坐標(biāo)和時(shí)間系統(tǒng)

1、關(guān)于坐標(biāo)與時(shí)間系統(tǒng)第一張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月預(yù)備知識(shí)天球的基本概念 所謂天球，是指以地球質(zhì)心O為中心，半徑 r為任意長度的一個(gè)假想的球體。在天文學(xué)中，通常均把天體投影到天球的球面上，并利用球面坐標(biāo)來表達(dá)或研究天體的位置及天體之間的關(guān)系。 建立球面坐標(biāo)系統(tǒng)，如圖21所示. 參考點(diǎn)、線、面和圈第二張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第三張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月天球的概念第四張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 天軸與天極 地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線為天軸，天軸與天球的交點(diǎn) PN 和 PS 稱為天極，其中 PN 稱為北天極， PS 為南天極。 天球赤道面與

2、天球赤道 通過地球質(zhì)心 O 與天軸垂直的平面稱為天球赤道面。天球赤道面與地球赤道面相重合。該赤道面與天球相交的大圓稱為天球赤道。 天球子午面與子午圈 含天軸并通過任一點(diǎn)的平面，稱為天球子午面. 天球子午面與天球相交的大圓稱為天球子午圈。第五張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 時(shí)圈 通過天軸的平面與天球相交的大圓均稱為時(shí)圈。黃道 地球公轉(zhuǎn)的軌道面(黃道面)與天球相交的大圓稱為黃道。 黃道面與赤道面的夾角稱為黃赤交角，約為23.5度。黃極 通過天球中心，且垂直于黃道面的直線與天球的交點(diǎn)，稱為黃極。其中靠近北天極的交點(diǎn)稱為北黃極，靠近南天極的交點(diǎn)稱為南黃極。第六張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2

3、022年6月春分點(diǎn)與秋分點(diǎn) 黃道與赤道的兩個(gè)交點(diǎn)稱為春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)。視太陽在黃道上從南半球向北半球運(yùn)動(dòng)時(shí)，黃道與天球赤道的交點(diǎn)稱為春分點(diǎn)，用 表示。 在天文學(xué)中和研究衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)時(shí)，春分點(diǎn)和天球赤道面，是建立參考系的重要基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)面 赤經(jīng)與赤緯 地球的中心至天體的連線與天球赤道面的夾角稱為赤緯,春分點(diǎn)的天球子午面與過天體的天球子午面的夾角為赤經(jīng)。第七張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 地球的公轉(zhuǎn)：開普勒三大運(yùn)動(dòng)定律： 運(yùn)動(dòng)的軌跡是橢圓，太陽位于其橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上； 在單位時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等； 運(yùn)動(dòng)的周期的平方與軌道的長半軸的立方的比為常數(shù)。第八張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月

4、 地球的自轉(zhuǎn) 的特征： (1) 地軸方向相對(duì)于空間的變化（歲差和章動(dòng)） 歲差：地球自轉(zhuǎn)軸在空間的變化，是日月引力的共同結(jié)果。假設(shè)月球的引力及其運(yùn)行軌道是固定不變的,由于日、月等天體的影響，地球的旋轉(zhuǎn)軸在空間圍繞黃極發(fā)生緩慢旋轉(zhuǎn)，形成一個(gè)倒圓錐體（見下圖），其錐角等于黃赤交角=23.5 ，旋轉(zhuǎn)周期為26000年，這種運(yùn)動(dòng)稱為歲差，是地軸方向相對(duì)于空間的長周期運(yùn)動(dòng)。歲差使春分點(diǎn)每年向西移動(dòng)50.3第九張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第十張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月考慮歲差和章動(dòng)的共同影響：真旋轉(zhuǎn)軸、瞬時(shí)真天極、真天球赤道、瞬時(shí)真春分點(diǎn)?？紤]歲差的影響：瞬時(shí)平天極、瞬時(shí)平天球

5、赤道、瞬時(shí)平春分點(diǎn)。 北天極在天球上繞黃極旋轉(zhuǎn)的軌道不是平滑的小園，而是類似圓的波浪曲線運(yùn)動(dòng)，即地球旋轉(zhuǎn)軸在歲差的基礎(chǔ)上疊加周期為18.6年，且振幅為9.21的短周期運(yùn)動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為章動(dòng)。真赤道: 某一時(shí)刻的赤道。(由于歲差和章動(dòng)的影響,每一時(shí)刻赤道的位置不同)平赤道:只有歲差影響時(shí)的赤道。黃經(jīng)章動(dòng):章動(dòng)引起的黃經(jīng)變化。即平春分點(diǎn)與真春點(diǎn)的角距。交角章動(dòng):章動(dòng)引起的黃赤交角的變化。第十一張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月章動(dòng)影響第十二張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 (2)地軸相對(duì)于地球本身相對(duì)位置變化（極移） 地球自轉(zhuǎn)軸存在相對(duì)于地球體自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置變化，從而導(dǎo)致

6、極點(diǎn)在地球表面上的位置隨時(shí)間而變化，這種現(xiàn)象稱為極移。 某一觀測瞬間地球極所在的位置稱為瞬時(shí)極，某段時(shí)間內(nèi)地極的平均位置稱為平極。地球極點(diǎn)的變化，導(dǎo)致地面點(diǎn)的緯度發(fā)生變化。天文聯(lián)合會(huì)(IAU)和大地測量與地球物理聯(lián)合會(huì)(IUGG) 建議采用國際上5個(gè)緯度服務(wù)(ILS)站以19001905年的平均緯度所確定的平極作為基準(zhǔn)點(diǎn)，通常稱為國際協(xié)議原點(diǎn)CIO (Conventional International Origin) 。也稱協(xié)議地球極CTP。第十三張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月國際極移服務(wù) ( IPMS ) 和國際時(shí)間局( BIH )等機(jī)構(gòu)分別用不同的方法得到地極原點(diǎn)。國際時(shí)間局

7、BIH的CIO有：BIH1968.0，BIH1979.0，BIH1984.0與CIO相應(yīng)的地球赤道面稱為平赤道面或協(xié)議赤道面 。地極坐標(biāo)系：以CIO為原點(diǎn)，零子午線方向?yàn)閄軸，以零子午線以西為了描述90子午線為y軸。 用來描述極移規(guī)律。第十四張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第十五張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第十六張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月地球自轉(zhuǎn)不但不均勻，而且還有季節(jié)性和短期性的變化?，F(xiàn)已弄清的有以下幾種原因： 地球自轉(zhuǎn)長期減慢的現(xiàn)象引起長期減慢的原因，一般認(rèn)為是受潮汐磨擦力的影響。日長大約在100年內(nèi)增長0s.0016。 地球自轉(zhuǎn)不規(guī)則的變化地球自轉(zhuǎn)

8、有時(shí)快有時(shí)慢。在快慢交替的時(shí)候，變化相當(dāng)顯著，變化量將超過地球自轉(zhuǎn)在100年內(nèi)長期減慢所積累起的數(shù)值。原因：多方面，內(nèi)部物質(zhì)的移動(dòng)；太陽光斑噴射的微粒子流與地球磁場耦合而產(chǎn)生得阻尼影響。(3)地球自轉(zhuǎn)速度變化（日長變化）第十七張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 地球自轉(zhuǎn)的季節(jié)性變化周期較短，變化周期為一年和半年，變化振幅最大可達(dá)0s.03左右。原因：科學(xué)家們認(rèn)為是由大氣環(huán)流的季節(jié)性變化造成的。 地球自轉(zhuǎn)的短周期變換周期為一個(gè)月和半個(gè)月，振幅在1毫秒以下，全部積累起來的影響在最大時(shí)也不超過3毫秒。 極移地球除自轉(zhuǎn)速度不均勻外，地極在地球表面上24米24米范圍之內(nèi)作反時(shí)針近似圓形螺旋曲線的

9、周期運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為“極移”。周期約為一年。由于“極移”導(dǎo)致各地的經(jīng)、緯度不同，從而各地天文臺(tái)所測的世界時(shí)稍有差異。 第十八張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 描述上述三種地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的參數(shù)稱為地球定向參數(shù) (EOP)，描述地球自轉(zhuǎn)速度變化的參數(shù)和描述極移的參數(shù)稱為地球自轉(zhuǎn)參數(shù)(ERP)，EOP 即為 ERP 加上歲差和章動(dòng)，其數(shù)值可以在國際地球旋轉(zhuǎn)服務(wù)(IERS)網(wǎng)站( )上得到。第十九張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月時(shí)間的描述包括時(shí)間原點(diǎn)、單位（尺度）兩大要素。 時(shí)間是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程的連續(xù)的表現(xiàn)，選擇測量時(shí)間單位的基本原則是選取一種物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)。時(shí)間的特點(diǎn)是連續(xù)、均勻，

10、故一種物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)也應(yīng)該連續(xù)、均勻。周期運(yùn)動(dòng)滿足如下三項(xiàng)要求，可以作為計(jì)量時(shí)間的方法。 運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的； 運(yùn)動(dòng)的周期具有足夠的穩(wěn)定性； 運(yùn)動(dòng)是可觀測的。 選取的物理對(duì)象不同，時(shí)間的定義不同: 地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、地球的公轉(zhuǎn)、物質(zhì)的振動(dòng)等。 2.2 時(shí)間系統(tǒng)第二十張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月恒星時(shí)(ST)以春分點(diǎn)作為基本參考點(diǎn)，由春分點(diǎn)周日視運(yùn)動(dòng)確定的時(shí)間，稱為恒星時(shí)。春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過同一子午圈上中天的時(shí)間間隔為一個(gè)恒星日，分為24個(gè)恒星時(shí)，某一地點(diǎn)的地方恒星時(shí)，在數(shù)值上等于春分點(diǎn)相對(duì)于這一地方子午圈的時(shí)角。 地方真恒星時(shí)、平恒星時(shí)、格林尼治真恒星時(shí)、 格林尼治平恒星時(shí)之間的關(guān)系：第二十

11、一張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月平太陽時(shí)MT以真太陽作為基本參考點(diǎn)，由其周日視運(yùn)動(dòng)確定的時(shí)間，稱為真太陽時(shí)。一個(gè)真太陽日就是真太陽連續(xù)兩次經(jīng)過某地的上中天（上子午圈）所經(jīng)歷的時(shí)間。 地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度不均勻。近日點(diǎn)快、遠(yuǎn)日點(diǎn)慢。真太陽日在近日點(diǎn)最長、遠(yuǎn)日點(diǎn)最短。假設(shè)以平太陽作為參考點(diǎn)，其速度等于真太陽周年運(yùn)動(dòng)的平均速度。平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過同一子午圈的時(shí)間間隔，稱為一個(gè)平太陽日平太陽日是以平子夜的瞬時(shí)作為時(shí)間的起算零點(diǎn)，如果LAMT 表示平太陽時(shí)角，則某地的平太陽時(shí) MT = LAMT + 12 (平子夜與平正午差12小時(shí)）第二十二張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月世界時(shí)U

12、T： 以格林尼治平子夜為零時(shí)起算的平太陽時(shí)稱為世界時(shí)。 UT = GAMT + 12 GAMT 代表格林尼治平太陽時(shí)角。世界時(shí)世界時(shí)UT可分為以下三類：UT0：直接由天文觀測得到的世界時(shí)。由于極移的影響使各地測得的UT0有微小的差別，所以不宜作統(tǒng)一的時(shí)間。 UT1：是由UT0經(jīng)過極移改正后得出的時(shí)間，稱為世界時(shí)。這是真正反映地球自轉(zhuǎn)的統(tǒng)一時(shí)間。也是天文航海所用的時(shí)間。 UT1=UT0+第二十三張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月UT2：是由UT1經(jīng)過季節(jié)性改正后得出的世界時(shí)間。這是1972年以前國際公認(rèn)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。但是，由于它仍舊存在著無法預(yù)測的長期減慢和不規(guī)則變化等因素的影響，所以在對(duì)

13、時(shí)間精度提出更高要求的情況下，UT2也就不能作為均勻的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)了。 UT2=UT1+T第二十四張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月歷書時(shí)ET與力學(xué)時(shí) DT由于地球自轉(zhuǎn)速度不均勻，導(dǎo)致用其測得的時(shí)間不均勻。1958年第10屆IAU決定，自1960年起開始以地球公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基準(zhǔn)的歷書時(shí)來量度時(shí)間，用歷書時(shí)系統(tǒng)代替世界時(shí)。 歷書時(shí)的秒長規(guī)定為1900年1月1日12時(shí)整回歸年長度的131556925.9747在天文學(xué)中，天體的星歷是根據(jù)天體動(dòng)力學(xué)理論建立的運(yùn)動(dòng)方程而編寫的，其中采用的獨(dú)立變量是時(shí)間參數(shù)T,其變量被定義為力學(xué)時(shí)，力學(xué)時(shí)是均勻的。參考點(diǎn)不同，力學(xué)時(shí)分為兩種： 1) 太陽系質(zhì)心力學(xué)時(shí)TD

14、B 2) 地球質(zhì)心力學(xué)時(shí)TDT第二十五張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月TDT和TDB可以看作是ET分別在兩個(gè)坐標(biāo)系中的實(shí)現(xiàn)，TDT代替了過去的ET地球質(zhì)心力學(xué)時(shí)的基本單位國際秒制，與原子時(shí)的尺度相同。IGU規(guī)定：1977年1月1日原子時(shí)（TAI) 0時(shí)與地球力學(xué)時(shí)嚴(yán)格對(duì)應(yīng)為： TDT=TAI+32.184 第二十六張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月原子時(shí)(AT) 原子時(shí)是一種以原子諧振信號(hào)周期為標(biāo)準(zhǔn)。原子時(shí)的基本單位是原子時(shí)秒，定義為：在零磁場下，位于海平面的銫原子基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷輻射9192631770周所持續(xù)的時(shí)間為原子時(shí)秒，規(guī)定為國際單位制中的時(shí)間單位。 原子時(shí)

15、的原點(diǎn)定義：1958年1月1日UT2的0時(shí)。 AT=UT20.0039(s) 地球自轉(zhuǎn)的不均性，原子時(shí)與世界時(shí)的誤差逐年積累。第二十七張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)原子時(shí)與地球自轉(zhuǎn)沒有直接聯(lián)系，由于地球自轉(zhuǎn)速度長期變慢的趨勢(shì)，原子時(shí)與世界時(shí)的差異將逐漸變大，秒長不等，大約每年相差1秒，便于日常使用，協(xié)調(diào)好兩者的關(guān)系，建立以原子時(shí)秒長為計(jì)量單位、在時(shí)刻上與平太陽時(shí)之差小于0.9秒的時(shí)間系統(tǒng)，稱之為世界協(xié)調(diào)時(shí)(UTC)。當(dāng)大于0.9秒，采用12月31日或6月30日調(diào)秒。調(diào)秒由國際計(jì)量局來確定公布。世界各國發(fā)布的時(shí)號(hào)均以UTC為準(zhǔn)。第二十八張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作

16、于2022年6月GPS時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間的計(jì)量對(duì)于衛(wèi)星定軌、地面點(diǎn)與衛(wèi)星之間距離測量至關(guān)重要，精確定時(shí)設(shè)備是導(dǎo)航定位衛(wèi)星的重要組成部分。 GPS的時(shí)間系統(tǒng)采用基于美國海軍觀測實(shí)驗(yàn)室USNO維持的原子時(shí)稱為GPST。GPST的起點(diǎn)，規(guī)定1980年1月6日0時(shí)GPS與UTC相等。GPST = UTC + n第二十九張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3 坐標(biāo)系統(tǒng)一、基本概念1、大地基準(zhǔn)：地球橢球橢球參數(shù):長半徑和扁率。橢球定向:橢球旋轉(zhuǎn)軸平行于地球旋轉(zhuǎn)軸,橢球起始 子午面平行于地球起始子午面。橢球定位:確定橢球中心與地球中心的相對(duì)位置。第三十張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 2、大地

17、測量參考系天球坐標(biāo)系：用于研究天體和人造衛(wèi)星的定位與運(yùn)動(dòng)。地球坐標(biāo)系： 用于研究地球上物體的定位與運(yùn)動(dòng)，是以旋轉(zhuǎn)橢球?yàn)閰⒄阵w建立的坐標(biāo)系統(tǒng)。坐標(biāo)參考系統(tǒng)：天球坐標(biāo)系、地球坐標(biāo)系第三十一張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月點(diǎn)的坐標(biāo)可用（x,y,z）表示，也可用（L，B，H）表示?；鶞?zhǔn)和坐標(biāo)系兩方面要素構(gòu)成了完整的坐標(biāo)參考系統(tǒng)!高程參考系統(tǒng)正高: 以大地水準(zhǔn)面為參考面PH正HN正常高: 以似大地水準(zhǔn)為參考面第三十二張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月重力參考系統(tǒng)：重力觀測的參考系統(tǒng)。3、大地測量的參考框架大地測量參考系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，是通過布設(shè)大地控制網(wǎng)(點(diǎn)) 構(gòu)建坐標(biāo)參考框架、高程參考

18、框架、重力參考框架。、坐標(biāo)參考框架： 具體實(shí)現(xiàn)：國家平面控制網(wǎng)，GPS網(wǎng)、高程參考框架: 具體實(shí)現(xiàn)：國家高程控制網(wǎng)（水準(zhǔn)網(wǎng)）、重力參考框架： 具體實(shí)現(xiàn)：國家重力基本（控制）網(wǎng)第三十三張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4、橢球定位和定向概念橢球定位：確定橢球中心的位置。地心定位：橢球面與大地水準(zhǔn)面全球最佳符合。橢球中心與地球質(zhì)心一致或最為接近。局部定位：橢球面與大地水準(zhǔn)面局部最佳符合。橢球定向：確定旋轉(zhuǎn)軸和起始子午面的方向。 a.橢球短軸平行于地球旋轉(zhuǎn)軸； b.大地起始子午面平行于天文起始子午面。參考橢球：具有確定參數(shù)(a,),經(jīng)過局部定位和定向 的地球橢球?？偟厍驒E球：具有確定參數(shù)(a

19、,),經(jīng)過地心定位和定向，與全球大地水準(zhǔn)面最為密合的地球橢球。第三十四張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月二、慣性坐標(biāo)系(CIS)與協(xié)議天球坐標(biāo)系1、慣性坐標(biāo)系（CIS）與協(xié)議天球坐標(biāo)系定義慣性坐標(biāo)系（CIS）：在空間不動(dòng)或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系。 協(xié)議天球坐標(biāo)系：以某一約定時(shí)刻t0作為參考?xì)v元， 把該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)自轉(zhuǎn)軸經(jīng)歲差和章動(dòng)改正后 作為Z軸，以對(duì)應(yīng)的春分點(diǎn)為X軸的指向點(diǎn)，以XOZ 的垂直方向?yàn)閅軸方向建立的天球坐標(biāo)系。 是一種近似的慣性坐標(biāo)系。 目前采用的協(xié)議天球坐標(biāo)系是以標(biāo)準(zhǔn)歷元J2000.0（2000年1月15日）的平赤道和平春分點(diǎn)為依據(jù)的。XYZoP春分點(diǎn)黃道天球赤道第三

20、十五張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系：以某一瞬時(shí)平天球赤道和對(duì)應(yīng)的春分點(diǎn)為依據(jù)。 瞬時(shí)真天球坐標(biāo)系：以某一瞬時(shí)北天極和對(duì)應(yīng)的真春分點(diǎn)為依據(jù)。2、協(xié)議天球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到瞬時(shí)真天球坐標(biāo)系、協(xié)議天球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系第三十六張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月其中ZA，A，A為歲差參數(shù)P0Pir0ri標(biāo)準(zhǔn)歷元平赤道瞬時(shí)平赤道ZYXZYXAAzA第三十七張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月為觀測歷元 t 的儒略日。、瞬時(shí)平天球坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到瞬時(shí)真天球坐標(biāo)第三十八張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月黃道平赤道真赤道平春分點(diǎn)真春分點(diǎn)ZYXZYX其中，為黃赤

21、交角，交角章動(dòng)，黃經(jīng)章動(dòng)進(jìn)而有：第三十九張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月三、地固坐標(biāo)系（地球坐標(biāo)系）地固坐標(biāo)系：原點(diǎn)O與地心（參心）重合，Z軸指向地球北 極，X軸指向地球赤道面與格林尼治子午圈的交點(diǎn)，Y 軸在赤道平面里與XOZ構(gòu)成右手坐標(biāo)系。地心坐標(biāo)系：以總橢球?yàn)榛鶞?zhǔn)參心坐標(biāo)系：以參考橢球?yàn)榛鶞?zhǔn)XYZoP地球赤道首子午線LB協(xié)議地球坐標(biāo)系（CTS）：以協(xié)議地極CTP為Z軸方向。大多采用CIO為Z軸指向點(diǎn)。以對(duì)應(yīng)赤道面與起始子午圈的交點(diǎn)為X軸指向。瞬時(shí)地球坐標(biāo)系：以瞬時(shí)極為Z軸方向。第四十張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1、協(xié)議地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)地球坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換二者差異由于

22、極移的影響產(chǎn)生。極移參數(shù)國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)組織IERS根據(jù)所屬臺(tái)站的觀測推算得到以公報(bào)形式發(fā)布。0ZCTSYCTSXCTSZt YtXt協(xié)議赤道瞬時(shí)赤道格林尼治平子午線xpypCTPt僅取至一次項(xiàng)有第四十一張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2、協(xié)議地球坐標(biāo)系與協(xié)議天球坐標(biāo)系的關(guān)系、瞬時(shí)地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)天球坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換真春分點(diǎn)起始子午線赤道GASTxyzXYZ二者z軸重合，x軸間差格林尼治真恒星時(shí)時(shí)角GAST。第四十二張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月、協(xié)議地球坐標(biāo)系與協(xié)議天球坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換第四十三張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.地球參心坐標(biāo)系、建立參心坐標(biāo)系的

23、工作a.確定橢球的幾何參數(shù)（長半徑a和扁率）一般采用國際橢球參數(shù)。b.橢球定位c.椐球定向：平行條件d.建立大地原點(diǎn)如圖兩個(gè)坐標(biāo)系的關(guān)系參數(shù)：三個(gè)平移參數(shù)(X0,Y0,Z0)三個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)X ,Y ,Z根據(jù)橢球定向平行條件有：X=0、Y=0、Z=0第四十四張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月、大地原點(diǎn)和大地起算數(shù)據(jù)選定某一適宜的點(diǎn)K作為大地原點(diǎn)，觀測其天文經(jīng)度K，天文緯度K，正高H正K，至某相鄰點(diǎn)的天文方位角K，然后再換算成大地經(jīng)度LK，大地緯度BK，大地方位角AK，大地高HK。LK，BK，AK稱為大地起算數(shù)據(jù)，大地原點(diǎn)又稱大地起算點(diǎn)。第四十五張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月根據(jù)

24、廣義垂線偏差公式和廣義拉普拉斯方程有：顧及 X=0，Y=0 ，Z=0，有：K大地原點(diǎn)垂線偏差子午分量K大地原點(diǎn)垂線偏差卯酉分量 NK大地水準(zhǔn)面差距第四十六張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月、參考橢球的定位和定向一點(diǎn)定位如果選擇大地原點(diǎn)：則大地原點(diǎn)的坐標(biāo)為：第四十七張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月多點(diǎn)定位：在全國范圍內(nèi)觀測許多點(diǎn)的天文經(jīng)度，天文緯度，天文方位角（這樣的點(diǎn)稱為拉普拉斯點(diǎn)）。利用這些觀測成果和已有的橢球參數(shù)，根據(jù)最佳擬合條件N 2=min（或2=min），采用最小二乘原理，求出橢球定位參數(shù)X0，Y0，Z0，旋轉(zhuǎn)參數(shù)X，y，Z，橢球幾何參數(shù)的改正數(shù)a，（a新=a舊+

25、a，新=舊+）以及新,新，N新。第四十八張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月求出大地原點(diǎn)新的大地起算數(shù)據(jù): 參考橢球參數(shù)和大地起算數(shù)據(jù)是一個(gè)參心坐標(biāo)系建成的標(biāo)志，一定的參考橢球和一定的大地起算數(shù)據(jù)確定了一定的坐標(biāo)系。第四十九張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月、1954年北京坐標(biāo)系（BJ54舊）、采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)，通過與前蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系聯(lián)測而建立的坐標(biāo)系。大地原點(diǎn)在前蘇聯(lián)的普爾科沃。存在的主要缺陷：a、橢球參數(shù)有較大誤差。b、參考橢球面與我國的大地水準(zhǔn)面有明顯自西向東的系統(tǒng)性傾斜。C、幾何大地測量和物理大地測量應(yīng)用的參考面不統(tǒng)一。 幾何：克拉索夫斯基橢球 物理： 赫爾

26、默特扁球d、定向不明確。短軸指向不是CIO，也不是我國的地極原點(diǎn)JYD1968.0第五十張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月、1980年國家大地坐標(biāo)系（GDZ80）西安坐標(biāo)系采用IUGG 1975年大會(huì)推薦的地球橢球（IAG-75）參數(shù)： a=6378140m；GM=3.9860051014m3/s2；J2=1.0826310-3；=7.29211510-5rad/s 。定向：“雙平行”。極點(diǎn)采納我國在1949到1977年期間36個(gè)臺(tái)站的觀測資料歸算得到的1968年極原點(diǎn)，即JYD1968.0 。大地原點(diǎn)在我國陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。采用多點(diǎn)定位，根據(jù)2GDZ80=min求出參數(shù)X0,Y0，

27、Z0，a，。第五十一張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月大地高程基準(zhǔn)采用1956年黃海高程系。 在1954年北京坐標(biāo)系基礎(chǔ)上建立的，通過全國天文大地網(wǎng)整體平差。第五十二張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Geodetic origin,PR ChinaTriangulation and traverse points 48433Laplacian points458458Starting lines467467Geodetic network of China (horizontal datum)第五十三張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月、新1954年北京坐標(biāo)系（BJ54新

28、）將GDZ80大地坐標(biāo)系的空間直角坐標(biāo)經(jīng)過三個(gè)平移參數(shù)平移變換至克拉索夫斯基橢球中心，橢球參數(shù)保持與1954年北京坐標(biāo)系相同。兩者坐標(biāo)關(guān)系是：第五十四張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十五張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4、地心坐標(biāo)系定義：原點(diǎn)O與地球質(zhì)心重合，Z軸指向地球北極，X軸指向格林尼治平均子午面與地球赤道的交點(diǎn)，Y軸垂直于XOZ平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系。種類：地球北極是地心地固坐標(biāo)系的基準(zhǔn)指向點(diǎn)，地球北極點(diǎn)的變動(dòng)將引起坐標(biāo)軸方向的變化?；鶞?zhǔn)指向點(diǎn)的指向不同，可分為瞬時(shí)地心坐標(biāo)系與協(xié)議地心坐標(biāo)系。在大地測量中采用的地心地固坐標(biāo)系大多采用協(xié)議地極原點(diǎn)CIO為指向點(diǎn)。第五十

29、六張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月間接法:通過一定的資料(包括地心系統(tǒng)和參心系統(tǒng)的資料)，求得地心和參心坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，然后按其轉(zhuǎn)換參數(shù)和參心坐標(biāo)，間接求得點(diǎn)的地心坐標(biāo)的方法。空間直角坐標(biāo)與大地坐標(biāo)的關(guān)系XYZM0XYZLnBPQHP直接法:通過一定的觀測資料(如天文、重力資料、衛(wèi)星觀測資料等)，直接求得點(diǎn)的地心坐標(biāo)的方法。、地心地固坐標(biāo)系的建立方法第五十七張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月WGS-84是CTS, 坐標(biāo)系的原點(diǎn)是地球的質(zhì)心，Z 軸指向 BIH1984.0 CTP方向，X軸指向 BIH1984.0零子午面和 CTP 赤道的交點(diǎn)，Y 軸和 Z、X 軸構(gòu)成右手

30、坐標(biāo)系。 5個(gè)基本參數(shù) a =6 378 137m e2=0.0066943799013 GM =3 986 005108m3s-2 C2,0=-484.166 8510-6 =7 292 11510-11rad/s、WGS-84世界大地坐標(biāo)系第五十八張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月、國際地球參考系統(tǒng)（ITRS）與國際地球參考框架（ITRF）國際地球參考系統(tǒng)（ITRS）原點(diǎn)為地心，是包括海洋和大氣在內(nèi)的地球質(zhì)心。長度單位為米，在廣義相對(duì)論框架下定義。Z軸從地心指向BIH1984.0定義的協(xié)議地極CTP。X軸從地心指向格林尼治平均子午面與CTP赤道的交點(diǎn)。Y軸與XOZ平面垂直，構(gòu)成右手

31、坐標(biāo)系。國際地球參考框架（ITRF）是國際地球參考系統(tǒng)（ITRS）的具體實(shí)現(xiàn)。是通過ITRS分布全球的跟蹤站的坐標(biāo)和速度場來維持的。第五十九張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月站心坐標(biāo)系：以測站為原點(diǎn)，測站上的法線（或垂線）為Z軸方向，X軸指向子午線的北方向，Y軸垂直平面XOZ并指向東。5、站心坐標(biāo)系、垂線站心直角坐標(biāo)系：以測站P為原點(diǎn)，P點(diǎn)的垂線為z軸(指向天頂為正),子午線方向?yàn)閤軸(向北為正)，y軸與x，z軸垂直(向東為正)構(gòu)成左手坐標(biāo)系。這種坐標(biāo)系稱為垂線站心直角坐標(biāo)系，或稱為站心天文坐標(biāo)系。第六十張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Z(天頂)Y(東)PZQdX(北)Q空間任意一點(diǎn)Q相對(duì)于P的位置可通過地面觀測量-斜距d、天文方位角和天頂距Z來確定垂線站心直角坐標(biāo)系與地心（參心）坐標(biāo)系之間的換算公式 第六十一張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月、法線站心直角坐標(biāo)系：以測站P點(diǎn)為原點(diǎn)，P點(diǎn)的法線方向?yàn)閦*軸(指向天頂為正)，子午 線北方向?yàn)閤*軸，y*軸與x*,z*軸垂直，構(gòu)成左手坐標(biāo)系。這種坐標(biāo)系就稱為法線站心直角坐標(biāo)系，或站心橢球坐標(biāo)系。第六十二張，PPT共七十八頁，創(chuàng)作于2022年6月法線