(高清版)GBT 39787-2021 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)系

ICS07.040CCSA75GB/T39787—2021北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)系國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會GB/T39787—2021 I 3術(shù)語、定義和縮略語 3.2縮略語 24坐標(biāo)系定義 2 24.2參考橢球 34.2.1一般規(guī)定 34.2.2定義常數(shù) 34.2.3特殊應(yīng)用常數(shù) 34.2.4其他常數(shù) 44.3相關(guān)主要模型和參數(shù) 45北斗坐標(biāo)系實現(xiàn)要求 45.1一般概念 45.2北斗參考站要求 45.3北斗觀測數(shù)據(jù)要求 45.4數(shù)據(jù)處理要求 56北斗參考框架維持與更新要求 56.1北斗參考框架維持要求 56.1.1一般概念 56.1.2維持要求 6.2北斗參考框架更新要求 56.2.1一般概念 56.2.2更新要求 5 67.1轉(zhuǎn)換類型 67.2轉(zhuǎn)換模型及要求 67.3公共點選取 6附錄A(規(guī)范性)導(dǎo)出幾何常數(shù)公式 8附錄B(規(guī)范性)導(dǎo)出物理常數(shù)公式 IGB/T39787—2021本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別這些專利的責(zé)任。本文件由中央軍委裝備發(fā)展部提出。本文件由全國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC544)歸口。王維嘉。1GB/T39787—2021北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)系1范圍本文件規(guī)定了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)系的定義、實現(xiàn)、維持與更新的要求，以及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)系與其他地心坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換方法。本文件適用于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)、運行和應(yīng)用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T39267—2020北斗衛(wèi)星導(dǎo)航術(shù)語GB/T39267—2020界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1.1國際地球參考框架internationalterrestrialreferenceframe;ITRF3.1.2參考橢球referenceellipsoid大小和形狀由赤道長半軸和扁率定義，代表地球體并經(jīng)定位定向的旋轉(zhuǎn)橢球體。3.1.3地球重力場earth'sgravityfield3.1.42000中國大地坐標(biāo)系統(tǒng)Chinageodeticcoordinatesystem2000;CGCS2000中國建立的大地坐標(biāo)系。其坐標(biāo)系的原點位于地球質(zhì)心，Z軸指向國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)組織(IERS)定義的參考極(IRP)方向，X軸為IERS定義的參考子午面(IRM)與通過原點且同Z軸正交的赤道面3.1.5北斗坐標(biāo)系BeiDoucoordinatesystem;BDCS北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)系coordinatesystemofBeiDounavigationsatellitesystem北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)采用的大地坐標(biāo)系。BDCS的定義符合國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)(IERS)規(guī)范，與CGCS2000的定義一致。[來源：GB/T39267—2020,2.2.6,有修改]2GB/T39787—20213.1.6用于實現(xiàn)北斗坐標(biāo)系的一組跟蹤北斗衛(wèi)星的北斗地面觀測站。3.1.7體現(xiàn)北斗坐標(biāo)系的北斗參考站的坐標(biāo)和速度。注：北斗參考框架的表示方法為：BDCS(YYYY.DOY),YYYY代表年份，DOY代表年積日。BDCS(YYYY.DOY)表示該框架從YYYY年第DOY天UTC0時啟用。下列縮略語適用于本文件。BDS:北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDouNavigationSatelliteSystem)BIH:國際時間局(BereauInternationaldel'Heure)GNSS:全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GlobalNavigationSatelliteSystem)GLONASS:格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GlobalNavigationSatelliteSystem)GPS:全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem)TCG:地心坐標(biāo)時(GeocentricCoordinateTime)WGS84:1984世界大地坐標(biāo)系(WorldGeodeticSystem1984)BDCS的定義與CGCS2000的定義一致。原點、尺度、坐標(biāo)軸的定向及其時間演變定義符合以下b)尺度：長度單位為米(m)。這一尺度同地心局部框架的TCG時間坐標(biāo)一致；c)定向：在1984.0時初始定向與BIH的定向一致；d)定向時間演變：定向隨時間的演變相對于整個地球的水平構(gòu)造運動無整體旋轉(zhuǎn)。BDCS為一右手直角坐標(biāo)系。原點位于地球質(zhì)量中心，Z軸指向IERS參考極方向，X軸為IERS參考子午面與通過原點且同Z軸正交的赤道面的交線，Y軸完成右手直角坐標(biāo)系，見圖1。3GB/T39787—2021zzIERS參考極IERS參考子午面0地球質(zhì)心參考橢球BDCS參考橢球與CGCS2000參考橢球一致，其幾何中心與BDCS的原點重合，旋轉(zhuǎn)軸與BDCS的Z軸一致。BDCS參考橢球也是表面為正常重力場的等位面的正常橢球，由四個常數(shù)(a,μ,f,w)定義，幾何常數(shù)和物理常數(shù)導(dǎo)出公式及數(shù)值應(yīng)符合附錄A和附錄B。BDCS參考橢球的定義常數(shù)如下：b)包含大氣的地心引力常數(shù)GM(亦可用μ表示):μ=3986004.418×10?m3/s2;北斗坐標(biāo)系采用的特殊應(yīng)用常數(shù)見表1。應(yīng)用常數(shù)名稱值不包括大氣的地球引力常數(shù)GM'/(m3/s2)GM′=3986000.9×108地球大氣的引力常數(shù)GMA/(m3/s2)GMA=3.5×108在進動參考架中地球角速度w*/(rad/s)w*=7292115.8553×10-1+4.3×10-15Tu式中：Tu——自J2000.0的儒略世紀(jì)數(shù)，Tu=dy/36525;du——自JD2451545.0UT1的世界時(UT)的天數(shù)，取值士0.5,±1.5,±2.5…,du=JD-2451545。4GB/T39787—2021北斗坐標(biāo)系采用的其他常數(shù)見表2。表2其他常數(shù)的值其他常數(shù)名稱大地水準(zhǔn)面的位W?/(m2/s2)Wo=62636856.0±0.5地球位尺度因子R?/mR?=GM/W?=6363672.6±0.1動力學(xué)扁率HH=1/305.4413地球的主慣性矩A、B、C/(kg·m2)A=8.0091029×1037B=8.0092559×1037C=8.0354872×10374.3相關(guān)主要模型和參數(shù)北斗坐標(biāo)系宜采用IERS推薦的相關(guān)模型和參數(shù)，見表3。表3BDCS推薦的模型和參數(shù)模型種類模型名稱地球重力場模型EGM2008模型地球定向參數(shù)IERS地球定向參數(shù)歲差一章動模型IAU2000/2006模型固體潮IERS模型海潮模型FES2004模型行星歷表DE4215北斗坐標(biāo)系實現(xiàn)要求5.1一般概念北斗坐標(biāo)系的實現(xiàn)應(yīng)采用專用的軟件、算法和模型通過處理分布在全球的北斗參考站觀測數(shù)據(jù)，獲得北斗參考站高精度的坐標(biāo)，實現(xiàn)過程應(yīng)符合北斗參考站、觀測數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理等要求。5.2北斗參考站要求北斗參考站建設(shè)應(yīng)遵守如下要求：a)參考站的觀測墩建在穩(wěn)固的基巖上，避開因地基不穩(wěn)定而產(chǎn)生沉降和位移的地區(qū)；對無法建在b)參考站宜盡量全球均勻分布。5.3北斗觀測數(shù)據(jù)要求北斗參考站觀測數(shù)據(jù)應(yīng)符合如下要求：5GB/T39787—2021a)采用BDS/GNSS接收機連續(xù)觀測；b)參考站觀測視場內(nèi)障礙物高度角不超過15°;參考站遠離大功率發(fā)射源，遠離高壓線和微波無線電信號傳送通道及電磁場較強的地區(qū)；避開雷擊區(qū)及多路徑效應(yīng)嚴(yán)重的環(huán)境；c)觀測儀器應(yīng)強制對中。5.4數(shù)據(jù)處理要求北斗坐標(biāo)系實現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理應(yīng)遵守如下要求：a)采用兩套獨立軟件進行數(shù)據(jù)處理并比對；b)從ITRF參考站中選取若干全球均勻分布、穩(wěn)定、可靠、具有較長觀測時間的參考站作為基準(zhǔn)站(基準(zhǔn)站一經(jīng)選取宜盡量保持不變);d)構(gòu)建包含北斗參考站和ITRF站的全球網(wǎng)；f)采用通用基準(zhǔn)約束方法，對全球網(wǎng)施加約束，實現(xiàn)與最新的ITRF框架對準(zhǔn)，獲得北斗參考站g)精度評估。6北斗參考框架維持與更新要求6.1北斗參考框架維持要求北斗參考框架維持是指對構(gòu)建的全球網(wǎng)數(shù)據(jù)進行處理，分析北斗參考站坐標(biāo)時間序列，研究坐標(biāo)變北斗參考框架的維持應(yīng)遵守如下要求：a)采用兩套獨立軟件進行數(shù)據(jù)處理并比對；b)收集數(shù)據(jù)：參考站歷年坐標(biāo)時間序列、當(dāng)前參考站觀測數(shù)據(jù)、當(dāng)前ITRF站觀測數(shù)據(jù)；c)采用松約束解算當(dāng)前構(gòu)建的全球網(wǎng)，獲得松弛解；d)采用通用基準(zhǔn)約束方法，對當(dāng)前全球網(wǎng)施加約束，實現(xiàn)與當(dāng)前采用的ITRF框架對準(zhǔn)，獲得北斗參考站坐標(biāo)；e)合并參考站所有坐標(biāo)時間序列并進行分析和處理，獲得參考站速度；h)精度評估；f)利用解算獲得的速度，獲得參考站在不同解算歷元的坐標(biāo)。6.2北斗參考框架更新要求北斗參考框架更新是指通過對歷年北斗參考站數(shù)據(jù)進行處理，獲得對準(zhǔn)于最新的ITRF框架的北斗參考站坐標(biāo)及其速度。北斗參考框架更新應(yīng)遵守如下要求：6GB/T39787—2021a)采用兩套獨立軟件進行數(shù)據(jù)處理并比對。c)特殊更新：當(dāng)通過維持解算得到的參考站(一個或者幾個)坐標(biāo)與當(dāng)前使用的坐標(biāo)分量超過限值3cm,即進行更新。d)當(dāng)模型或參數(shù)發(fā)生較大變化時的框架更新：3)采用通用基準(zhǔn)約束方法，對全球網(wǎng)施加約束，實現(xiàn)與最新的ITRF框架對準(zhǔn)，獲得北斗參e)當(dāng)模型或參數(shù)未發(fā)生較大變化時的框架更新：3)采用國際通用基準(zhǔn)約束方法，對所有全球網(wǎng)施加約束，實現(xiàn)與最新的ITRF框架對準(zhǔn)，獲得北斗參考站坐標(biāo)；7坐標(biāo)轉(zhuǎn)換之間的轉(zhuǎn)換。從坐標(biāo)系1變換到坐標(biāo)系2,采用七參數(shù)模型，見公式(1)。七參數(shù)模型的適用范圍，取決于坐標(biāo)精度的一致性或者網(wǎng)的均勻性。如果變換的兩個坐標(biāo)系中各不同的轉(zhuǎn)換參數(shù)。公共點選取應(yīng)滿足如下要求：a)優(yōu)先選用具有兩種坐標(biāo)系下的高精度的地面點坐標(biāo)作為公共點；7GB/T39787—2021b)其次選用具有兩種坐標(biāo)系下的高精度衛(wèi)星位置作為公共點；c)也可采用具有兩種坐標(biāo)系下的高精度精密星歷解算的地面點作為公共點；d)或可采用具有兩種坐標(biāo)系下的廣播星歷解算的地面點作為公共點。8(規(guī)范性)導(dǎo)出幾何常數(shù)公式導(dǎo)出幾何常數(shù)公式包括：a)子午橢圓第一偏心率：BDCS參考橢球子午橢圓第一偏心率根據(jù)公式(A.1)采用迭代方式計算：J?——地球重力場的2階帶諧系數(shù)b)幾何扁率：BDCS參考橢球幾何扁率根據(jù)公式(A.2)計算：f=1—(1-e2)1/2或f=(a—b)/a……(A.2)c)短半軸：BDCS參考橢球短半軸根據(jù)公式(A.3)計算：b=a(1—e2)1/2…………(A.3)d)線偏心率：BDC參考橢球線偏心率根據(jù)公式(A.4)計算：E=ae或E=(a2—b2)1/2e)極曲率半徑：BDCS參考橢球極曲率半徑根據(jù)公式(A.5)計算：c=a(1—e2)-1/2或c=a2/bf)從赤道到極的子午圈弧長：BDCS參考橢球從赤道到極的子午圈弧長根據(jù)如下公式(A.6)計算：式中：g)橢球體積：BDCS參考橢球體積根據(jù)公式(A.7)計算：h)橢球表面積：BDCS參考橢球表面積根據(jù)公式(A.8)計算：i)算術(shù)平均半徑：BDCS參考橢球算術(shù)平均半徑根據(jù)公式(A.9)計算：=a[2+(1-e2)1/2]/3j)同面積之球半徑：BDCS參考橢球同面積之球半徑根據(jù)公式(A.10)計算：9GB/T39787—2021R?=a(1—e2)1/6或R?=(a2b)1/3……(A.11)根據(jù)上述公式和常數(shù)得到的BDCS參考橢球幾何常數(shù)數(shù)值見表A.1。常數(shù)名值常數(shù)名值短半軸b/m扁率倒數(shù)1/f線偏心率E/m軸比b/a0.996647189319極曲率半徑c/m子午圈一象限弧長Q/m第一偏心率e0.081819191042782橢球體積V/km3第一偏心率平方e20.00669438002290橢球表面積S/km2第二偏心率e'0.082094438151912算術(shù)平均半徑R?/m第二偏心率平方e'20.00673949677548同面積之球的半徑R?/m0.00335281068118同體積之球的半徑R?/m(規(guī)范性)導(dǎo)出物理常數(shù)公式導(dǎo)出物理常數(shù)公式包括：a)參考橢球的正常位：BDCS參考橢球的正常位根據(jù)公式(B.1)計算：…………(B.1)b)正常引力位(重力位U減去離心力位):BDCS參考橢球正常引力位根據(jù)公式(B.2)計算：…………(B.2)r——向徑，單位為米(m);θ極距，單位為弧度(rad);P?n---2n階勒讓德函數(shù)，用下式(B.3)遞推：……(B.3)J?——地球重力場的2階帶諧系數(shù)，定義常數(shù)。2階以上偶階帶諧系數(shù)用下式(B.4)遞推：……(B.4)c)赤道正常重力和極正常重力：BDCS參考橢球赤道正常重力Ye和極正常重力Yp根據(jù)公式(B.5)計算：…………(B.5)式中：d)重力扁率：BDCS參考橢球重力扁率根據(jù)公式(B.6)計算：…………(B.6)e)幾何扁率和重力扁率滿足的關(guān)系：BDCS參考橢球幾何扁率和重力扁率滿足以下關(guān)系(克萊勞定理),見公式(B.7):…………(B.7)f)橢球面重力的平均值：BDCS參考橢球面重力的平均值，見公式(B.8)和公式(B.9):……………(B.8)GB/T39787—2021式中：…………(B.9)g)地球質(zhì)量：