坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)課件

第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)

坐標(biāo)系統(tǒng)天球坐標(biāo)系－空固系與地球自轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)，用于描述衛(wèi)星的運(yùn)行位置和狀態(tài)。

地球坐標(biāo)系－地固系隨同地球自轉(zhuǎn)，點(diǎn)位坐標(biāo)不會(huì)隨地球自轉(zhuǎn)而變化；用于表達(dá)地面觀測(cè)站的位置和處理GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)。

軌道坐標(biāo)系統(tǒng)

用于研究衛(wèi)星在其運(yùn)行軌道上的運(yùn)動(dòng)第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)1第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng)恒星時(shí)ST（SiderealTime）平太陽(yáng)時(shí)MT（MeanSolarTime）世界時(shí)UT（UniversalTime）原子時(shí)AT（AtomicTime）諧調(diào)世界時(shí)UTC（CoordinatedUniversalTime）GPS時(shí)間系統(tǒng)

GPST第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng)2第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)本章主要內(nèi)容§2.1天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系§2.2WGS－84坐標(biāo)系和我國(guó)大地坐標(biāo)系§2.3坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換§2.4時(shí)間系統(tǒng)復(fù)習(xí)思考題重點(diǎn)難點(diǎn)第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)本章主要內(nèi)容重點(diǎn)難點(diǎn)3§2.1天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系本節(jié)主要內(nèi)容：一、天球坐標(biāo)系二、地球坐標(biāo)系三、天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換四、站心地平坐標(biāo)系五、坐標(biāo)系的兩種定義方式※關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式重點(diǎn)難點(diǎn)§2.1天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系本節(jié)主要內(nèi)容：※關(guān)于坐標(biāo)4關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式1空間直角坐標(biāo)系位置矢量在3個(gè)坐標(biāo)軸上的投影（X,Y,Z）定義①坐標(biāo)原點(diǎn)的位置②3個(gè)坐標(biāo)軸的指向③長(zhǎng)度單位優(yōu)點(diǎn)便于進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式1空間直角坐標(biāo)系5關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式2球面坐標(biāo)系常用于天球坐標(biāo)系第一參數(shù)：r第二參數(shù)：θ或赤緯δ=900－θ第三參數(shù)：赤經(jīng)α※球面坐標(biāo)和空間直角坐標(biāo)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換圖2－1

關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式2球面坐標(biāo)系圖2－16關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式3大地坐標(biāo)系常用于地球坐標(biāo)系大地坐標(biāo)大地經(jīng)度L大地緯度B大地高H大地坐標(biāo)與空間直角坐標(biāo)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換圖2－2關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式3大地坐標(biāo)系圖2－27“球面坐標(biāo)和空間直角坐標(biāo)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”(2－1)

(2－2)

“球面坐標(biāo)和空間直角坐標(biāo)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”(2－1)(2－28一、天球坐標(biāo)系（一）基本概念（二）天球坐標(biāo)系的定義（三）歲差和章動(dòng)（了解）（四）瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和協(xié)議天球坐標(biāo)系（了解）一、天球坐標(biāo)系（一）基本概念9（一）基本概念天球天軸與天極天球赤道（面）天球子午面（圈）黃道黃赤交角黃極春分點(diǎn)當(dāng)太陽(yáng)在黃道上，從天球南半球向北半球運(yùn)行時(shí)，黃道與天球赤道的交點(diǎn)地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓。即當(dāng)?shù)厍蚶@太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)，地球上的觀測(cè)者所見(jiàn)到的，太陽(yáng)在天球上運(yùn)動(dòng)的軌跡√√√√√√√√是指以地球質(zhì)心M為中心，半徑r為任意長(zhǎng)度的一個(gè)假象的球體地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線為天軸；天軸與天球的交點(diǎn)Pn和Ps稱(chēng)為天極通過(guò)地球質(zhì)心M與天軸垂直的平面包含天軸并通過(guò)地球上任一點(diǎn)的平面黃道面與赤道面的夾角通過(guò)天球中心，且垂直于黃道面的直線與天球的交點(diǎn)（一）基本概念天球當(dāng)太陽(yáng)在黃道上，從天球南半球向北半球運(yùn)行時(shí)10（二）天球坐標(biāo)系的定義

天球空間直角坐標(biāo)系天球球面坐標(biāo)系天球空間直角坐標(biāo)系和天球球面坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式（2－1）（2－2）假設(shè)地球?yàn)榫|(zhì)的球體，且沒(méi)有其它天體攝動(dòng)力的影響；即假定地球的自轉(zhuǎn)軸，在空間的方向是固定的，春分點(diǎn)在天球上的位置保持不變。（二）天球坐標(biāo)系的定義天球空間直角坐標(biāo)系假設(shè)地球?yàn)榫|(zhì)的球111.天球空間直角坐標(biāo)系

系統(tǒng)定義坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心MZ軸指向天球北極x軸指向春分點(diǎn)y軸垂直于xMz平面，與x軸和z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系統(tǒng)XYZ點(diǎn)的坐標(biāo)表示（X，Y，Z）1.天球空間直角坐標(biāo)系系統(tǒng)定義XYZ點(diǎn)的坐標(biāo)表示122.天球球面坐標(biāo)系

系統(tǒng)定義坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心向徑長(zhǎng)度r赤經(jīng)α赤緯δ點(diǎn)的坐標(biāo)表示（r，α，δ）

2.天球球面坐標(biāo)系系統(tǒng)定義13（三）歲差和章動(dòng)實(shí)際上地球自轉(zhuǎn)軸在空間的方向是變化的，由此導(dǎo)致：北天極在天球上繞北黃極依順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)春分點(diǎn)在黃道上產(chǎn)生緩慢的西移北天極在天球上的這種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，通常分解為兩種規(guī)律的運(yùn)動(dòng)：歲差章動(dòng)

歲差和章動(dòng)的影響（三）歲差和章動(dòng)實(shí)際上地球自轉(zhuǎn)軸在空間的方向是變化的，由此導(dǎo)14歲差

假設(shè)月球的引力及其運(yùn)行軌道是固定不變的，同時(shí)忽略其它天體引力的微小影響。則在日月引力的影響下，使北天極繞北黃極以順時(shí)針的方向緩慢地旋轉(zhuǎn)，在天球上北天極的運(yùn)動(dòng)軌跡，近似地構(gòu)成一個(gè)以北黃極為中心，以黃赤交角為半徑的小圓，這種現(xiàn)象稱(chēng)為歲差。歲差假設(shè)月球的引力及其運(yùn)行軌道是固定不變的，同時(shí)忽略其它天15歲差瞬時(shí)平北天極（簡(jiǎn)稱(chēng)平北天極）按照歲差的變化規(guī)律在天球上運(yùn)動(dòng)的北天極瞬時(shí)天球平赤道和瞬時(shí)平春分點(diǎn)與平北天極相應(yīng)的天球赤道和春分點(diǎn)瞬時(shí)北天極（或真北天極）觀測(cè)時(shí)的北天極瞬時(shí)天球赤道和瞬時(shí)春分點(diǎn)（或稱(chēng)真天球赤道和真春分點(diǎn)）與瞬時(shí)北天極相應(yīng)的天球赤道和春分點(diǎn)歲差瞬時(shí)平北天極（簡(jiǎn)稱(chēng)平北天極）16章動(dòng)

在日月引力等因素的影響下，瞬時(shí)北天極繞瞬時(shí)平北天極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，大致成橢圓形軌跡，其長(zhǎng)半徑約為9.2秒，周期約為18.6年。這種現(xiàn)象稱(chēng)為章動(dòng)章動(dòng)在日月引力等因素的影響下，瞬時(shí)北天極繞瞬時(shí)平北天極產(chǎn)生17歲差和章動(dòng)的影響

實(shí)際上，在歲差和章動(dòng)的共同影響下，瞬時(shí)北天極繞北黃極旋轉(zhuǎn)的軌跡：順時(shí)針、波浪式地旋轉(zhuǎn)。

歲差和章動(dòng)的影響實(shí)際上，在歲差和章動(dòng)的共同影響下，瞬時(shí)北天18（四）瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和

協(xié)議天球坐標(biāo)系1、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系（真天球坐標(biāo)系）2、協(xié)議天球坐標(biāo)系3、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和協(xié)議天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（四）瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和

協(xié)議天球坐標(biāo)系1、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系191、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系（真天球坐標(biāo)系）原點(diǎn)位于地球質(zhì)心z軸指向瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸（瞬時(shí)北天極）x軸指向瞬時(shí)春分點(diǎn)y軸按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向“以瞬時(shí)北天極和瞬時(shí)春分點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)建立的天球坐標(biāo)系”在歲差和章動(dòng)的影響下，瞬時(shí)天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸指向，在不斷地變化，為非慣性坐標(biāo)系統(tǒng)。1、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系（真天球坐標(biāo)系）原點(diǎn)位于地球質(zhì)心“以瞬202、協(xié)議天球坐標(biāo)系

歷元平天球坐標(biāo)系：選擇某一歷元時(shí)刻t，以此瞬間的地球自轉(zhuǎn)軸和春分點(diǎn)方向分別扣除此瞬間的章動(dòng)值作為z軸和x軸的指向，y軸按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向，坐標(biāo)系原點(diǎn)仍取地球質(zhì)心。協(xié)議天球坐標(biāo)系：以標(biāo)準(zhǔn)歷元t0（J2000.0）所定義的平天球坐標(biāo)系。

2、協(xié)議天球坐標(biāo)系歷元平天球坐標(biāo)系：213、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和

協(xié)議天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

可通過(guò)歲差和章動(dòng)旋轉(zhuǎn)變換來(lái)實(shí)現(xiàn)參考教材P15公式(2－11)、（2－12）

3、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和

協(xié)議天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換可通過(guò)歲差22二、地球坐標(biāo)系

（一）定義地心空間直角坐標(biāo)系地心大地坐標(biāo)系地心空間直角坐標(biāo)系和地心大地坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（二）地極移動(dòng)（了解）（三）瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系和協(xié)議地球坐標(biāo)系（了解）二、地球坐標(biāo)系（一）定義231.地心空間直角坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心Z軸X軸Y軸1.地心空間直角坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心242.地心大地坐標(biāo)系

大地經(jīng)度L大地緯度B大地高H2.地心大地坐標(biāo)系大地經(jīng)度L25（二）地極移動(dòng)

1、概念地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)地球體的位置是變化的，從而地極點(diǎn)在地球表面上的位置，也是隨時(shí)間而變化的。2、瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸“觀測(cè)瞬間地球自轉(zhuǎn)軸的位置”3、瞬時(shí)極“和瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)應(yīng)的極點(diǎn)”（二）地極移動(dòng)1、概念26（三）瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系

和協(xié)議地球坐標(biāo)系

1、瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系2、協(xié)議地球坐標(biāo)系3、協(xié)議地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（三）瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系

和協(xié)議地球坐標(biāo)系1、瞬時(shí)極地球坐標(biāo)271、瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系原點(diǎn)位于地球質(zhì)心z軸指向瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸方向x軸指向瞬時(shí)赤道面和包含瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸與平均天文臺(tái)赤道參考點(diǎn)的子午面之交點(diǎn)y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向由于極移的影響，瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系是隨時(shí)間而變化的，不便于描述地球上點(diǎn)的位置。1、瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系原點(diǎn)位于地球質(zhì)心由于極移的影響，瞬時(shí)極地282、協(xié)議地球坐標(biāo)系國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)CIO

（ConventionalInternationalOrigin）以1900.00～1905.00年地球自轉(zhuǎn)軸瞬時(shí)位置的平均位置作為地球的固定極，稱(chēng)為CIO。協(xié)議地極CTP(ConventionalTerrestrialPole)協(xié)議赤道面（或平赤道面）2、協(xié)議地球坐標(biāo)系國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)CIO292、協(xié)議地球坐標(biāo)系定義CTS(ConventionalTerrestrialSystem)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心z軸指向CIOx軸指向協(xié)議地球赤道面和包含CIO與平均天文臺(tái)赤道參考點(diǎn)的子午面之交點(diǎn)y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向。2、協(xié)議地球坐標(biāo)系定義CTS(ConventionalTe303、協(xié)議地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系

的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換二者存在旋轉(zhuǎn)關(guān)系：（2－13）為瞬時(shí)地極相對(duì)于CIO的坐標(biāo)。

3、協(xié)議地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系

的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換二者存在旋轉(zhuǎn)31三、天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系

之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

（一）瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系與瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

如圖：二者只是x軸的指向不同（2－10）

t時(shí)刻的瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系t時(shí)刻的瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)格林尼治平子午面的真春分點(diǎn)時(shí)角三、天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系

之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（一）瞬時(shí)極天球32三、天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系

之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換協(xié)議天球坐標(biāo)系

瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系協(xié)議地球坐標(biāo)系（2－11）（2－12）（2－10）（2－13）（二）協(xié)議天球坐標(biāo)系與協(xié)議地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換三、天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系

之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換協(xié)議天球坐標(biāo)系瞬33瞬時(shí)天球坐標(biāo)系與瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的關(guān)系圖瞬時(shí)天球坐標(biāo)系與瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的關(guān)系圖34四、站心地平坐標(biāo)系

（一）定義1、站心（左手）地平直角坐標(biāo)系P1-xyz2、站心地平極坐標(biāo)系P1－rAh（二）站心地平極坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換（三）站心（左手）地平直角坐標(biāo)系與地心空間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換重點(diǎn)四、站心地平坐標(biāo)系（一）定義重點(diǎn)35

1、站心（左手）地平直角坐標(biāo)系P1-xyz測(cè)站P1為原點(diǎn)P1點(diǎn)的法線為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

1、站心（左手）地平直角坐標(biāo)系P1-xyz測(cè)站P1為原點(diǎn)362、站心地平極坐標(biāo)系P1－rAh類(lèi)似于球面坐標(biāo)系以測(cè)站P1為原點(diǎn)衛(wèi)星s至P1的距離r

衛(wèi)星的方位角A衛(wèi)星的高度角h2、站心地平極坐標(biāo)系P1－rAh類(lèi)似于球面坐標(biāo)系37（二）站心地平極坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換

(2-8)(2-9)（二）站心地平極坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換(2-38（三）站心（左手）地平直角坐標(biāo)系與地心空間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換

站心地平直角坐標(biāo)系站心赤道直角坐標(biāo)系地心空間直角坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)變換（2－6）平移變換（2－5）（三）站心（左手）地平直角坐標(biāo)系與地心空間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)39（三）站心（左手）地平直角坐標(biāo)系與地心空間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)矩陣

平移矩陣

（2－7）（三）站心（左手）地平直角坐標(biāo)系與地心空間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)40旋轉(zhuǎn)變換旋轉(zhuǎn)矩陣（2－6）旋轉(zhuǎn)變換旋轉(zhuǎn)矩陣（2－6）41平移變換（平移矩陣）P1地心坐標(biāo)（2－5）平移變換（平移矩陣）（2－5）42五、坐標(biāo)系的兩種定義方式

理論定義先選定一個(gè)尺度單位（一般采用標(biāo)準(zhǔn)米），然后定義坐標(biāo)原點(diǎn)的位置和坐標(biāo)軸的指向。

協(xié)定坐標(biāo)系在實(shí)際應(yīng)用中，由一系列已知測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)值所定義的坐標(biāo)系稱(chēng)為協(xié)定坐標(biāo)系。例如：GPS衛(wèi)星的坐標(biāo)就是屬于GPS跟蹤站及其坐標(biāo)值所定義的協(xié)定坐標(biāo)系。五、坐標(biāo)系的兩種定義方式理論定義43§2.2WGS－84坐標(biāo)系和我國(guó)大地坐標(biāo)系一、WGS-84世界大地坐標(biāo)系二、國(guó)家大地坐標(biāo)系（參心坐標(biāo)系）1、1954年北京坐標(biāo)系2、1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系三、ITRF參考框架簡(jiǎn)介§2.2WGS－84坐標(biāo)系和我國(guó)大地坐標(biāo)系一、WGS-8444一、WGS-84世界大地坐標(biāo)系幾何定義坐標(biāo)原點(diǎn)Z軸X軸Y軸

WGS-84橢球采用國(guó)際大地測(cè)量和地球物理聯(lián)合會(huì)（IUGG）第17屆大會(huì)大地測(cè)量常數(shù)的推薦值（WorldGeodicalSystem-84）一、WGS-84世界大地坐標(biāo)系幾何定義（WorldGeo45一、WGS-84世界大地坐標(biāo)系協(xié)議地球坐標(biāo)系CTS地心地固系ECEF（EarthCenteredEarthFixed）由分布于全球的一系列GPS跟蹤站的坐標(biāo)來(lái)具體體現(xiàn)的。WGS-84（G730）WGS-84（G873）WGS-84（G1150）：與ITRF2000的站坐標(biāo)之差約為1cm一、WGS-84世界大地坐標(biāo)系協(xié)議地球坐標(biāo)系CTS46三、ITRF參考框架簡(jiǎn)介

ITRF（InternationalTerrestrialReferenceFrame）是由國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)IERS（InternationalEarthRotationService）提供的國(guó)際地球參考框架，由空間大地測(cè)量觀測(cè)站的坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)速度來(lái)定義的。ITRF框架實(shí)質(zhì)上也是一種地心地固坐標(biāo)系ECEF（EarthCenteredEarthFixed），其原點(diǎn)在地球體系（含海洋和大氣圈）的質(zhì)心，以WGS-84橢球?yàn)閰⒖紮E球。三、ITRF參考框架簡(jiǎn)介ITRF（Internationa47§2.3坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換參心大地坐標(biāo)系與地心大地坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換重點(diǎn)解決：WGS84地心坐標(biāo)與國(guó)家參心坐標(biāo)不同參心大地坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換大地坐標(biāo)與高斯平面坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換§2.3坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換參心大地坐標(biāo)系與地心大地坐標(biāo)系48WGS84地心坐標(biāo)與國(guó)家參心坐標(biāo)

（空間直角坐標(biāo)）系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)（3平移參數(shù)＋3旋轉(zhuǎn)參數(shù)＋1尺度變化參數(shù)）轉(zhuǎn)換參數(shù)一般是利用公共點(diǎn)的兩套坐標(biāo)值通過(guò)一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)重合點(diǎn)數(shù)為三個(gè)以上時(shí)，通?？梢圆捎貌紶査_模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換：

方法一方法二WGS84地心坐標(biāo)與國(guó)家參心坐標(biāo)

（空間直角坐標(biāo)）系統(tǒng)之間的49（一）方法一

設(shè)和分別為地面網(wǎng)點(diǎn)的參心坐標(biāo)列向量和GPS網(wǎng)點(diǎn)的地心坐標(biāo)列向量。由布爾薩模型可知：

（2－20）

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的7參數(shù)為：

尺度變化參數(shù)平移參數(shù)旋轉(zhuǎn)參數(shù)矩陣（一）方法一設(shè)和分別為地面網(wǎng)點(diǎn)的參心坐標(biāo)列向量50（一）方法一當(dāng)為微小量時(shí)，忽略其間的互乘項(xiàng)，且簡(jiǎn)化模型為：(2－21)

令式（2－21）用向量表示為：

（2－22）

（一）方法一當(dāng)為微小量時(shí)，忽略其間的互51（一）方法一根據(jù)模型（2－22），利用重合點(diǎn)的兩套坐標(biāo)值，可平差計(jì)算出轉(zhuǎn)換參數(shù)：求得轉(zhuǎn)換參數(shù)R后，再利用模型（2－22）進(jìn)行各點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

注意：若忽略一些轉(zhuǎn)換參數(shù)，則還有3參數(shù)法、4參數(shù)法等。（一）方法一根據(jù)模型（2－22），利用重合點(diǎn)的兩套坐標(biāo)值52（二）方法二【利用基線向量求轉(zhuǎn)換參數(shù)】選定一個(gè)公共點(diǎn)D0為基準(zhǔn)點(diǎn)，然后求解其它各公共點(diǎn)Di相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的基線向量（坐標(biāo)差）（2－24）

（2－23）

（2－20）

同理可求出4參數(shù)。（二）方法二【利用基線向量求轉(zhuǎn)換參數(shù)】（2－24）（2－253§2.4時(shí)間系統(tǒng)一、時(shí)間系統(tǒng)的定義要素：（1）原點(diǎn)（2）時(shí)間尺度（時(shí)間單位）二、周期運(yùn)動(dòng)的選用與時(shí)間系統(tǒng)的發(fā)展三、常用的時(shí)間系統(tǒng)§2.4時(shí)間系統(tǒng)一、時(shí)間系統(tǒng)的定義二、周期運(yùn)動(dòng)的選用與時(shí)54二、周期運(yùn)動(dòng)的選用與時(shí)間系統(tǒng)的發(fā)展地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基準(zhǔn)的世界時(shí)系統(tǒng)觀察地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所選空間參考點(diǎn)不同：（1）恒星時(shí)（2）太陽(yáng)時(shí)、平太陽(yáng)時(shí)（3）世界時(shí)以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的原子時(shí)系統(tǒng)協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC

GPS專(zhuān)用時(shí)間系統(tǒng)（GPS時(shí)）二、周期運(yùn)動(dòng)的選用與時(shí)間系統(tǒng)的發(fā)展地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基準(zhǔn)的世界時(shí)55三、常用的時(shí)間系統(tǒng)恒星時(shí)ST(SiderealTime)

平太陽(yáng)時(shí)MT(MeanSolarTime)

世界時(shí)UT（UniversalTime）

原子時(shí)AT(AtomicTime)

諧調(diào)世界時(shí)UTC（CoodinatedUniversalTime）GPS時(shí)GPST

三、常用的時(shí)間系統(tǒng)恒星時(shí)ST(SiderealTime)561.恒星時(shí)ST(SiderealTime)

(1)定義以春分點(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)。時(shí)間尺度：春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)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)。起算原點(diǎn)：春分點(diǎn)通過(guò)本地上子午圈的時(shí)刻。1.恒星時(shí)ST(SiderealTime)(1)定義571.恒星時(shí)ST（2）特點(diǎn)恒星時(shí)具有地方性，同一瞬間對(duì)不同測(cè)站的恒星時(shí)是不同的，所以恒星時(shí)也稱(chēng)為地方恒星時(shí)。

對(duì)于同一歷元時(shí)刻，有真春分點(diǎn)和平春分點(diǎn)之分。因此恒星時(shí)就有真恒星時(shí)和平恒星時(shí)1.恒星時(shí)ST（2）特點(diǎn)582.平太陽(yáng)時(shí)MT(MeanSolarTime)

太陽(yáng)時(shí)（SolarTime）以太陽(yáng)為參考點(diǎn)，由太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)來(lái)測(cè)定地球的自轉(zhuǎn)周期并建立的時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)。真太陽(yáng)時(shí)（真時(shí)）以真太陽(yáng)視面中心為參考點(diǎn)，由太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)來(lái)測(cè)定地球的自轉(zhuǎn)周期并建立的時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)。真太陽(yáng)日、真太陽(yáng)時(shí)…地方真時(shí)真太陽(yáng)時(shí)的不均勻性2.平太陽(yáng)時(shí)MT(MeanSolarTime)太陽(yáng)592.平太陽(yáng)時(shí)MT(MeanSolarTime)（1）平太陽(yáng)

假設(shè)以真太陽(yáng)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)的一個(gè)參考點(diǎn)，其周期與真太陽(yáng)一致。（2）平太陽(yáng)時(shí)以平太陽(yáng)為參考點(diǎn)，由平太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)所定義的時(shí)間系統(tǒng)。時(shí)間尺度：平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本地子午圈的時(shí)間間隔為一平太陽(yáng)日，一平太陽(yáng)日分為24平太陽(yáng)時(shí)。起算原點(diǎn)：平太陽(yáng)通過(guò)本地子午圈時(shí)刻。（3）地方平太陽(yáng)時(shí)2.平太陽(yáng)時(shí)MT(MeanSolarTime)（1）平603.世界時(shí)UT（UniversalTime）

（1）定義：以平子夜為零時(shí)起算的格林尼治平太陽(yáng)時(shí)。（2）世界時(shí)與平太陽(yáng)時(shí)的區(qū)別尺度相同；起算點(diǎn)不同。（3）世界時(shí)系統(tǒng)的缺陷世界時(shí)系統(tǒng)是以地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的；嚴(yán)格來(lái)講，地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是不穩(wěn)定的。3.世界時(shí)UT（UniversalTime）（1）定義61世界時(shí)（續(xù)）（4）世界時(shí)系統(tǒng)的發(fā)展世界時(shí)UT1：

在世界時(shí)UT中引入極移改正世界時(shí)UT2在UT1中再次引入地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性改正說(shuō)明：世界時(shí)UT2雖然經(jīng)過(guò)上述改正，但仍含有地球自轉(zhuǎn)速度的長(zhǎng)期變化和不規(guī)則變化影響，所以，世界時(shí)不是一個(gè)嚴(yán)格均勻的時(shí)間系統(tǒng)。1976年以后，為原子時(shí)所取代。

世界時(shí)（續(xù)）（4）世界時(shí)系統(tǒng)的發(fā)展62關(guān)于地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的不穩(wěn)定性

由于極移現(xiàn)象，使得地球自轉(zhuǎn)軸在地球內(nèi)部的位置并不是固定的；地球的自轉(zhuǎn)速度也不均勻，地球自轉(zhuǎn)周期存在著季節(jié)變化、長(zhǎng)期變化及其他不規(guī)則變化，情況甚為復(fù)雜

關(guān)于地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的不穩(wěn)定性由于極移現(xiàn)象，使得地球自轉(zhuǎn)軸在634.原子時(shí)ATI(AtomicTime)

（1）定義時(shí)間尺度：原子時(shí)秒長(zhǎng)被定義為銫原子Cs133基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷輻射振蕩9192631170周所持續(xù)的時(shí)間。起算原點(diǎn)：按國(guó)際協(xié)定取為1958年1月1日0時(shí)0秒（UT2）（事后發(fā)現(xiàn)在這一瞬間ATI與UT2相差0.0039秒）。4.原子時(shí)ATI(AtomicTime)（1）定義644.原子時(shí)（2）原子鐘原子時(shí)是通過(guò)原子鐘來(lái)授時(shí)的；原子鐘振蕩器頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，決定了原子時(shí)的精度；銣原子鐘、銫原子鐘、氫原子鐘（3）國(guó)際原子時(shí)IAT（InternationalAtomicTime）許多國(guó)家建立了各自的地方原子時(shí)系統(tǒng)，國(guó)際上大約有100多座原子鐘，通過(guò)相互比對(duì)，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理推算出的統(tǒng)一原子時(shí)系統(tǒng)。4.原子時(shí)（2）原子鐘655.協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC

（CoodinatedUniversalTime）

（1）定義嚴(yán)格采用原子時(shí)秒長(zhǎng)，并采用跳秒（閏秒）的方法使協(xié)調(diào)時(shí)與世界時(shí)的時(shí)刻相接近，其差不超過(guò)1秒。（2）諧調(diào)世界時(shí)UTC與國(guó)際原子時(shí)IAT之間的關(guān)系：n為調(diào)整參數(shù)，即跳秒數(shù)。5.協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC

（CoodinatedUnivers665.協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC（3）關(guān)于跳秒按國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì)（CCIR）通過(guò)的關(guān)于UTC的修正案，從1972年1月1日起，諧調(diào)時(shí)UTC與世界時(shí)UT1之間的差值最大可以達(dá)到士0.9秒，超過(guò)士0.9秒時(shí)，以跳秒補(bǔ)償。跳秒一般安排在每年12月末或6月末。具體日期由國(guó)際時(shí)間局安排并通告。如：GPS時(shí)的起點(diǎn)1980年1月6日UTC0時(shí)與原子時(shí)IAT之間存在n＝19s的跳秒。

5.協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC（3）關(guān)于跳秒676.GPS時(shí)間系統(tǒng)（1）定義采用原子時(shí)秒長(zhǎng)作為時(shí)間基準(zhǔn)，但時(shí)間起算的原點(diǎn)定義在1980年1月6日UTC0時(shí)。（2）GPST的表述形式“GPS周＋GPS周內(nèi)秒”GPS周：從1980年1月6日0時(shí)起算的星期數(shù)；GPS周內(nèi)秒：為周內(nèi)累計(jì)的秒數(shù)，取值在0～604800如：2007年9月16日～22日的GPS周數(shù)為1445周6.GPS時(shí)間系統(tǒng)（1）定義686.GPS時(shí)間系統(tǒng)（4）GPS時(shí)與諧調(diào)時(shí)UTC之間的關(guān)系在1980年1月6日0時(shí)的時(shí)刻是一致的；隨著時(shí)間的積累，GPS時(shí)與諧調(diào)時(shí)UTC的差異，將表現(xiàn)為秒的整倍數(shù)，并由時(shí)間服務(wù)部門(mén)定期公布（至1987年為4秒、1992年相差為7秒、1995年為10秒、2002年為13秒）。

TGPS＝（UTC＋1s×n）－19s（3）國(guó)際原子時(shí)IAT與GPS時(shí)之間的關(guān)系6.GPS時(shí)間系統(tǒng)（4）GPS時(shí)與諧調(diào)時(shí)UTC之間的關(guān)系（69GPS時(shí)間系統(tǒng)與各種時(shí)間系統(tǒng)的關(guān)系GPS時(shí)間系統(tǒng)與各種時(shí)間系統(tǒng)的關(guān)系70旋轉(zhuǎn)參數(shù)矩陣旋轉(zhuǎn)參數(shù)矩陣71復(fù)習(xí)思考題天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系的構(gòu)成和特點(diǎn)？站心地平直角坐標(biāo)系和站心地平極坐標(biāo)系的構(gòu)成及其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系？站心地平直角坐標(biāo)系和地心空間直角坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系？WGS84坐標(biāo)與國(guó)家參心坐標(biāo)（空間直角坐標(biāo)）之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法？GPS時(shí)間系統(tǒng)的定義以及GPS時(shí)與原子時(shí)ATI、協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC之間的關(guān)系？名詞：協(xié)定坐標(biāo)系、WGS-84世界大地坐標(biāo)系復(fù)習(xí)思考題天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系的構(gòu)成和特點(diǎn)？72第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)

坐標(biāo)系統(tǒng)天球坐標(biāo)系－空固系與地球自轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)，用于描述衛(wèi)星的運(yùn)行位置和狀態(tài)。

地球坐標(biāo)系－地固系隨同地球自轉(zhuǎn)，點(diǎn)位坐標(biāo)不會(huì)隨地球自轉(zhuǎn)而變化；用于表達(dá)地面觀測(cè)站的位置和處理GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)。

軌道坐標(biāo)系統(tǒng)

用于研究衛(wèi)星在其運(yùn)行軌道上的運(yùn)動(dòng)第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)73第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng)恒星時(shí)ST（SiderealTime）平太陽(yáng)時(shí)MT（MeanSolarTime）世界時(shí)UT（UniversalTime）原子時(shí)AT（AtomicTime）諧調(diào)世界時(shí)UTC（CoordinatedUniversalTime）GPS時(shí)間系統(tǒng)

GPST第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng)74第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)本章主要內(nèi)容§2.1天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系§2.2WGS－84坐標(biāo)系和我國(guó)大地坐標(biāo)系§2.3坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換§2.4時(shí)間系統(tǒng)復(fù)習(xí)思考題重點(diǎn)難點(diǎn)第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)本章主要內(nèi)容重點(diǎn)難點(diǎn)75§2.1天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系本節(jié)主要內(nèi)容：一、天球坐標(biāo)系二、地球坐標(biāo)系三、天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換四、站心地平坐標(biāo)系五、坐標(biāo)系的兩種定義方式※關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式重點(diǎn)難點(diǎn)§2.1天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系本節(jié)主要內(nèi)容：※關(guān)于坐標(biāo)76關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式1空間直角坐標(biāo)系位置矢量在3個(gè)坐標(biāo)軸上的投影（X,Y,Z）定義①坐標(biāo)原點(diǎn)的位置②3個(gè)坐標(biāo)軸的指向③長(zhǎng)度單位優(yōu)點(diǎn)便于進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式1空間直角坐標(biāo)系77關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式2球面坐標(biāo)系常用于天球坐標(biāo)系第一參數(shù)：r第二參數(shù)：θ或赤緯δ=900－θ第三參數(shù)：赤經(jīng)α※球面坐標(biāo)和空間直角坐標(biāo)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換圖2－1

關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式2球面坐標(biāo)系圖2－178關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式3大地坐標(biāo)系常用于地球坐標(biāo)系大地坐標(biāo)大地經(jīng)度L大地緯度B大地高H大地坐標(biāo)與空間直角坐標(biāo)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換圖2－2關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式3大地坐標(biāo)系圖2－279“球面坐標(biāo)和空間直角坐標(biāo)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”(2－1)

(2－2)

“球面坐標(biāo)和空間直角坐標(biāo)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”(2－1)(2－280一、天球坐標(biāo)系（一）基本概念（二）天球坐標(biāo)系的定義（三）歲差和章動(dòng)（了解）（四）瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和協(xié)議天球坐標(biāo)系（了解）一、天球坐標(biāo)系（一）基本概念81（一）基本概念天球天軸與天極天球赤道（面）天球子午面（圈）黃道黃赤交角黃極春分點(diǎn)當(dāng)太陽(yáng)在黃道上，從天球南半球向北半球運(yùn)行時(shí)，黃道與天球赤道的交點(diǎn)地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓。即當(dāng)?shù)厍蚶@太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)，地球上的觀測(cè)者所見(jiàn)到的，太陽(yáng)在天球上運(yùn)動(dòng)的軌跡√√√√√√√√是指以地球質(zhì)心M為中心，半徑r為任意長(zhǎng)度的一個(gè)假象的球體地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線為天軸；天軸與天球的交點(diǎn)Pn和Ps稱(chēng)為天極通過(guò)地球質(zhì)心M與天軸垂直的平面包含天軸并通過(guò)地球上任一點(diǎn)的平面黃道面與赤道面的夾角通過(guò)天球中心，且垂直于黃道面的直線與天球的交點(diǎn)（一）基本概念天球當(dāng)太陽(yáng)在黃道上，從天球南半球向北半球運(yùn)行時(shí)82（二）天球坐標(biāo)系的定義

天球空間直角坐標(biāo)系天球球面坐標(biāo)系天球空間直角坐標(biāo)系和天球球面坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式（2－1）（2－2）假設(shè)地球?yàn)榫|(zhì)的球體，且沒(méi)有其它天體攝動(dòng)力的影響；即假定地球的自轉(zhuǎn)軸，在空間的方向是固定的，春分點(diǎn)在天球上的位置保持不變。（二）天球坐標(biāo)系的定義天球空間直角坐標(biāo)系假設(shè)地球?yàn)榫|(zhì)的球831.天球空間直角坐標(biāo)系

系統(tǒng)定義坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心MZ軸指向天球北極x軸指向春分點(diǎn)y軸垂直于xMz平面，與x軸和z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系統(tǒng)XYZ點(diǎn)的坐標(biāo)表示（X，Y，Z）1.天球空間直角坐標(biāo)系系統(tǒng)定義XYZ點(diǎn)的坐標(biāo)表示842.天球球面坐標(biāo)系

系統(tǒng)定義坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心向徑長(zhǎng)度r赤經(jīng)α赤緯δ點(diǎn)的坐標(biāo)表示（r，α，δ）

2.天球球面坐標(biāo)系系統(tǒng)定義85（三）歲差和章動(dòng)實(shí)際上地球自轉(zhuǎn)軸在空間的方向是變化的，由此導(dǎo)致：北天極在天球上繞北黃極依順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)春分點(diǎn)在黃道上產(chǎn)生緩慢的西移北天極在天球上的這種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，通常分解為兩種規(guī)律的運(yùn)動(dòng)：歲差章動(dòng)

歲差和章動(dòng)的影響（三）歲差和章動(dòng)實(shí)際上地球自轉(zhuǎn)軸在空間的方向是變化的，由此導(dǎo)86歲差

假設(shè)月球的引力及其運(yùn)行軌道是固定不變的，同時(shí)忽略其它天體引力的微小影響。則在日月引力的影響下，使北天極繞北黃極以順時(shí)針的方向緩慢地旋轉(zhuǎn)，在天球上北天極的運(yùn)動(dòng)軌跡，近似地構(gòu)成一個(gè)以北黃極為中心，以黃赤交角為半徑的小圓，這種現(xiàn)象稱(chēng)為歲差。歲差假設(shè)月球的引力及其運(yùn)行軌道是固定不變的，同時(shí)忽略其它天87歲差瞬時(shí)平北天極（簡(jiǎn)稱(chēng)平北天極）按照歲差的變化規(guī)律在天球上運(yùn)動(dòng)的北天極瞬時(shí)天球平赤道和瞬時(shí)平春分點(diǎn)與平北天極相應(yīng)的天球赤道和春分點(diǎn)瞬時(shí)北天極（或真北天極）觀測(cè)時(shí)的北天極瞬時(shí)天球赤道和瞬時(shí)春分點(diǎn)（或稱(chēng)真天球赤道和真春分點(diǎn)）與瞬時(shí)北天極相應(yīng)的天球赤道和春分點(diǎn)歲差瞬時(shí)平北天極（簡(jiǎn)稱(chēng)平北天極）88章動(dòng)

在日月引力等因素的影響下，瞬時(shí)北天極繞瞬時(shí)平北天極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，大致成橢圓形軌跡，其長(zhǎng)半徑約為9.2秒，周期約為18.6年。這種現(xiàn)象稱(chēng)為章動(dòng)章動(dòng)在日月引力等因素的影響下，瞬時(shí)北天極繞瞬時(shí)平北天極產(chǎn)生89歲差和章動(dòng)的影響

實(shí)際上，在歲差和章動(dòng)的共同影響下，瞬時(shí)北天極繞北黃極旋轉(zhuǎn)的軌跡：順時(shí)針、波浪式地旋轉(zhuǎn)。

歲差和章動(dòng)的影響實(shí)際上，在歲差和章動(dòng)的共同影響下，瞬時(shí)北天90（四）瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和

協(xié)議天球坐標(biāo)系1、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系（真天球坐標(biāo)系）2、協(xié)議天球坐標(biāo)系3、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和協(xié)議天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（四）瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和

協(xié)議天球坐標(biāo)系1、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系911、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系（真天球坐標(biāo)系）原點(diǎn)位于地球質(zhì)心z軸指向瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸（瞬時(shí)北天極）x軸指向瞬時(shí)春分點(diǎn)y軸按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向“以瞬時(shí)北天極和瞬時(shí)春分點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)建立的天球坐標(biāo)系”在歲差和章動(dòng)的影響下，瞬時(shí)天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸指向，在不斷地變化，為非慣性坐標(biāo)系統(tǒng)。1、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系（真天球坐標(biāo)系）原點(diǎn)位于地球質(zhì)心“以瞬922、協(xié)議天球坐標(biāo)系

歷元平天球坐標(biāo)系：選擇某一歷元時(shí)刻t，以此瞬間的地球自轉(zhuǎn)軸和春分點(diǎn)方向分別扣除此瞬間的章動(dòng)值作為z軸和x軸的指向，y軸按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向，坐標(biāo)系原點(diǎn)仍取地球質(zhì)心。協(xié)議天球坐標(biāo)系：以標(biāo)準(zhǔn)歷元t0（J2000.0）所定義的平天球坐標(biāo)系。

2、協(xié)議天球坐標(biāo)系歷元平天球坐標(biāo)系：933、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和

協(xié)議天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

可通過(guò)歲差和章動(dòng)旋轉(zhuǎn)變換來(lái)實(shí)現(xiàn)參考教材P15公式(2－11)、（2－12）

3、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和

協(xié)議天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換可通過(guò)歲差94二、地球坐標(biāo)系

（一）定義地心空間直角坐標(biāo)系地心大地坐標(biāo)系地心空間直角坐標(biāo)系和地心大地坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（二）地極移動(dòng)（了解）（三）瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系和協(xié)議地球坐標(biāo)系（了解）二、地球坐標(biāo)系（一）定義951.地心空間直角坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心Z軸X軸Y軸1.地心空間直角坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心962.地心大地坐標(biāo)系

大地經(jīng)度L大地緯度B大地高H2.地心大地坐標(biāo)系大地經(jīng)度L97（二）地極移動(dòng)

1、概念地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)地球體的位置是變化的，從而地極點(diǎn)在地球表面上的位置，也是隨時(shí)間而變化的。2、瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸“觀測(cè)瞬間地球自轉(zhuǎn)軸的位置”3、瞬時(shí)極“和瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)應(yīng)的極點(diǎn)”（二）地極移動(dòng)1、概念98（三）瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系

和協(xié)議地球坐標(biāo)系

1、瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系2、協(xié)議地球坐標(biāo)系3、協(xié)議地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（三）瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系

和協(xié)議地球坐標(biāo)系1、瞬時(shí)極地球坐標(biāo)991、瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系原點(diǎn)位于地球質(zhì)心z軸指向瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸方向x軸指向瞬時(shí)赤道面和包含瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸與平均天文臺(tái)赤道參考點(diǎn)的子午面之交點(diǎn)y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向由于極移的影響，瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系是隨時(shí)間而變化的，不便于描述地球上點(diǎn)的位置。1、瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系原點(diǎn)位于地球質(zhì)心由于極移的影響，瞬時(shí)極地1002、協(xié)議地球坐標(biāo)系國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)CIO

（ConventionalInternationalOrigin）以1900.00～1905.00年地球自轉(zhuǎn)軸瞬時(shí)位置的平均位置作為地球的固定極，稱(chēng)為CIO。協(xié)議地極CTP(ConventionalTerrestrialPole)協(xié)議赤道面（或平赤道面）2、協(xié)議地球坐標(biāo)系國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)CIO1012、協(xié)議地球坐標(biāo)系定義CTS(ConventionalTerrestrialSystem)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心z軸指向CIOx軸指向協(xié)議地球赤道面和包含CIO與平均天文臺(tái)赤道參考點(diǎn)的子午面之交點(diǎn)y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向。2、協(xié)議地球坐標(biāo)系定義CTS(ConventionalTe1023、協(xié)議地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系

的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換二者存在旋轉(zhuǎn)關(guān)系：（2－13）為瞬時(shí)地極相對(duì)于CIO的坐標(biāo)。

3、協(xié)議地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系

的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換二者存在旋轉(zhuǎn)103三、天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系

之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

（一）瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系與瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

如圖：二者只是x軸的指向不同（2－10）

t時(shí)刻的瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系t時(shí)刻的瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)格林尼治平子午面的真春分點(diǎn)時(shí)角三、天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系

之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（一）瞬時(shí)極天球104三、天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系

之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換協(xié)議天球坐標(biāo)系

瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系協(xié)議地球坐標(biāo)系（2－11）（2－12）（2－10）（2－13）（二）協(xié)議天球坐標(biāo)系與協(xié)議地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換三、天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系

之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換協(xié)議天球坐標(biāo)系瞬105瞬時(shí)天球坐標(biāo)系與瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的關(guān)系圖瞬時(shí)天球坐標(biāo)系與瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的關(guān)系圖106四、站心地平坐標(biāo)系

（一）定義1、站心（左手）地平直角坐標(biāo)系P1-xyz2、站心地平極坐標(biāo)系P1－rAh（二）站心地平極坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換（三）站心（左手）地平直角坐標(biāo)系與地心空間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換重點(diǎn)四、站心地平坐標(biāo)系（一）定義重點(diǎn)107

1、站心（左手）地平直角坐標(biāo)系P1-xyz測(cè)站P1為原點(diǎn)P1點(diǎn)的法線為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

1、站心（左手）地平直角坐標(biāo)系P1-xyz測(cè)站P1為原點(diǎn)1082、站心地平極坐標(biāo)系P1－rAh類(lèi)似于球面坐標(biāo)系以測(cè)站P1為原點(diǎn)衛(wèi)星s至P1的距離r

衛(wèi)星的方位角A衛(wèi)星的高度角h2、站心地平極坐標(biāo)系P1－rAh類(lèi)似于球面坐標(biāo)系109（二）站心地平極坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換

(2-8)(2-9)（二）站心地平極坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換(2-110（三）站心（左手）地平直角坐標(biāo)系與地心空間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換

站心地平直角坐標(biāo)系站心赤道直角坐標(biāo)系地心空間直角坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)變換（2－6）平移變換（2－5）（三）站心（左手）地平直角坐標(biāo)系與地心空間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)111（三）站心（左手）地平直角坐標(biāo)系與地心空間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)矩陣

平移矩陣

（2－7）（三）站心（左手）地平直角坐標(biāo)系與地心空間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)112旋轉(zhuǎn)變換旋轉(zhuǎn)矩陣（2－6）旋轉(zhuǎn)變換旋轉(zhuǎn)矩陣（2－6）113平移變換（平移矩陣）P1地心坐標(biāo)（2－5）平移變換（平移矩陣）（2－5）114五、坐標(biāo)系的兩種定義方式

理論定義先選定一個(gè)尺度單位（一般采用標(biāo)準(zhǔn)米），然后定義坐標(biāo)原點(diǎn)的位置和坐標(biāo)軸的指向。

協(xié)定坐標(biāo)系在實(shí)際應(yīng)用中，由一系列已知測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)值所定義的坐標(biāo)系稱(chēng)為協(xié)定坐標(biāo)系。例如：GPS衛(wèi)星的坐標(biāo)就是屬于GPS跟蹤站及其坐標(biāo)值所定義的協(xié)定坐標(biāo)系。五、坐標(biāo)系的兩種定義方式理論定義115§2.2WGS－84坐標(biāo)系和我國(guó)大地坐標(biāo)系一、WGS-84世界大地坐標(biāo)系二、國(guó)家大地坐標(biāo)系（參心坐標(biāo)系）1、1954年北京坐標(biāo)系2、1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系三、ITRF參考框架簡(jiǎn)介§2.2WGS－84坐標(biāo)系和我國(guó)大地坐標(biāo)系一、WGS-84116一、WGS-84世界大地坐標(biāo)系幾何定義坐標(biāo)原點(diǎn)Z軸X軸Y軸

WGS-84橢球采用國(guó)際大地測(cè)量和地球物理聯(lián)合會(huì)（IUGG）第17屆大會(huì)大地測(cè)量常數(shù)的推薦值（WorldGeodicalSystem-84）一、WGS-84世界大地坐標(biāo)系幾何定義（WorldGeo117一、WGS-84世界大地坐標(biāo)系協(xié)議地球坐標(biāo)系CTS地心地固系ECEF（EarthCenteredEarthFixed）由分布于全球的一系列GPS跟蹤站的坐標(biāo)來(lái)具體體現(xiàn)的。WGS-84（G730）WGS-84（G873）WGS-84（G1150）：與ITRF2000的站坐標(biāo)之差約為1cm一、WGS-84世界大地坐標(biāo)系協(xié)議地球坐標(biāo)系CTS118三、ITRF參考框架簡(jiǎn)介

ITRF（InternationalTerrestrialReferenceFrame）是由國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)IERS（InternationalEarthRotationService）提供的國(guó)際地球參考框架，由空間大地測(cè)量觀測(cè)站的坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)速度來(lái)定義的。ITRF框架實(shí)質(zhì)上也是一種地心地固坐標(biāo)系ECEF（EarthCenteredEarthFixed），其原點(diǎn)在地球體系（含海洋和大氣圈）的質(zhì)心，以WGS-84橢球?yàn)閰⒖紮E球。三、ITRF參考框架簡(jiǎn)介ITRF（Internationa119§2.3坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換參心大地坐標(biāo)系與地心大地坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換重點(diǎn)解決：WGS84地心坐標(biāo)與國(guó)家參心坐標(biāo)不同參心大地坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換大地坐標(biāo)與高斯平面坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換§2.3坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換參心大地坐標(biāo)系與地心大地坐標(biāo)系120WGS84地心坐標(biāo)與國(guó)家參心坐標(biāo)

（空間直角坐標(biāo)）系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)（3平移參數(shù)＋3旋轉(zhuǎn)參數(shù)＋1尺度變化參數(shù)）轉(zhuǎn)換參數(shù)一般是利用公共點(diǎn)的兩套坐標(biāo)值通過(guò)一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)重合點(diǎn)數(shù)為三個(gè)以上時(shí)，通?？梢圆捎貌紶査_模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換：

方法一方法二WGS84地心坐標(biāo)與國(guó)家參心坐標(biāo)

（空間直角坐標(biāo)）系統(tǒng)之間的121（一）方法一

設(shè)和分別為地面網(wǎng)點(diǎn)的參心坐標(biāo)列向量和GPS網(wǎng)點(diǎn)的地心坐標(biāo)列向量。由布爾薩模型可知：

（2－20）

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的7參數(shù)為：

尺度變化參數(shù)平移參數(shù)旋轉(zhuǎn)參數(shù)矩陣（一）方法一設(shè)和分別為地面網(wǎng)點(diǎn)的參心坐標(biāo)列向量122（一）方法一當(dāng)為微小量時(shí)，忽略其間的互乘項(xiàng)，且簡(jiǎn)化模型為：(2－21)

令式（2－21）用向量表示為：

（2－22）

（一）方法一當(dāng)為微小量時(shí)，忽略其間的互123（一）方法一根據(jù)模型（2－22），利用重合點(diǎn)的兩套坐標(biāo)值，可平差計(jì)算出轉(zhuǎn)換參數(shù)：求得轉(zhuǎn)換參數(shù)R后，再利用模型（2－22）進(jìn)行各點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

注意：若忽略一些轉(zhuǎn)換參數(shù)，則還有3參數(shù)法、4參數(shù)法等。（一）方法一根據(jù)模型（2－22），利用重合點(diǎn)的兩套坐標(biāo)值124（二）方法二【利用基線向量求轉(zhuǎn)換參數(shù)】選定一個(gè)公共點(diǎn)D0為基準(zhǔn)點(diǎn)，然后求解其它各公共點(diǎn)Di相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的基線向量（坐標(biāo)差）（2－24）

（2－23）

（2－20）

同理可求出4參數(shù)。（二）方法二【利用基線向量求轉(zhuǎn)換參數(shù)】（2－24）（2－2125§2.4時(shí)間系統(tǒng)一、時(shí)間系統(tǒng)的定義要素：（1）原點(diǎn)（2）時(shí)間尺度（時(shí)間單位）二、周期運(yùn)動(dòng)的選用與時(shí)間系統(tǒng)的發(fā)展三、常用的時(shí)間系統(tǒng)§2.4時(shí)間系統(tǒng)一、時(shí)間系統(tǒng)的定義二、周期運(yùn)動(dòng)的選用與時(shí)126二、周期運(yùn)動(dòng)的選用與時(shí)間系統(tǒng)的發(fā)展地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基準(zhǔn)的世界時(shí)系統(tǒng)觀察地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所選空間參考點(diǎn)不同：（1）恒星時(shí)（2）太陽(yáng)時(shí)、平太陽(yáng)時(shí)（3）世界時(shí)以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的原子時(shí)系統(tǒng)協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC

GPS專(zhuān)用時(shí)間系統(tǒng)（GPS時(shí)）二、周期運(yùn)動(dòng)的選用與時(shí)間系統(tǒng)的發(fā)展地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基準(zhǔn)的世界時(shí)127三、常用的時(shí)間系統(tǒng)恒星時(shí)ST(SiderealTime)

平太陽(yáng)時(shí)MT(MeanSolarTime)

世界時(shí)UT（UniversalTime）

原子時(shí)AT(AtomicTime)

諧調(diào)世界時(shí)UTC（CoodinatedUniversalTime）GPS時(shí)GPST

三、常用的時(shí)間系統(tǒng)恒星時(shí)ST(SiderealTime)1281.恒星時(shí)ST(SiderealTime)

(1)定義以春分點(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)。時(shí)間尺度：春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)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)。起算原點(diǎn)：春分點(diǎn)通過(guò)本地上子午圈的時(shí)刻。1.恒星時(shí)ST(SiderealTime)(1)定義1291.恒星時(shí)ST（2）特點(diǎn)恒星時(shí)具有地方性，同一瞬間對(duì)不同測(cè)站的恒星時(shí)是不同的，所以恒星時(shí)也稱(chēng)為地方恒星時(shí)。

對(duì)于同一歷元時(shí)刻，有真春分點(diǎn)和平春分點(diǎn)之分。因此恒星時(shí)就有真恒星時(shí)和平恒星時(shí)1.恒星時(shí)ST（2）特點(diǎn)1302.平太陽(yáng)時(shí)MT(MeanSolarTime)

太陽(yáng)時(shí)（SolarTime）以太陽(yáng)為參考點(diǎn)，由太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)來(lái)測(cè)定地球的自轉(zhuǎn)周期并建立的時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)。真太陽(yáng)時(shí)（真時(shí)）以真太陽(yáng)視面中心為參考點(diǎn)，由太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)來(lái)測(cè)定地球的自轉(zhuǎn)周期并建立的時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)。真太陽(yáng)日、真太陽(yáng)時(shí)…地方真時(shí)真太陽(yáng)時(shí)的不均勻性2.平太陽(yáng)時(shí)MT(MeanSolarTime)太陽(yáng)1312.平太陽(yáng)時(shí)MT(MeanSolarTime)（1）平太陽(yáng)

假設(shè)以真太陽(yáng)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)的一個(gè)參考點(diǎn)，其周期與真太陽(yáng)一致。（2）平太陽(yáng)時(shí)以平太陽(yáng)為參考點(diǎn)，由平太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)所定義的時(shí)間系統(tǒng)。時(shí)間尺度：平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本地子午圈的