電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)

電信行業(yè)--《GPS原理及應(yīng)用》-GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)2024/3/11電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)主要內(nèi)容2.1天球及天球坐標(biāo)系2.2協(xié)議地球坐標(biāo)系2.3GPS坐標(biāo)系統(tǒng)2.4時(shí)間系統(tǒng)電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)2.1.1天球主要點(diǎn)、線、圈2.1天球及天球坐標(biāo)系電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)定義：以空間某一點(diǎn)為中心、半徑為無(wú)窮大的一個(gè)圓球。作用：天文學(xué)中通常把參考坐標(biāo)建立在天球上分類：站心天球、地心天球、日心天球電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)天頂（Z）和天底（Z’）天軸（PP’）和天極（南、北天極）天球赤道面和天球赤道天球子午面和天球子午圈上子午圈和下子午圈上赤道點(diǎn)Q和下赤道點(diǎn)Q’天球上的主要點(diǎn)、線、圈電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)子午線和東西南北點(diǎn)（E、W、S、N）時(shí)圈春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)坐標(biāo)原點(diǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)建立的三要素

z

y

x

A(X,Y,Z)

Z

Y

X

O

起始子午面

赤道

坐標(biāo)軸指向表示坐標(biāo)的參數(shù)2.1.2天球坐標(biāo)系電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)天球坐標(biāo)系是以天球及天球上的點(diǎn)線圈為基礎(chǔ)所建立的坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系的定義電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)依天球中心的不同來(lái)劃分日心坐標(biāo)系、地心坐標(biāo)系、站心坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系的分類依所依據(jù)的天球上的點(diǎn)線圈的不同來(lái)劃分時(shí)角赤道坐標(biāo)系以天球赤道、子午面和上赤道點(diǎn)為依據(jù)用赤緯

和時(shí)角t表示電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)赤經(jīng)赤道坐標(biāo)系以天球赤道、過(guò)春分點(diǎn)的時(shí)圈和春分點(diǎn)為依據(jù)用赤經(jīng)和赤緯表示黃道坐標(biāo)系以天球黃道、過(guò)春分點(diǎn)的黃經(jīng)圈和春分點(diǎn)為依據(jù)用黃經(jīng)l和黃維

表示電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)視差由于觀測(cè)者所處位置不同，而使觀測(cè)同一天體的方向發(fā)生變化，這種變化稱為視差。視差又有周年視差（恒星視差）、周日視差等之分。地心、站心與日心天球坐標(biāo)系的關(guān)系視差地心、站心與日心天球坐標(biāo)系的關(guān)系電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)恒星：采用赤經(jīng)

和赤緯

表示人造地球衛(wèi)星：采用赤經(jīng)

、赤緯和距離r表示不同天體坐標(biāo)表示方法的不同電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)天球赤道坐標(biāo)系(

,,

r)和天球直角坐標(biāo)系(x,y,z)天球赤道坐標(biāo)系和天球直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)歲差和章動(dòng)瞬時(shí)平天極、瞬時(shí)天球平赤道和瞬時(shí)平春分點(diǎn)（僅考慮歲差）歲差章動(dòng)對(duì)天球坐標(biāo)的影響歲差、章動(dòng)導(dǎo)致春分點(diǎn)位置發(fā)生變化瞬時(shí)真天極、瞬時(shí)天球真赤道和瞬時(shí)真春分點(diǎn)（考慮歲差和章動(dòng)的綜合影響）歲差章動(dòng)對(duì)天球坐標(biāo)的影響電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)協(xié)議天球坐標(biāo)系協(xié)議天球坐標(biāo)系經(jīng)協(xié)商指定的某一特定時(shí)刻的平天球坐標(biāo)系協(xié)議天球坐標(biāo)系（CIS）(1)當(dāng)前，國(guó)際上所采用的天球坐標(biāo)系國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)和國(guó)際天文協(xié)議聯(lián)合會(huì)確定從1984年1月1日起采用為2000年1月15日12h（J2000.0）的平天球坐標(biāo)系Z軸指向J2000.0的平北天極X軸指向J2000.0的平春分點(diǎn)Z軸指向J2000.0的平北天極X軸指向J2000.0的平春分點(diǎn)電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)當(dāng)前，國(guó)際上所采用的天球坐標(biāo)系國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)和國(guó)際天文協(xié)議聯(lián)合會(huì)確定從1984年1月1日起采用為2000年1月15日12h（J2000.0）的平天球坐標(biāo)系Z軸指向J2000.0的平北天極X軸指向J2000.0的平春分點(diǎn)電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)協(xié)議天球坐標(biāo)系與真天球坐標(biāo)系間的關(guān)系進(jìn)行歲差和章動(dòng)改正協(xié)議天球坐標(biāo)系（CIS）(2)特定時(shí)刻的真天球坐標(biāo)章動(dòng)改正特定時(shí)刻的平天球坐標(biāo)J2000.0的平天球坐標(biāo)（協(xié)議天球坐標(biāo)）歲差改正電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)1.地球直角坐標(biāo)系的定義

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。2.2協(xié)議地球坐標(biāo)系圖2-2直角坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系2.地球大地坐標(biāo)系的定義地球橢球的中心與地球質(zhì)心重合橢球的短軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合?？臻g點(diǎn)位置在該坐標(biāo)系中表述為（L，B，H）。地球直角坐標(biāo)系和地球大地坐標(biāo)系可用圖2-2表示：電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)

對(duì)同一空間點(diǎn)，直角坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系參數(shù)間有如下轉(zhuǎn)換關(guān)系：3.直角坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系參數(shù)間的轉(zhuǎn)換電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)地心坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心地心坐標(biāo)系與參心坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)不位于地球質(zhì)心地心坐標(biāo)系和參心坐標(biāo)系的特點(diǎn)地心坐標(biāo)系適合于全球用途的應(yīng)用參心坐標(biāo)系適合于局部用途的應(yīng)用有利于使局部大地水準(zhǔn)面與參考橢球面符合更好保持國(guó)家坐標(biāo)系的穩(wěn)定有利于地心坐標(biāo)的保密電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)定義：由于地球內(nèi)部和外部的種種動(dòng)力學(xué)因素，使得地球體對(duì)于自轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而引起了地極的移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為極移。極移極移包括Chandlar分量（周期1.2年）和周年分量電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)極移的測(cè)定測(cè)定極移–通過(guò)測(cè)定緯度的變化ILS（后來(lái)的IPMS）和BIH國(guó)際協(xié)用原點(diǎn)CIO（1900-1905平均地極）極原點(diǎn)（JYD）（中國(guó)）歲差、章動(dòng)和極移歲差、章動(dòng)造成天球坐標(biāo)的變化極移造成地球坐標(biāo)的變化電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)平地球坐標(biāo)系和瞬時(shí)（真）地球坐標(biāo)系瞬時(shí)（真）地球坐標(biāo)系Z軸與瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸重合或平行的地球坐標(biāo)系平地球坐標(biāo)系Z軸指向空間中某一固定點(diǎn)（平極）的地球坐標(biāo)系平地球坐標(biāo)(X,Y,Z)和瞬時(shí)（真）地球坐標(biāo)(x,y,z)的轉(zhuǎn)換關(guān)系電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)瞬時(shí)（真）地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)天球坐標(biāo)系的關(guān)系電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)早期的經(jīng)度零點(diǎn)1884，美，華盛頓國(guó)際經(jīng)度會(huì)議定義：通過(guò)英國(guó)Greenwich天文臺(tái)Airy儀中心的子午線為全球統(tǒng)一的起始子午線。起始子午線與赤道的交點(diǎn)稱為天文經(jīng)度零點(diǎn)。受板塊運(yùn)動(dòng)、局部地殼運(yùn)動(dòng)和極移的影響經(jīng)度零點(diǎn)的問(wèn)題格林尼治平均子午線由多個(gè)天文臺(tái)共同維持可減少板塊運(yùn)動(dòng)、局部地殼運(yùn)動(dòng)和觀測(cè)誤差的影響電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)CIO-BIH經(jīng)度零點(diǎn)通過(guò)CIO和天文經(jīng)度零點(diǎn)的子午線稱為起始子午線，其與CIO赤道的交點(diǎn)稱為赤道參考點(diǎn)或CIO-BIH經(jīng)度零點(diǎn)電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)幾種常用坐標(biāo)系之間的關(guān)系觀測(cè)瞬間的真天球□坐標(biāo)系歲差、章動(dòng)改正旋轉(zhuǎn)SG角觀測(cè)瞬間的真地球坐標(biāo)系平地球坐標(biāo)系極移改正某一歷元的平天球坐標(biāo)系電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)WGS-84坐標(biāo)系2.3GPS坐標(biāo)系國(guó)際地球參考框架(ITRF)北京54舊坐標(biāo)系北京54新坐標(biāo)系電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)

WGS-84橢球及其有關(guān)常數(shù)：WGS-84采用的橢球是國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)第17屆大會(huì)大地測(cè)量常數(shù)推薦值，其四個(gè)基本參數(shù)

WGS-84坐標(biāo)系

WGS-84的定義：WGS-84是修正NSWC9Z-2參考系的原點(diǎn)和尺度變化，并旋轉(zhuǎn)其參考子午面與BIH定義的零度子午面一致而得到的一個(gè)新參考系，WGS-84坐標(biāo)系的原點(diǎn)在地球質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)定地球極（CTP）方向，X軸指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，Y軸和Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。它是一個(gè)地固坐標(biāo)系。電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)長(zhǎng)半徑：a=6378137±2（m）；地球引力常數(shù)：GM=3986005×108m3s-2±0.6×108m3s-2；正?；A帶諧系數(shù)：C20=-484.16685×10-6±1.3×10-9；J2=108263×10-8

地球自轉(zhuǎn)角速度：ω=7292115×10-11rads-1±0.150×10-11rads-1電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)國(guó)際地球參考架（ITRF）國(guó)際地球參考架(ITRF)是IERS(InternationalEarthRotationService)制定，由全球數(shù)百個(gè)SLR、VLBI和GPS站所構(gòu)成–IGS精密星歷–Z軸指向CIO，利用SLR、VLBI和GPS等技術(shù)維持.–提供站坐標(biāo)及速度場(chǎng)信息電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)

WGS84與ITRF的關(guān)系WGS84地面站坐標(biāo)精度為1m到2m的精度，ITRF則為厘米級(jí)精度引力常數(shù)不同WGS-84與ITRF的關(guān)系WGS84與ITRF的轉(zhuǎn)換關(guān)系電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)（1）橢球參數(shù)有較大誤差。1954年北京坐標(biāo)系1.1954年北京坐標(biāo)系（BJ54舊）坐標(biāo)原點(diǎn)：前蘇聯(lián)的普爾科沃。參考橢球：克拉索夫斯基橢球。平差方法：分區(qū)分期局部平差。存在的問(wèn)題：電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)（2）參考橢球面與我國(guó)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）幾何大地測(cè)量和物理大地測(cè)量應(yīng)用的參考

面不統(tǒng)一。電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)坐標(biāo)原點(diǎn)：陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)。參考橢球：1975年國(guó)際橢球。1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系（GDZ80）平差方法：天文大地網(wǎng)整體平差。特點(diǎn)：（1）采用1975年國(guó)際橢球。電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)（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(lái)的。（3）橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國(guó)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(guó)中部。（6）大地高程基準(zhǔn)采用1956年黃海高程。電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)

新1954年北京坐標(biāo)系（BJ54新）是由1980國(guó)家大地坐標(biāo)（GDZ80）轉(zhuǎn)換得來(lái)的。

坐標(biāo)原點(diǎn)：陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)。新1954年北京坐標(biāo)系（BJ54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舊建立起來(lái)的參心坐標(biāo)系。電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)（3）采用多點(diǎn)定位。但橢球面與大地水準(zhǔn)面在我國(guó)境內(nèi)不是最佳擬合。（4）定向明確。（5）大地原點(diǎn)與GDZ80相同，但大地起算數(shù)據(jù)不同。（6）大地高程基準(zhǔn)采用1956年黃海高程。（7）與BJ54舊相比，所采用的橢球參數(shù)相同，其定位相近，但定向不同。（8）BJ54舊與BJ54新無(wú)全國(guó)統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換參數(shù)，只能進(jìn)行局部轉(zhuǎn)換。電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)2.4時(shí)間系統(tǒng)沙瓶-Sandglass電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)世界時(shí)時(shí)間系統(tǒng)的分類力學(xué)時(shí)原子時(shí)GPS時(shí)電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)恒星時(shí)參考點(diǎn)：春分點(diǎn)定義：春分點(diǎn)兩次經(jīng)過(guò)地方上子午圈的時(shí)間間隔為一恒星日。并由此派生出“時(shí)”、“分”、“秒”等單位；屬于地方時(shí)。數(shù)值上等于春分點(diǎn)相對(duì)于本地子午圈的時(shí)角。有真恒星時(shí)與平恒星時(shí)之分電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)格林尼治恒星時(shí)－格林尼治真恒星時(shí)（GAST-GreenwichApparentSiderealTime）與格林尼治平恒星時(shí)（GMST-GreenwichMeanSiderealTime）電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)太陽(yáng)時(shí)參考點(diǎn)：太陽(yáng)定義：太陽(yáng)中心連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)地方上子午圈的時(shí)間間隔為一太陽(yáng)日。并由此派生出“時(shí)”、“分”、“秒”等單位；屬于地方時(shí)。數(shù)值上等于太陽(yáng)中心相對(duì)于本地子午圈的時(shí)角。正午（0h）與子夜（12h）電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)有真太陽(yáng)時(shí)（t

）與平太陽(yáng)時(shí)（m），真太陽(yáng)日與平太陽(yáng)日平太陽(yáng)–周年視運(yùn)動(dòng)的軌跡在赤道面上；運(yùn)動(dòng)角速度恒定，且等于真太陽(yáng)的平均角速度。真太陽(yáng)時(shí)與平太陽(yáng)時(shí)之間的關(guān)系電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)定義：格林尼治零子午線處的民用時(shí)稱為世界時(shí)。UT0、UT1與UT2世界時(shí)問(wèn)題的引出：極移和地球自轉(zhuǎn)的不均勻（長(zhǎng)期趨勢(shì)變緩，且存在短周期變化和季節(jié)性變化）UT0：未經(jīng)改正的世界時(shí)UT1：引入極移改正（

）的世界時(shí)UT2：引入極移改正（

）和地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)改正（Ts）的世界時(shí)電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)定義：根據(jù)行星在太陽(yáng)系中的運(yùn)動(dòng)所得到的時(shí)間，稱為力學(xué)時(shí)。2.4.2力學(xué)時(shí)歷事（書）時(shí)歷書時(shí)是以太陽(yáng)系內(nèi)的天體公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的時(shí)間系統(tǒng)，其規(guī)定1900年1月1日12h的回歸年長(zhǎng)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)值上相同，其后關(guān)系如下電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)

地球動(dòng)力學(xué)時(shí)太陽(yáng)系質(zhì)心力學(xué)時(shí)TDB與TDT的差別是有相對(duì)論效應(yīng)所引起的電信行業(yè)《GPS原理及應(yīng)用》