GPS衛(wèi)星定位原理及其應(yīng)用GPS定位的坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)課件

GPS衛(wèi)星定位原理及其應(yīng)用

GPS定位的坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)10/7/20231GPS衛(wèi)星定位原理及其應(yīng)用

GPS定位的坐標(biāo)系統(tǒng)的類型1.在空間固定的坐標(biāo)系2.與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系統(tǒng)一組坐標(biāo)值一個(gè)空間點(diǎn)位一一對(duì)應(yīng)坐標(biāo)系定義的三要素：坐標(biāo)原點(diǎn)的位置三個(gè)坐標(biāo)軸的指向坐標(biāo)軸長(zhǎng)度單位（尺度）10/7/20232坐標(biāo)系統(tǒng)的類型1.在空間固定的坐標(biāo)系一組坐標(biāo)值一個(gè)空間點(diǎn)位一協(xié)議坐標(biāo)系在GPS定位中，坐標(biāo)系的原點(diǎn)一般取地球的質(zhì)心，而坐標(biāo)軸的指向具有一定的選擇性。為了使用上的方便和坐標(biāo)系統(tǒng)的通用性，國(guó)際上都通過協(xié)議來確定某些全球性坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)軸指向。這種共同確認(rèn)的坐標(biāo)系，通常稱為協(xié)議坐標(biāo)系。協(xié)議天球坐標(biāo)系協(xié)議地球坐標(biāo)系10/7/20233協(xié)議坐標(biāo)系在GPS定位中，坐標(biāo)系的原點(diǎn)一般取地球的質(zhì)心，而坐協(xié)議天球坐標(biāo)系中常用名詞黃道赤道MεrPnPsпnпn天球的定義：以地球的質(zhì)心M為中心，半徑R為任意長(zhǎng)度的一個(gè)假想球體。天軸：地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線為天軸。天極：天軸與天球的交Pn和Ps為天極。天球子午面：包含天軸并通過地球上任一點(diǎn)的平面。天球子午圈：天球子午面與天球相交的大圓。10/7/20234協(xié)議天球坐標(biāo)系中常用名詞黃道赤道MεrPnPsпnпn天球協(xié)議天球坐標(biāo)系中常用名詞時(shí)圈：通過天軸的平面與天球相交的半個(gè)大圓。黃道：地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓。黃赤交角：黃道面與赤道面的夾角ε。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)。黃道赤道MεrPnPsпnпn靠近北天極的交點(diǎn)為北黃極?？拷咸鞓O的交點(diǎn)為南黃極。春分點(diǎn)：當(dāng)太陽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)r。10/7/20235協(xié)議天球坐標(biāo)系中常用名詞時(shí)圈：通過天軸的平面與天球相交的半個(gè)天球坐標(biāo)系天球空間直角坐標(biāo)系天體S的坐標(biāo)為：（x,y,z)天球球面坐標(biāo)系天體S的坐標(biāo)為：（α，δ，r）SrPnαzyxrδ天球赤道M10/7/20236天球坐標(biāo)系天球空間直角坐標(biāo)系SrPnαzyxrδ天球赤道M1天球直角坐標(biāo)系與球面坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換SrPnαzyxrδ天球赤道M10/7/20237天球直角坐標(biāo)系與球面坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換SrPnαzyxrδ天球歲差和章動(dòng)現(xiàn)象歲差：由于地球的實(shí)際形體接近于一個(gè)赤道隆起的橢球體，因此，在日月引力和其它天體引力，對(duì)地球隆起部分的作用下，地球在繞太陽運(yùn)行時(shí)，自轉(zhuǎn)軸的方向不再保持不變，從而使春分點(diǎn)在黃道上產(chǎn)生緩慢的西移，這種現(xiàn)象在天文學(xué)中稱為歲差。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，這種現(xiàn)象稱為章動(dòng)。10/7/20238歲差和章動(dòng)現(xiàn)象歲差：由于地球的實(shí)際形體接近于一個(gè)赤道隆起的橢協(xié)議天球坐標(biāo)系

由于在歲差和章動(dòng)的影響下，瞬時(shí)天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸的指向，在不斷地發(fā)生變化，通常選擇某一時(shí)刻T作為標(biāo)準(zhǔn)歷元，并將此時(shí)地球的瞬時(shí)自轉(zhuǎn)軸和地心到瞬時(shí)春分點(diǎn)的方向。經(jīng)該時(shí)刻的歲差和章動(dòng)改正后，分別作為Z軸和X軸的指向。由此所構(gòu)成的坐標(biāo)系稱為所取標(biāo)準(zhǔn)歷元T的協(xié)議地球坐標(biāo)系，也稱為協(xié)議慣性坐標(biāo)系（CIS——ConventionalInertialSystem）10/7/20239協(xié)議天球坐標(biāo)系由于在歲差和章動(dòng)的影響下，瞬時(shí)協(xié)議天球坐標(biāo)系的衛(wèi)星坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換1.將協(xié)議天球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系（由于歲差引起的坐標(biāo)軸指向的不同）10/7/202310協(xié)議天球坐標(biāo)系的衛(wèi)星坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換1.將協(xié)議天球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為瞬時(shí)協(xié)議天球坐標(biāo)系的衛(wèi)星坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換2.將瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成瞬時(shí)天球坐標(biāo)系（由于地球自轉(zhuǎn)軸的章動(dòng)現(xiàn)象引起的）10/7/202311協(xié)議天球坐標(biāo)系的衛(wèi)星坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換2.將瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成瞬天球瞬時(shí)坐標(biāo)系與協(xié)議坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換10/7/202312天球瞬時(shí)坐標(biāo)系與協(xié)議坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換10/6/202312地球坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系S點(diǎn)坐標(biāo)可表示為（X，Y，Z）大地坐標(biāo)系S點(diǎn)坐標(biāo)可表示為（B，L，H）SEPnLZYXB天球赤道OH10/7/202313地球坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系SEPnLZYXB天球赤道OH10/地球空間直角坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換SEPnLZYXB天球赤道OH其中：N為橢球的卯酉圈曲率半徑10/7/202314地球空間直角坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換SEPnLZYXB天極移現(xiàn)象與協(xié)議地球坐標(biāo)系地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)地球體的位置并不是固定的，因而地極點(diǎn)在地球表面上的位置，是隨時(shí)間而變化的。這種現(xiàn)象稱為地極移動(dòng)，簡(jiǎn)稱為極移。國(guó)際上采用平均地極作為基準(zhǔn)點(diǎn)，這一基準(zhǔn)點(diǎn)通常稱為協(xié)議原點(diǎn)也稱為協(xié)議地極，以協(xié)議地極為基準(zhǔn)點(diǎn)的地球坐標(biāo)系稱為協(xié)議地球坐標(biāo)系（ConventionalTerrestrialPole----CTP）。瞬時(shí)極相應(yīng)的地球坐標(biāo)系，稱為瞬時(shí)地球坐標(biāo)系。10/7/202315極移現(xiàn)象與協(xié)議地球坐標(biāo)系地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)地球體的協(xié)議地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換10/7/202316協(xié)議地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換10/6/202316協(xié)議地球坐標(biāo)系與協(xié)議天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換1.兩坐標(biāo)系的原點(diǎn)均位于地球的質(zhì)心，故其原點(diǎn)位置相同；2.瞬時(shí)天球坐標(biāo)系的z軸與瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的Z軸相同；3.兩瞬時(shí)坐標(biāo)系統(tǒng)x軸與X軸的指向不同，期間夾角為α；10/7/202317協(xié)議地球坐標(biāo)系與協(xié)議天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換1.兩坐標(biāo)系的原點(diǎn)均位于坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換過程瞬時(shí)天球坐標(biāo)系瞬時(shí)地球坐標(biāo)系瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系歲差旋轉(zhuǎn)變換章動(dòng)旋轉(zhuǎn)變換協(xié)議地球坐標(biāo)系極移變換真春分點(diǎn)時(shí)角變換協(xié)議天球坐標(biāo)系10/7/202318坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換過程瞬時(shí)天球坐標(biāo)系瞬時(shí)地球坐標(biāo)系瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系歲地球坐標(biāo)系的其它表達(dá)形式1.地球參心坐標(biāo)系

由于選擇作為基本參考面參考橢球面的中心與地球質(zhì)心不相重合,其中心一般位于地球質(zhì)心附近,這種原點(diǎn)位于地球質(zhì)心的坐標(biāo)系通常稱為地球參心坐標(biāo)系.2.天文坐標(biāo)系

在地心大地坐標(biāo)系中,如果以大地水準(zhǔn)面代替其中的橢球面,則相應(yīng)的坐標(biāo)系通常稱為天文坐標(biāo)系.3.站心坐標(biāo)系

原點(diǎn)位于觀測(cè)站O,Z軸與觀測(cè)站的橢球法線相重合,X軸垂直與Z軸指向橢球的短軸,Y軸垂直與XOZ平面.4.高斯平面直角坐標(biāo)系10/7/202319地球坐標(biāo)系的其它表達(dá)形式1.地球參心坐標(biāo)系10/6/2023衛(wèi)星大地測(cè)量基準(zhǔn)WGS-84坐標(biāo)系國(guó)家大地坐標(biāo)系1.1954北京坐標(biāo)系2.1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系各坐標(biāo)系的差異：1.坐標(biāo)原點(diǎn)2.坐標(biāo)軸的指向3.采用的參考橢球10/7/202320衛(wèi)星大地測(cè)量基準(zhǔn)WGS-84坐標(biāo)系10/6/202320時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng)的定義：1.尺度（時(shí)間單位）2.原點(diǎn)時(shí)間尺度：運(yùn)動(dòng)連