèn) 2.1980西安坐標(biāo)系，GDZ80 坐標(biāo)基準(zhǔn)：IUGG1975國際橢球 大地原點(diǎn)：陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn) 3 .298/1 6378245 a 1980西安坐標(biāo)系（參心坐標(biāo)系）還進(jìn)行了如下定義： 橢球短軸Z軸平行于由地球地心指向1968.0地極原點(diǎn) (JYD)的方向；大地起始子午面平行于格林尼治平均 天文臺子午面，X軸在大地起始子午面與Z軸垂直指 向經(jīng)度零方向；y軸與Z，X軸成右手坐標(biāo)系。從而確 保了GDZ80坐標(biāo)系橢球定向、定位的明確性，克服了 1954北京坐標(biāo)缺點(diǎn)。 IUGG1975國際橢球賦予了明確物理意義，給出了相 應(yīng)橢球參數(shù)： 111 8 2 238 107

16、292115 10) 1108263( 10) 33986005( 56378140 srad J smG ma M 257.298/1 6378140 a 可導(dǎo)出如下幾何參數(shù) 3.國家大地原點(diǎn)國家大地原點(diǎn) 大地原點(diǎn)：國家水平大地控制網(wǎng)點(diǎn)大地坐標(biāo)的起算點(diǎn)。 大地起算數(shù)據(jù)：體現(xiàn)在大地原點(diǎn)上，共有四個(gè)個(gè)，包括大地原 點(diǎn)的大地坐標(biāo)值L0、B0、H0，以及大地原點(diǎn)至某一方向的大地方 位角A0，這些數(shù)據(jù)構(gòu)成了經(jīng)典大地測量的基準(zhǔn)。 陜西涇陜西涇 陽縣永陽縣永 樂鎮(zhèn)大樂鎮(zhèn)大 地原點(diǎn)地原點(diǎn) 外 部 內(nèi) 景 第三節(jié)第三節(jié) 坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換 一、轉(zhuǎn)換的主要形式（復(fù)習(xí)一、轉(zhuǎn)換的主要形式（復(fù)習(xí)大地

17、測量基礎(chǔ)大地測量基礎(chǔ)內(nèi)容）內(nèi)容） 1.同一坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)不同坐標(biāo)形式的變換同一坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)不同坐標(biāo)形式的變換 1）大地坐標(biāo)與空間直角坐標(biāo)間等價(jià)變換）大地坐標(biāo)與空間直角坐標(biāo)間等價(jià)變換 )()(XYZBLH 2）球面（大地）坐標(biāo)與平面坐標(biāo)間投影變換）球面（大地）坐標(biāo)與平面坐標(biāo)間投影變換 ),()(yxBL 3）空間直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)間等價(jià)變換）空間直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)間等價(jià)變換 )()(hrXYZ 有關(guān)模型在有關(guān)模型在大地測量基礎(chǔ)大地測量基礎(chǔ)和本章和本章1，2節(jié)已述及節(jié)已述及 N HH 2.不同坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換不同坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換 統(tǒng)一規(guī)定：下標(biāo)統(tǒng)一規(guī)定：下標(biāo)A目標(biāo)坐標(biāo)系；下標(biāo)目標(biāo)坐標(biāo)系；下標(biāo)B源坐標(biāo)系源坐標(biāo)

18、系 1）不同空間直角坐標(biāo)間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換）不同空間直角坐標(biāo)間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 BA XYZXYZ)()( A XY XZ YZ B Z Y X m Z Y X Z Y X 1 1 1 )1 ( 0 0 0 平移 矩陣 尺度 系數(shù) 旋轉(zhuǎn) 矩陣 兩空間直角坐標(biāo)系坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型中有7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)。 其中平移參數(shù)3個(gè)、旋轉(zhuǎn)參數(shù)3個(gè)、尺度參數(shù)1個(gè)。 除上述布爾薩模型外，還有莫洛金斯基、武測等模型除上述布爾薩模型外，還有莫洛金斯基、武測等模型 2）不同球面（大地）坐標(biāo)間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換）不同球面（大地）坐標(biāo)間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 BA BLHBLH)()( 0 0 0 sincos 0 coscos sincossinsincos cosco

19、scossinsin X Y LL NHB Z NHB dL BLBLB dB MHMHMH dH BLBLB 2 22 22 0 cossin1 sincos0sincos sincossinsincoscos 1sin0 X Y Z tgBLtgBL N LLeBB M NeBBLNeBBL NeB m 22 2 22222 00 2sin sincossincos 1 1sin1sinsin 1 MeB N eBBBB MH aMH NM eBeBB a da d 3）不同平面坐標(biāo)間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換）不同平面坐標(biāo)間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 BA yxyx),(),( B o o A y x m y x y x

20、cossin sincos )1 ( 4）GNSS測量中，不同坐標(biāo)間轉(zhuǎn)換主要是下列兩種測量中，不同坐標(biāo)間轉(zhuǎn)換主要是下列兩種 BA yxyx),(),()2( BA XYZXYZ)()() 1 ( 另有三維七參、二維七參、二維 四參等多種轉(zhuǎn)換模型；參見大 地測量學(xué)基礎(chǔ)和其它專業(yè)書籍 二、不同坐標(biāo)間轉(zhuǎn)換基本步驟二、不同坐標(biāo)間轉(zhuǎn)換基本步驟 （1）模型選擇 大范圍坐標(biāo)轉(zhuǎn)換選擇二維七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型；小區(qū)域坐標(biāo)轉(zhuǎn) 換可選擇三維四參數(shù)模型或平面四參數(shù)模型。 對于相對獨(dú)立的平面坐標(biāo)系統(tǒng)與GNSS坐標(biāo)系的聯(lián)系可采用平 面四參數(shù)模型或多項(xiàng)式回歸模型。 （2）重合點(diǎn)選取 布GNSS網(wǎng)時(shí)應(yīng)初步選用具有目標(biāo)坐標(biāo)系坐標(biāo)的點(diǎn)

21、做重合點(diǎn)， 這些點(diǎn)的GNSS坐標(biāo)（源坐標(biāo)系）一經(jīng)測定就有兩套坐標(biāo)可用。 最終選定重合點(diǎn)時(shí)還要根據(jù)所確定的轉(zhuǎn)換參數(shù)，計(jì)算重合點(diǎn) 坐標(biāo)殘差，根據(jù)其殘差值的大小來最后確定，若殘差大于3 倍中誤差則剔除，重新計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，直到滿足精度要 求為止；用于求二維平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換的最終重合點(diǎn)數(shù)量不少 于2個(gè)，七參數(shù)轉(zhuǎn)換的不少于3個(gè)。 （3）模型參數(shù)計(jì)算 以轉(zhuǎn)換模型為基礎(chǔ)方程，將重合點(diǎn)的兩套坐標(biāo)數(shù)據(jù)代入模型求 轉(zhuǎn)換參數(shù)，有多余重合點(diǎn)時(shí)應(yīng)應(yīng)用最小二乘原理求轉(zhuǎn)換參數(shù)的 最或然解。 （4）精度評估與檢核 選擇部分重合點(diǎn)作為外部檢核點(diǎn)，不參與轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算，用轉(zhuǎn) 換參數(shù)計(jì)算這些點(diǎn)的轉(zhuǎn)換坐標(biāo)與已知坐標(biāo)進(jìn)行比較進(jìn)行外部檢

22、核。 應(yīng)選定至少6個(gè)均勻分布的重合點(diǎn)對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度進(jìn)行檢核 三、附標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換模型（供實(shí)用）三、附標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換模型（供實(shí)用） （1 1）二維七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型）二維七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型 2 22 2 sincos 0 coscos sincossinsincos 0 cossin1 sincos0sincos 00 (2sin) sincos 1 x y z LL X L NBNB Y BBLBLB Z MMM tgBLtgBL m N LLeBB M NeB eBB Ma sincos a BBf f 同一點(diǎn)位在兩個(gè)坐標(biāo)系下的緯度差經(jīng)度差，單位為弧度 橢球長半軸差（單位米）、扁率差（無量綱）， 平移參數(shù)，單位

23、為米， 旋轉(zhuǎn)參數(shù)，單位為弧度， 尺度參數(shù)（無量綱） ,BL , af ,XYZ , xyz m （2 2）平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型）平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型 其中，x0，y0為平移參數(shù)，為旋轉(zhuǎn)參數(shù)，m為尺度參數(shù)。 x2，y2為2000國家大地坐標(biāo)系下的平面直角坐標(biāo)，x1，y1為 原坐標(biāo)系下平面直角坐標(biāo)。坐標(biāo)單位為米。 1 1 0 0 2 2 cossin sincos )1 ( y x m y x y x （3 3）BursaBursa七參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型七參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型 S S S S S S Z Y X SS SS SS T T T Z Y X Z Y X m XY XZ YZ Z Y X Z Y X

24、 0 0 0 22 22 sincos 0 ()cos()cos sincossinsincos ()()() coscossinsinsin (1)(1) cossin1 ()sin LL XLNHBNHB YBBLBLB MHMHMHZH BLBLB NeHNeH tgBLtgBL NHNH NHNeB 22 22 2 22 22 2 22 ()sin 0sincos 0 sincossinsincoscos 0 sincos ()sin 00 (2sin) sincossincos 1 (1sin) (1 1 x y z B NHNeB LL MHMH NeBBLNeBBL N eBBm

25、 M NHNe eBN BBeBB fMa N M eB a a 222 sin)sin a f eBB （4 4）三維七參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型）三維七參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型 （5 5）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度評定和評估方法）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度評定和評估方法 依據(jù)計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型參數(shù)的重合點(diǎn)（沒有參與轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì) 算的重合點(diǎn)）的殘差中誤差評估坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度。對于n個(gè)點(diǎn)， 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度估計(jì)公式如下： V（殘差）=重合點(diǎn)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)-重合點(diǎn)已知坐標(biāo) 空間直角坐標(biāo)X殘差中誤差 空間直角坐標(biāo)Y殘差中誤差 1 X X vv M n 1 Y Y vv M n 空間直角坐標(biāo)Z 殘差中誤差 點(diǎn)位中誤差 平面坐標(biāo)x殘差中誤差 1 Z Z vv M

26、n 222 ZYXp MMMM 1 x x vv M n 平面坐標(biāo)y殘差中誤差 大地高H殘差中誤差 平面點(diǎn)位中誤差為 1 y y vv M n 1 H H vv M n 22 yxp MMM （6）決定不同坐標(biāo)間轉(zhuǎn)換精度的因素）決定不同坐標(biāo)間轉(zhuǎn)換精度的因素 重合點(diǎn)在網(wǎng)中的分布狀況 轉(zhuǎn)換模型精度與適用性 重合點(diǎn)的坐標(biāo)分量及點(diǎn)位精度 三、三、GNSS測量中涉及的其它坐標(biāo)測量中涉及的其它坐標(biāo) 1.站心坐標(biāo)系概述站心坐標(biāo)系概述 有站心赤道直角坐標(biāo)系、站心地平直角坐標(biāo)系和站心地平 極坐標(biāo)系三種坐標(biāo)系形式。 GNSS坐標(biāo)計(jì)算中，常用的為站心赤道直角坐標(biāo)系與站心 地平直角坐標(biāo)系： 站心地平、站心赤道坐標(biāo)和

27、地球空間直角坐標(biāo)關(guān)系圖 2.站心赤道直角坐標(biāo)系站心赤道直角坐標(biāo)系 定義：以測站P1為原點(diǎn)，且與地球空間直角坐標(biāo)系，O-XYZ 相應(yīng)坐標(biāo)軸平行的坐標(biāo)系 站心赤道坐標(biāo)系與地球空間直角坐標(biāo)間關(guān)系為簡單的平移關(guān) 系 ZYXP 1 BHeN LBHN LBHN Z Y X Z Y X sin)1( sincos)( coscos)( 2 3.站心地平直角坐標(biāo)系P1-xyz 定義：以P1為原點(diǎn)，過測站P1的法線為z軸，指向天 頂為正，以子午線方向?yàn)閤軸，向北為正，以與x、z 垂直方向?yàn)閥軸，東為正。 地平直角坐標(biāo)系與站心赤道直角坐標(biāo)系關(guān)系可通過 旋轉(zhuǎn)變換實(shí)現(xiàn)，關(guān)系式如下： 地平 站心赤道 z y x PB

28、RLR Z Y X xYz )90()180( 地平 z y x BB LBLLB LBLLB sin0cos sincoscossinsin coscossincossin 4.GNSS空間直角坐標(biāo)與地平直角坐標(biāo)的關(guān)系 BHeN LBHN LBHN z y x BB LBLLB LBLLB Z Y X sin)1 ( sincos)( coscos)( sin0cos sincoscossinsin coscossincossin 2 ? 5.站心地平極坐標(biāo)系P1rAh（用于描述測站與衛(wèi)星 的相對位置） 定義：以測站P1為原點(diǎn)，坐標(biāo)參數(shù)為： r-測站P1至衛(wèi)星s的距離 A-衛(wèi)星的方位角，zo

29、x平面與zos平面的夾角，左旋 為正 h-衛(wèi)星的高度角os與xoy平面的夾角。 1 1）站心地平極坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系關(guān)系）站心地平極坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系關(guān)系： coshcos Arx coshsin Ary sinhrz 222 zyxr A=arc tan(y/x) h=arctan(z/(x2+y2)1/2) 四、四、GNSS衛(wèi)星（飛行中的已知點(diǎn)）坐標(biāo)計(jì)算流程衛(wèi)星（飛行中的已知點(diǎn)）坐標(biāo)計(jì)算流程 GNSS定位坐標(biāo)計(jì)算流程 地面監(jiān)測站監(jiān)測地面監(jiān)測站監(jiān)測 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)狀態(tài)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 主控站處理主控站處理 注入站注入站 衛(wèi)星衛(wèi)星 用戶獲得用戶獲得 導(dǎo)航電文導(dǎo)航電文 導(dǎo)航導(dǎo)航 電文電文

30、計(jì)算衛(wèi)星在協(xié)議天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo) 計(jì)算衛(wèi)星在瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計(jì)算衛(wèi)星在瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo) 計(jì)算衛(wèi)星在瞬時(shí)地球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計(jì)算衛(wèi)星在瞬時(shí)地球坐標(biāo)系中的坐標(biāo) 通過星地距離方程解算基線通過星地距離方程解算基線 將接收機(jī)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為北京將接收機(jī)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為北京54或西安或西安80坐標(biāo)坐標(biāo) 計(jì)算衛(wèi)星在協(xié)議地球坐標(biāo)系計(jì)算衛(wèi)星在協(xié)議地球坐標(biāo)系CTS中的坐標(biāo)中的坐標(biāo) 計(jì)算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計(jì)算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo) 計(jì)算衛(wèi)星在瞬時(shí)真天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計(jì)算衛(wèi)星在瞬時(shí)真天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo) 衛(wèi)星參考?xì)v元的衛(wèi)星參考?xì)v元的Kepler參參 數(shù)數(shù)+攝動(dòng)改正參數(shù)攝動(dòng)改正參數(shù)=實(shí)際實(shí)際 觀測歷元的

31、觀測歷元的Kepler參數(shù)參數(shù) 計(jì)算衛(wèi)星在協(xié)議天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計(jì)算衛(wèi)星在協(xié)議天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo) 第四節(jié) 坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換 一、GNSS定位中時(shí)間的意義 GNSS定位過程是在嚴(yán)格的時(shí)間定義下進(jìn)行的，無論 是坐標(biāo)系的定義、GNSS衛(wèi)星信號接收、星地距離測 量，還是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換都需在嚴(yán)格的時(shí)間定義下完成 二、時(shí)間系統(tǒng)各類與構(gòu)成 時(shí)間系統(tǒng)類型：基于各種用途，時(shí)間系統(tǒng)有多種： ST恒星時(shí)、MT平太陽時(shí)、UT世界時(shí)、ATI原子時(shí)、 UTC協(xié)調(diào)世界時(shí)。 時(shí)間系統(tǒng)構(gòu)成： 由時(shí)間原點(diǎn)(歷元)，時(shí)間尺度(時(shí)間單位)構(gòu)成。 1.恒星時(shí)ST(Sidereal Time) 原點(diǎn)：以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，由春分點(diǎn)的周日視運(yùn) 動(dòng)所定義的時(shí)間系統(tǒng)為恒星時(shí)系統(tǒng)。 ST尺度：春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時(shí)間 間隔為一恒星日，一恒星日分為24個(gè)恒星時(shí) 2.平太陽時(shí)MT(Mean SOlar Time) 平太陽：以真太陽周年運(yùn)動(dòng)的平均速度在天球赤道 上作周年視 運(yùn)動(dòng)的太陽，其周期與真太陽一致 。 時(shí)間原點(diǎn)：以平太陽為參考點(diǎn)，由平太陽的周日視 運(yùn)動(dòng)所定義的時(shí)間系統(tǒng)為平太陽時(shí)系統(tǒng)。 時(shí)間尺度為：平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時(shí) 間間隔為一平太陽日，一平太陽日分為24平