第二章GPS定位的坐標系統(tǒng)及時間系統(tǒng)ppt課件

1、第二章坐標系統(tǒng)與時間系統(tǒng)陽泉職業(yè)技術(shù)學院薛迎春OUTLINE常規(guī)大地丈量中的坐標系統(tǒng)衛(wèi)星大地丈量中的坐標系統(tǒng)GPS常用的坐標系統(tǒng)坐標系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換時間系統(tǒng)Your Location is:36.067901o N94.171071o W2第一節(jié) 經(jīng)典大地丈量中的坐標系統(tǒng)常見的坐標系統(tǒng)空間直角坐標系大地坐標系平面直角坐標系31、復(fù)習建立丈量坐標系的基準面是什么？4參考橢球面和參心坐標系大地水準面海洋陸地地球外表參考橢球面參考橢球52、參心坐標系的特點6我國的大地坐標系1954年北京坐標系類型：參心坐標系建立：與蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標系聯(lián)測橢球：克拉索夫斯基橢球問題：參考橢球面與我國大地水準面

2、符合不好1980年國家大地坐標系類型：參心坐標系建立：進展了我國的天文大地網(wǎng)整體平差，采用新的橢球元素，進展了定位和定向大地原點：陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)橢球：1975年國際大地丈量與地球物理結(jié)合會第16屆年會NO1GEOIDNO2P1773、平面直角坐標系的建立8高斯平面直角坐標定義高斯平面直角坐標系的定義X 軸：中央子午線的投影Y 軸：赤道的投影原點：兩軸的交點假東、假北為了防止坐標系中出現(xiàn)負值，一致規(guī)定將每一帶的坐標軸西移或南移一定間隔。我國的假北為0，假東為500km高斯分帶投影6度帶3度帶9經(jīng)典大地丈量中的坐標系統(tǒng)定義一個坐標系統(tǒng)，包含哪兩個根本要素？建立參心坐標系的出發(fā)點是什么？建立一個

3、參心大地坐標系，必需處理那些問題？10第二節(jié) 衛(wèi)星定位中的坐標系描畫衛(wèi)星的位置天球坐標系描畫地球上的點的位置地球坐標系11一、天球和天球坐標系天球以地球質(zhì)心為中心，半徑為恣意長度的一個假想球體。121、天球天軸:地球自轉(zhuǎn)軸的延伸線天極:天軸與天球的交點天球赤道面：經(jīng)過地球質(zhì)心，與天軸垂直的平面天球子午面：包含天軸,并經(jīng)過天球上任何一點的平面13黃道和春分點黃道：地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓，即地球公轉(zhuǎn)時，地球上的觀測者所見到的太陽在天球上的軌道春分點：當太陽在黃道上從天球南半球向北半球運轉(zhuǎn)時黃道與天球赤道的交點142、天球坐標系的兩種表示方法天球球面坐標系 (赤經(jīng)，赤緯，向徑)天球空間直角

4、坐標系 (X,Y,Z)p11153、建立天球坐標系的兩個問題實踐地球的外形近似一個赤道隆起的橢球體，因此在日月引力和其他天體對隆起部分的作用下，地球在繞太陽運轉(zhuǎn)時，自轉(zhuǎn)軸的方向不再堅持不變而使春分點在黃道上產(chǎn)生緩慢的西移歲差、章動P14、15164、三種天球坐標系瞬時真天極瞬時平天極一個特定時辰，即規(guī)范歷元：2000.1.15：的瞬時平天極P1517三種天球坐標系瞬時真天球坐標系瞬時真天極、瞬時真赤道面、瞬時真春分點坐標軸指向隨時間變化瞬時平天球坐標系瞬時平天極、瞬時平赤道面、瞬時平春分點經(jīng)過了章動矯正規(guī)范歷元的平天球坐標系相應(yīng)規(guī)范歷元2000.1.15的一個特定時辰的平天球坐標系經(jīng)過了規(guī)范歷

5、元到觀測歷元的歲差矯正18二、地球坐標系空間技術(shù)和遠程武器的開展，要求提供高精度的地心坐標191、地心坐標系的定義地心空間直角坐標系地心大地坐標系P12圖2-2思索：和參心坐標系統(tǒng)的定義有何區(qū)別？202、建立地球坐標系的問題：極移極移地球自轉(zhuǎn)軸相對于地球體的位置不是固定的，因此地極點在地球外表的位置是隨時間而變化的，這種景象稱為極移。P15瞬時北地極1900.001905.00年地球自轉(zhuǎn)軸的瞬時平均位置213、兩種地球坐標系地球坐標系原點Z軸X軸瞬時地球坐標系地心瞬時北地極平地球坐標系地心協(xié)議地極原點如1900.001905.00年地球自轉(zhuǎn)軸的瞬時平均位置)與地心和CIO連線正交之平面和格林尼

6、治平子午面的交線瞬時真赤道面和包含瞬時自轉(zhuǎn)軸的格林尼治平子午面的交線協(xié)議地球坐標系？P1622WGS-84坐標系類型：協(xié)議地球坐標系，地心地固坐標系ECEF定義:原點：地球的質(zhì)心 Z軸：指向BIH1984.0定義的CTP協(xié)議地球極方向 X軸：指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交點 Y軸：和Z,X構(gòu)成右手系橢球國際大地丈量與地球物理結(jié)合會第17屆年會P1623小結(jié)：GPS中的坐標系統(tǒng)WGS-84坐標系我國的國家大地坐標系 地方獨立坐標系ITRF坐標框架站心坐標系p16241、地方獨立坐標系產(chǎn)生：高斯投影3度帶、六度帶有利于一致互算投影變形地方獨立坐標系以當?shù)刈游缇€為中央子午線以當?shù)仄?/p>

7、均海拔高程面為參考橢球面地方參考橢球？25為什么討論地方參考橢球？1、為什么GPS控制網(wǎng)要選擇地方參考橢球參數(shù)？而常規(guī)控制網(wǎng)計算時只強調(diào)投影面？26如何確定地方參考橢球的參數(shù)？1、僅改動知橢球的長半徑1直接以投影面到橢球面間隔H為 長半徑變化量2由測區(qū)平均曲率半徑的變動量求長半徑3以測區(qū)卯酉圈曲率半徑的變化量求長半徑變化量2、僅改動橢球中心位置，并不改動定向及元素3、改動長半徑及偏心率,不改動橢球定位和定向p18272、ITRF參考框架International Terrestrial Reference Frame產(chǎn)生:綜合了SLR、VLBI、LLR觀測數(shù)據(jù)，得到觀測站的數(shù)據(jù)集，經(jīng)過結(jié)合解算

8、得到一致的數(shù)據(jù)集，定義出的一個地心參考框架本質(zhì):地心地固系的詳細表達p19283、站心坐標系站心赤道直角坐標系站心地平直角坐標系p1229第三節(jié) 坐標系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換區(qū)分坐標變換在不同坐標系表示方式之間進展變換坐標轉(zhuǎn)換在不同的參考基準間進展變換基準的轉(zhuǎn)換p1930一、坐標系的變換空間大地坐標系空間直角坐標系空間直角坐標系空間大地坐標系空間大地坐標系高斯平面直角坐標系 311、(B L H)(X Y Z)需求哪些參數(shù)？322、(X Y Z)(B L H)需求哪些參數(shù)？333、(B L)(x y)高斯投影的計算公式：需求哪些參數(shù)？34二、坐標轉(zhuǎn)換的根本方法 BJ54 WGS84(B,L)1 (B,L

9、)2(x,y)1 (x,y)2(X,Y,Z)1 (X,Y,Z)235空間直角坐標系的轉(zhuǎn)換36布爾沙模型P20，公式 2-2037布爾沙模型P20，公式 2-21382、轉(zhuǎn)換參數(shù)的計算假設(shè)不知道兩坐標系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，而是知道部分點在兩個坐標系的坐標，稱公共點，須經(jīng)過公共點的兩組坐標求得轉(zhuǎn)換參數(shù)39求轉(zhuǎn)換參數(shù)的模型P20，公式 2-2240轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法三點法：對轉(zhuǎn)換參數(shù)的要求精度不高，或只需三個公共點時，可用三個點的9個坐標，列出9個方程，取其中的7個方程求解多點法：由公共點在兩個坐標系中的坐標，按照轉(zhuǎn)換模型，以轉(zhuǎn)換參數(shù)為未知數(shù)寫出誤差方程41三、WGS-84坐標系我國國家坐標系 BJ54 W

10、GS84(x,y)1 (x,y)2(B,L)1 (B,L)2(X,Y,Z)1 (X,Y,Z)242轉(zhuǎn)換中的參數(shù)設(shè)置B L HWGS-84X Y ZWGS-84X Y ZBJ54/STATE80B L HBJ54/STATE80 x y高斯平面提供轉(zhuǎn)換參數(shù)七參數(shù)橢球參數(shù)橢球參數(shù)投影參數(shù)三個平移橢球參數(shù)差化簡長半軸之差： -108扁率之差： +0.00480795原點平移參數(shù)： +15 -150 -9043第四節(jié) 時間系統(tǒng)時間系統(tǒng)常用的時間系統(tǒng)GPS時間系統(tǒng)時間系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換44意義：衛(wèi)星的位置誤差1cm，要求相應(yīng)的時辰誤差應(yīng)小于2.6x10-6秒；測距誤差1cm，要求信號傳播時間的丈量誤差，應(yīng)不超

11、越3x10-11秒；45一、時間系統(tǒng)時間：包含時辰和時間間隔兩種意義時間系統(tǒng)：作為測時的基準，包含時間尺度單位和原點起始歷元，普通來說任何一個可觀測的周期運動景象，只需滿足：延續(xù)性，穩(wěn)定性，復(fù)現(xiàn)性均可作為時間基準46二、常用的時間系統(tǒng)世界上如今通用的時間系統(tǒng)時什么？時間的單位尺度不同；度量時間的時鐘不同47常用的幾類時間系統(tǒng)恒星時和太陽時歷書時原子時地球的周期性自轉(zhuǎn)地球的周期性公轉(zhuǎn)原子核外電子能級躍遷時輻射的電磁波的頻率481、世界時系統(tǒng)世界時系統(tǒng)恒星時春分點太陽時太陽根據(jù)天體的周日視運動反映地球的自轉(zhuǎn)；平太陽時平太陽49恒星時恒星時選取春分點作為參考點，用它的周日視運動周期來描畫時間的時間計

12、量系統(tǒng)。參照于遙遠星體的地球自轉(zhuǎn)周期參考點：一個天體或天球上某個特殊點測站點子午圈參考點延續(xù)兩次經(jīng)過測站點子午圈的時間段50太陽時參照于太陽的地球自轉(zhuǎn)周期太陽時選取太陽作為參考點，用它的周日視運動周期來描畫時間的時間計量系統(tǒng)。51平太陽時太陽時的問題真太陽的周日視運動不均勻，并不嚴厲等于地球自轉(zhuǎn)周期。冬長夏短，最長和最短可相差51秒；平太陽假設(shè)一個參考點的運動速度等于真太陽周年視運動平均速度，且該點在赤道上作周年運動。平太陽時以平太陽的周日視運動為根底建立的時間系統(tǒng)。52世界時UT世界時以平子夜為零時的格林尼治平太陽時UT極移矯正UT1地球自轉(zhuǎn)速度矯正UT2長期變化：潮汐影響使地球自轉(zhuǎn)速度變慢

13、；季節(jié)性變化：大氣層中的氣團歲季節(jié)變化；不規(guī)那么變化：地球內(nèi)部的物質(zhì)運動；532、原子時ATI原子時秒長位于海平面的銫133原子基態(tài)兩個超精細能級，在零磁場中躍遷輻射震蕩9192631770周所繼續(xù)的時間，為一原子時秒。國際原子時國際上約100座原子鐘，經(jīng)過相互比對，經(jīng)數(shù)據(jù)處置推算出一致的原子時系統(tǒng)。54原子時原子時原點UT2(1958.1.1.0)-0.0039sUT2IAT1958.0t(地球自轉(zhuǎn)速度長期性變慢，世界時每年比原子時慢約一秒)553、協(xié)調(diào)世界時UTC協(xié)調(diào)世界時從1972年開場，國際上開場運用一種以原子時秒長為基準，時辰上接近世界時的折衷的時間系統(tǒng)。秒長穩(wěn)定廣泛運用于天體丈量，

14、大地丈量，研討地球自轉(zhuǎn)速度56協(xié)調(diào)世界時tUT11972.0UTC1958.0IAT閏秒當協(xié)調(diào)時和世界時相差超越正負0.9秒時，便在協(xié)調(diào)時上參與一個閏秒跳秒。 跳秒由國際自轉(zhuǎn)效力組織發(fā)布，普通在12.31或6.30進展在2006年的元旦，我國的時鐘將撥慢： 7時59分59秒7時59分60秒8時00分00秒。57三、GPS時間系統(tǒng)GPST屬于原子時系統(tǒng)秒長與原子時一樣原點：1980年1月6日的UTC零時沒有跳秒tUT11972.0UTC1958.0IATt1980.1.619sGPST58思索試比較參心坐標系和地心坐標系。各類天球坐標系和地球坐標系的關(guān)系是什么?如何轉(zhuǎn)換？不同的參心坐標系之間的轉(zhuǎn)換和參心坐標系到地心坐標系之間的轉(zhuǎn)換有不同嗎？不同類型的時間系統(tǒng)有哪些特點和區(qū)別？聯(lián)絡(luò)是什么？59天球坐標系與地球坐標系聯(lián)絡(luò)1原點都位于地球的質(zhì)心2瞬時自轉(zhuǎn)軸和瞬時天軸重合；即瞬時天球坐標系和瞬時地球坐標系的Z軸重合3X軸分別指向春分點和格林尼治天文子午面