《GPS第二章》ppt課件

1、站心坐標(biāo)系站心坐標(biāo)系原點(diǎn)位于觀測(cè)點(diǎn)T0U軸與T0點(diǎn)的橢球法線相重合；N軸垂直于U軸，指向參考橢球的短半軸，E軸垂直于UT0N平面，構(gòu)成左手坐標(biāo)系；在站心直角坐標(biāo)系下的點(diǎn)U，E，N坐標(biāo)為該點(diǎn)在三個(gè)坐標(biāo)軸上的投影長度。圖2.7站心坐標(biāo)系與參心空間直角坐標(biāo)系站心坐標(biāo)系與參心空間直角坐標(biāo)系的關(guān)系的關(guān)系站心極坐標(biāo)系與站心空間直角坐標(biāo)站心極坐標(biāo)系與站心空間直角坐標(biāo)系之間的關(guān)系系之間的關(guān)系R站心極坐標(biāo)系下原點(diǎn)到該點(diǎn)的間隔站心極坐標(biāo)系下原點(diǎn)到該點(diǎn)的間隔A觀測(cè)目的的方位角觀測(cè)目的的方位角觀測(cè)目的的垂直角觀測(cè)目的的垂直角地心空間直角坐標(biāo)系與站心坐標(biāo)系關(guān)系思索題：思索題：1 1、天文坐標(biāo)系是如何定義的？、天文坐標(biāo)系

2、是如何定義的？2 2、大地坐標(biāo)系和天文坐標(biāo)系的差別有哪些？、大地坐標(biāo)系和天文坐標(biāo)系的差別有哪些？3 3、解釋卯酉圈、垂線偏向、大地水準(zhǔn)面差、解釋卯酉圈、垂線偏向、大地水準(zhǔn)面差距距2.2.42.2.4高斯投影與高斯投影與UTMUTM投影平面直角投影平面直角坐標(biāo)系坐標(biāo)系所謂投影，簡單地說就是兩個(gè)面之間，點(diǎn)與點(diǎn)的對(duì)應(yīng)。所謂投影，簡單地說就是兩個(gè)面之間，點(diǎn)與點(diǎn)的對(duì)應(yīng)。將橢球面上的點(diǎn)的大地坐標(biāo)按照一定的數(shù)學(xué)法那么，將橢球面上的點(diǎn)的大地坐標(biāo)按照一定的數(shù)學(xué)法那么，變換為平面上相應(yīng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)，稱為地圖投影。變換為平面上相應(yīng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)，稱為地圖投影。投影方式按照投影變形來分類：投影方式按照投影變形來分類：等

3、角投影等角投影等積投影等積投影恣意投影恣意投影等角投影又稱正形投影或類似投影。由于該投影在投影后得到的圖形與投影前橢球面上的原形堅(jiān)持類似，因此被廣泛采用。高斯克呂格投影屬于等角投影。高斯投影高斯投影后效果高斯投影后效果(1)(1)投影以后角度無變形。投影以后角度無變形。 (2) (2)投影以后中央子午線為一條直線，其長投影以后中央子午線為一條直線，其長度無變形。其他子午線投影后均凹向中央于度無變形。其他子午線投影后均凹向中央于午線，其長度有變形。午線，其長度有變形。(3)(3)投影以后赤道也為一條直線，但長度有變投影以后赤道也為一條直線，但長度有變形。其他緯線投影后均凹向兩極，其長度有形。其他

4、緯線投影后均凹向兩極，其長度有變形。變形。高斯坐標(biāo)系高斯坐標(biāo)系投影后的中央子午線和赤道為一條直線，假設(shè)投影后的中央子午線和赤道為一條直線，假設(shè)以中央子午線和赤道分別為以中央子午線和赤道分別為X X軸、軸、Y Y軸，以兩者軸，以兩者的交點(diǎn)的交點(diǎn)O O為坐標(biāo)原點(diǎn)，這就構(gòu)成了高斯為坐標(biāo)原點(diǎn)，這就構(gòu)成了高斯- -克呂格克呂格平面直角坐標(biāo)系。平面直角坐標(biāo)系。橢球橢球 高斯平面高斯平面 中央子午線是投影后獨(dú)一沒有長度變形的曲線，其它的曲線均有長度變形。且離中央子午線越遠(yuǎn)，變形愈大。為了控制投影后的長度變形，按一定經(jīng)差將地球如切西瓜般分成假設(shè)干投影帶，然后逐帶進(jìn)展投影，這就是分帶投影。如何處理變形問題如何處

5、理變形問題分分帶帶投投影影高斯投影高斯投影PP1EE1xyPP1UTMUTM投影投影UTMUTM投影投影UTMUTM投影：通用橫軸墨卡托投影公式投影：通用橫軸墨卡托投影公式UTMUTM投影與投影與高斯投影相比較，存在著很少差別，從幾何意義看，高斯投影相比較，存在著很少差別，從幾何意義看，UTMUTM投影屬于橫軸等角割圓柱投影，圓柱割地球于投影屬于橫軸等角割圓柱投影，圓柱割地球于兩條等高圈對(duì)球而言上投影后兩條割線上無變兩條等高圈對(duì)球而言上投影后兩條割線上無變形，中央經(jīng)線上長度比小于形，中央經(jīng)線上長度比小于1 1假定假定=0.9996=0.9996UTMUTM投影可參照高斯投影得：投影可參照高斯投

6、影得：)tantan185 (cos120)tan1 (cos6cos9996. 0)49tan5 (cossin24cossin29996. 042552233422342NNNyNNsx蘭勃脫投影蘭勃脫投影vWGS-84WGS-84坐標(biāo)系坐標(biāo)系2.3 GPS2.3 GPS坐標(biāo)系坐標(biāo)系v國際地球參考框架國際地球參考框架(ITRF)(ITRF)v北京北京5454舊坐標(biāo)系舊坐標(biāo)系v北京北京5454新坐標(biāo)系新坐標(biāo)系 WGS-84WGS-84坐標(biāo)系坐標(biāo)系 WGS-84 WGS-84的定義：的定義：(World Geodetic System)WGS-84(World Geodetic System)

7、WGS-84坐坐標(biāo)系的原點(diǎn)在地球質(zhì)心，標(biāo)系的原點(diǎn)在地球質(zhì)心，Z Z軸指向國際時(shí)間局軸指向國際時(shí)間局BIH1984BIH1984年年0 0時(shí)定義的協(xié)定地球極時(shí)定義的協(xié)定地球極CTP CTP Conventional terrestrial Conventional terrestrial PolePole方向，方向，X X軸指向軸指向BIH1984.0BIH1984.0的零度子午面和的零度子午面和CTPCTP赤道赤道的交點(diǎn)，的交點(diǎn)，Y Y軸和軸和Z Z、X X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。它是一個(gè)地固坐軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。它是一個(gè)地固坐標(biāo)系。標(biāo)系。 一、一、WGS-84WGS-84坐標(biāo)系坐標(biāo)系WGS-84WG

8、S-84世界大地坐標(biāo)系世界大地坐標(biāo)系參考橢球面為基準(zhǔn)參考橢球面為基準(zhǔn)面面原點(diǎn)：質(zhì)心原點(diǎn)：質(zhì)心Z Z 軸指向軸指向BIH BIH 1984.0 1984.0 定義的協(xié)議定義的協(xié)議地球極方向地球極方向X X 軸指向軸指向BIH BIH 1984.0 1984.0 的啟始子午的啟始子午面和赤道的交點(diǎn)面和赤道的交點(diǎn)Y Y 軸與軸與X X 軸和軸和Z Z 軸軸構(gòu)成右手系。構(gòu)成右手系。 WGS-84WGS-84橢球及其有關(guān)常數(shù)：橢球及其有關(guān)常數(shù)：WGS-84WGS-84采用的橢球是國采用的橢球是國際大地丈量與地球物理結(jié)合會(huì)第際大地丈量與地球物理結(jié)合會(huì)第1717屆大會(huì)大地丈量屆大會(huì)大地丈量常數(shù)引薦值，其四個(gè)

9、根本參數(shù)：常數(shù)引薦值，其四個(gè)根本參數(shù)：長半徑：長半徑： a=6378 a=63782 2m m；地球引力常數(shù)：地球引力常數(shù)： GM=3986005 GM=3986005108m3s-2108m3s-20.60.6108m3s-2108m3s-2；正常化二階帶諧系數(shù)：正?；A帶諧系數(shù)： C20= -484.16685 C20= -484.1668510-610-61.31.310-910-9； J2=108263 J2=10826310-810-8 地球自轉(zhuǎn)角速度： =729211510-11rads-10.15010-11rads-1二、國際地球參考架二、國際地球參考架 ITRFITRF國際

10、地球參考框架國際地球參考框架ITRF(international terrestrial ITRF(international terrestrial reference frame)reference frame)：由由IERS (International Earth Rotation Service)IERS (International Earth Rotation Service)制定制定的地心參考框架。由空間大地丈量觀測(cè)站的坐的地心參考框架。由空間大地丈量觀測(cè)站的坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)速度來定義的，是國際地球自轉(zhuǎn)效力標(biāo)和運(yùn)動(dòng)速度來定義的，是國際地球自轉(zhuǎn)效力的地面參考框架。的地面參考框架。ITR

11、F是地固坐標(biāo)系，其原點(diǎn)在地球體系的質(zhì)心，參考橢球是WGS-84橢球。 WGS84 WGS84與與ITRFITRF的關(guān)系的關(guān)系WGS84WGS84地面站坐標(biāo)精度為地面站坐標(biāo)精度為1m1m到到2m2m的精度，的精度，ITRFITRF那么為厘那么為厘米級(jí)精度米級(jí)精度引力常數(shù)不同引力常數(shù)不同WGS84WGS84與與ITRFITRF的轉(zhuǎn)換關(guān)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系三、三、19541954年北京坐標(biāo)系年北京坐標(biāo)系 BJ54 BJ54坐標(biāo)系與普爾科沃坐標(biāo)系關(guān)系：坐標(biāo)系與普爾科沃坐標(biāo)系關(guān)系： 一樣點(diǎn)：橢球參數(shù)和大地原點(diǎn)一致一樣點(diǎn)：橢球參數(shù)和大地原點(diǎn)一致 差別：大地點(diǎn)高程、高程異常差別：大地點(diǎn)高程、高程異常 平差方法：分區(qū)

12、分期部分平差。平差方法：分區(qū)分期部分平差。 19541954年北京坐標(biāo)系年北京坐標(biāo)系BJ54BJ54舊舊 參心坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系 坐標(biāo)原點(diǎn)：坐標(biāo)原點(diǎn)：19421942年前蘇聯(lián)的普爾科沃年前蘇聯(lián)的普爾科沃 參考橢球：克拉索夫斯基橢球參考橢球：克拉索夫斯基橢球 2參考橢球面與我國大地水準(zhǔn)面存在著自西 向東明顯的系統(tǒng)性傾斜。4定向不明確。3幾何大地丈量和物理大地丈量運(yùn)用的參考 面不一致。存在的問題：存在的問題：1橢球參數(shù)有較大誤差。坐標(biāo)原點(diǎn)：陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。參考橢球：1975年國際橢球，參心坐標(biāo)系。四、四、19801980年國家大地坐標(biāo)系年國家大地坐標(biāo)系GDZ80GDZ80平差方法：天文大地網(wǎng)整體

13、平差。高程系統(tǒng)：1956年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均海水面2參心大地坐標(biāo)系是在1954年北京坐標(biāo)系基 礎(chǔ)上建立起來的。3橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國境內(nèi)最為密 合，是多點(diǎn)定位。4定向明確。5大地原點(diǎn)地處我國中部。6大地高程基準(zhǔn)采用1956年黃海高程。特點(diǎn)：1采用1975年國際橢球。 新1954年北京坐標(biāo)系BJ54新是由1980國家大地坐標(biāo)GDZ80轉(zhuǎn)換得來的。 坐標(biāo)原點(diǎn)：陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。五、新五、新19541954年北京坐標(biāo)系年北京坐標(biāo)系BJ54BJ54新新 參考橢球：克拉索夫斯基橢球。 平差方法：天文大地網(wǎng)整體平差。BJ54新的特點(diǎn) ：1采用克拉索夫斯基橢球。2是綜合GDZ80和BJ54舊

14、建立起來的參心坐標(biāo)系。六、地方獨(dú)立坐標(biāo)系六、地方獨(dú)立坐標(biāo)系 建立地方獨(dú)立坐標(biāo)系的主要元素坐標(biāo)坐標(biāo)系的系的中央中央子午子午線線起算起算點(diǎn)點(diǎn)坐標(biāo)坐標(biāo)坐標(biāo)坐標(biāo)方位方位角角投影投影面面正常正常高高測(cè)區(qū)測(cè)區(qū)平均平均高程高程異常異常部分部分參考參考橢球橢球體體 不同坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換三維坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換模型三維坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換模型 布爾沙模型布爾沙模型 莫洛金斯基模型莫洛金斯基模型 武測(cè)模型武測(cè)模型三維坐標(biāo)差的轉(zhuǎn)換模型三維坐標(biāo)差的轉(zhuǎn)換模型二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型2.4 2.4 時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng)沙瓶沙瓶 - Sandglass時(shí)間系統(tǒng)的分類時(shí)間系統(tǒng)的分類v恒星時(shí)恒星時(shí)v原子時(shí)原子時(shí) vGPSGPS時(shí)時(shí)v世界時(shí)世界

15、時(shí)恒星時(shí)恒星時(shí)參考點(diǎn)：春分點(diǎn)參考點(diǎn)：春分點(diǎn)定義：春分點(diǎn)兩次經(jīng)過地方上子午圈的時(shí)間間隔為定義：春分點(diǎn)兩次經(jīng)過地方上子午圈的時(shí)間間隔為一恒星日，為一恒星日，為2424個(gè)恒星小時(shí)。春分點(diǎn)的周日視運(yùn)個(gè)恒星小時(shí)。春分點(diǎn)的周日視運(yùn)動(dòng)引起的，并由此派生出動(dòng)引起的，并由此派生出“時(shí)、時(shí)、“分、分、“秒秒等單位。等單位。 屬于地方時(shí)。屬于地方時(shí)。恒星時(shí)是以地球的周期性白轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基準(zhǔn)的時(shí)間系統(tǒng)。天體的周日視運(yùn)動(dòng)是地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的反映。假設(shè)以一個(gè)天體或者天球上某個(gè)特殊點(diǎn)作為參考點(diǎn)，察看參考點(diǎn)延續(xù)兩次經(jīng)過測(cè)站點(diǎn)子午圈的時(shí)間段，即為地球的一個(gè)自轉(zhuǎn)周期。選取春分點(diǎn)作為參考點(diǎn)，用它的周日視運(yùn)動(dòng)周期來描畫時(shí)間的時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)，稱

16、作恒星時(shí)，簡稱恒時(shí)。 闡明：需求指出的是，瞬時(shí)春分點(diǎn)受歲差的影響，每年西移，所以真恒星時(shí)并不嚴(yán)厲等于地球自轉(zhuǎn)周期，而是約短0.008s左右。 格林尼治恒星時(shí) 如下圖，在瞬時(shí)天球坐標(biāo)系中，如下圖，在瞬時(shí)天球坐標(biāo)系中，x軌一直指向瞬時(shí)春分點(diǎn)軌一直指向瞬時(shí)春分點(diǎn)r，而瞬時(shí)地球，而瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)系的x軸那么指向格林尼治平均天文臺(tái)定義的經(jīng)度原點(diǎn)軸那么指向格林尼治平均天文臺(tái)定義的經(jīng)度原點(diǎn)E這樣，假設(shè)以零度經(jīng)這樣，假設(shè)以零度經(jīng)線作為測(cè)站點(diǎn)子午圈，其恒星時(shí)正好等于兩個(gè)坐標(biāo)系線作為測(cè)站點(diǎn)子午圈，其恒星時(shí)正好等于兩個(gè)坐標(biāo)系x軸的夾角，這個(gè)時(shí)間軸的夾角，這個(gè)時(shí)間(夾角夾角)叫做瞬叫做瞬時(shí)春分點(diǎn)的格林尼治恒星時(shí)

17、，也叫格林尼治視恒星時(shí)。時(shí)春分點(diǎn)的格林尼治恒星時(shí)，也叫格林尼治視恒星時(shí)。太陽時(shí)太陽時(shí)參考點(diǎn)：太陽參考點(diǎn)：太陽定義：太陽中心延續(xù)兩次經(jīng)過地方上子午圈的定義：太陽中心延續(xù)兩次經(jīng)過地方上子午圈的時(shí)間間隔為一太陽日，太陽的視運(yùn)動(dòng)。并由時(shí)間間隔為一太陽日，太陽的視運(yùn)動(dòng)。并由此派生出此派生出“時(shí)、時(shí)、“分、分、“秒等單位；屬秒等單位；屬于地方時(shí)。于地方時(shí)。 太陽時(shí)有真太陽時(shí)與平太陽時(shí)之分，真太陽日與平太陽日 真太陽時(shí)-地球相對(duì)于太陽自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間。l平太陽平太陽 假想太陽運(yùn)動(dòng)角速度恒定，且假想太陽運(yùn)動(dòng)角速度恒定，且等于真太陽的平均角速度。等于真太陽的平均角速度。l一個(gè)平太陽日分為一個(gè)平太陽日分為2424個(gè)

18、平太陽時(shí)我們?nèi)諅€(gè)平太陽時(shí)我們?nèi)粘５膸资畣挝怀５膸资畣挝籰恒星時(shí)與平太陽時(shí)之間的關(guān)系恒星時(shí)與平太陽時(shí)之間的關(guān)系定義：格林威治零子午線處的民用時(shí)平太定義：格林威治零子午線處的民用時(shí)平太陽時(shí)再加上陽時(shí)再加上1212平太陽時(shí)化為以子夜起平太陽時(shí)化為以子夜起算，稱為世界時(shí)。算，稱為世界時(shí)。世界時(shí)世界時(shí)原子時(shí)秒長定義原子時(shí)秒長定義位于海平面上的銫位于海平面上的銫133133Cs133Cs133原子基態(tài)兩個(gè)超原子基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)，在零磁場(chǎng)中躍遷輻射振蕩精細(xì)能級(jí)，在零磁場(chǎng)中躍遷輻射振蕩91926317709192631770周所繼續(xù)的時(shí)間為周所繼續(xù)的時(shí)間為1 1原子時(shí)秒，是原子時(shí)秒，是國際制秒的時(shí)間單位。國

19、際制秒的時(shí)間單位。 原子時(shí)原子時(shí)特點(diǎn)：高精度，用于精細(xì)測(cè)定衛(wèi)星信號(hào)的傳播時(shí)間特點(diǎn)：高精度，用于精細(xì)測(cè)定衛(wèi)星信號(hào)的傳播時(shí)間原子鐘原子鐘國際原子時(shí)：國際原子時(shí)：100100座原子鐘，座原子鐘，數(shù)據(jù)處置推算數(shù)據(jù)處置推算出一致原子時(shí)出一致原子時(shí)系統(tǒng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)世界時(shí)Universal Time Coordinated UTC與AT秒長一樣經(jīng)過跳閏秒Leap Seconds，與UT的差值堅(jiān)持在0.9秒內(nèi)通常在6月30日24h或12月31日24h進(jìn)展跳秒正閏秒添加1秒與負(fù)閏秒去掉1秒國際原子時(shí)國際原子時(shí)International Atomic Time IATInternational Atomic Time

20、 IAT19771977年建立年建立經(jīng)過經(jīng)過100100臺(tái)原子鐘比對(duì)求得臺(tái)原子鐘比對(duì)求得來確定。改正，通常由觀測(cè)月亮為世界時(shí)化為歷書時(shí)的；ggTTUTET1歷事書時(shí)歷書時(shí)是以太陽系內(nèi)的天體公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為根底的時(shí)間系統(tǒng)，其規(guī)定1900年1月1日12h的回歸年長度的1/31556925.9747為1歷書秒。在該瞬間，歷書時(shí)與世界時(shí)在數(shù)值上一樣，其后關(guān)系如下GPSGPS時(shí)時(shí)GPS Time GPSTGPS Time GPST原子時(shí)的秒長為基準(zhǔn)，起算點(diǎn)定義在原子時(shí)的秒長為基準(zhǔn)，起算點(diǎn)定義在19801980年年1 1月月6 6日日UTC 0UTC 0時(shí)。時(shí)。IAT GPST = 19sIAT GPST =

21、19sGPSGPS時(shí)與協(xié)調(diào)世界時(shí)的關(guān)系：時(shí)與協(xié)調(diào)世界時(shí)的關(guān)系： GPS GPS時(shí)時(shí)調(diào)整調(diào)整參數(shù)參數(shù)GPSGPS時(shí)間系統(tǒng)：時(shí)間系統(tǒng)：GPST GPST 由由GPSGPS主控站，美國海軍天文臺(tái)主控站，美國海軍天文臺(tái)的原子鐘控制。的原子鐘控制。思索與討論思索與討論1、簡述時(shí)間類型?2、區(qū)別協(xié)議天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系統(tǒng)?3、WGS-84大地坐標(biāo)系的定義。4、闡明我國常用的國家大地坐標(biāo)系。5、區(qū)分高斯投影和UTM投影，解釋高斯投影分帶。坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換算法(z)(x)(y)nnn111222bbbbbbbbbOX Y ZOX Y ZOX Y ZOX Y Z 繞 軸繞 軸繞 軸坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換算法繞三軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換算法

22、(z)(x)(y)nnn111222bbbbbbbbbOX Y ZOX Y ZOX Y ZOX Y Z 繞 軸繞 軸繞 軸cossin0sincos0001zR1000cossin0sincosxRcos0sin010sin0cosyRcos0sin100cossin00100cossinsincos0sin0cos0sincos001coscossinsinsincos sinsincossinsincossincoscoscossinsincoscos sinsinsiyxzR nsincoscossincoscos坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換算法(z)(x)(y)nnn111222bbbbbbbbbOX Y ZOX Y ZOX Y ZOX Y Z 繞 軸繞 軸繞 軸yxzbnxxyRyzz xbxnybyxzynzbznrrrRrrr坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換算法平移+旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換算法000C SXY( )ZTTxxyRyzz 協(xié)議天球到瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換歲差轉(zhuǎn)動(dòng)(x,y,z)CTS (x,y,z)MTzyzMTCTSxxyRyzz ()( )()zyzzyzRRz RR瞬時(shí)平天球到瞬時(shí)天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換章動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)(x,y,z)MT (x,y,z)Txzx