gps原理及其应用 5_第2章

1武汉大学测绘学院GPS原理及其应用课程组GPS原理及其应用主讲徐晓华2GPS原理及其应用第二章时间系统与坐标系统3GPS原理及其应用26天球坐标系4GPS原理及其应用天球坐标系与地球坐标系地球坐标系与地球体固连在一起且与地球同步运动，以地心为原点的坐标系则称为地心地固坐标系与地球自转无关，空间固定的坐标系称为惯性坐标系或天球坐标系，主要用于描述卫星和地球的运行位置和状态5GPS原理及其应用春分点的有关定义NPSPSN黄道赤道春分点天轴地球自转轴的延伸线。天极天轴与天球面的交点，PN、PS。天球赤道面过球心且与天轴垂直的平面。赤道春分点当太阳在黄道上从天球南半球到北半球运行时，黄道与天球赤道的交点。黄道地球公转的轨道面与天球相交的大圈。黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，约为235。黄极通过天球中心，垂直于黄道面的直线与天球的交点，N、S。6GPS原理及其应用XZY地心S春分点原点位于地球的质心；Z轴指向天球的北天极PN；X轴指向春分点；Y轴与X、Z轴构成右手坐标系。YXZ天球坐标系的定义7GPS原理及其应用岁差与章动的影响在日月引力及其它天体引力对地球隆起部分的作用下，地球在绕太阳运行时，自转轴方向不再保持不变。绕北黄极缓慢地旋转。长周期运动岁差PRECESSION短周期运动章动NUTATION分离结果天极发生变化天球赤道变化春分点变化AB太阳月球OM8GPS原理及其应用岁差的概念定义由于天球赤道和黄道的长期运动而导致春分点产生进动的现象类型赤道岁差由于太阳、月球及行星对地球赤道部分的作用力矩引起天球赤道的进动，导致春分点每年在黄道上西移约5039的现象黄道岁差由于行星的万有引力导致黄道面发生变化，使得春分点在天球赤道上每年东移约01的现象总岁差赤道岁差与黄道岁差在黄道上的分量之和岁差模型9GPS原理及其应用岁差黄道PNSN天球赤道PS主要由于日月引力引起北天极绕北黄极顺时针旋转每年春分点西移5039岁差周期25800年真天极平天极真赤道平赤道真春分点平春分点10GPS原理及其应用章动的概念定义由于日、月及各大行星与地球间相对位置存在周期性变化，导致瞬时北天极及瞬时春分点的位置在岁差基础上还存在各种微小的周期性变化章动模型（EGIAU2000章动模型）日月章动模型由678个不同幅度、不同周期的周期项组成行星章动模型由687个不同幅度、不同周期的周期项组成11GPS原理及其应用M黄道PNSN天球赤道PS真北天极绕平北天极作顺时针椭圆运动章动椭圆长半径92短半径69A岁差、章动叠加N章动椭圆章动的周期186年PNR章动12GPS原理及其应用真地心天球赤道坐标系原点地球质心坐标轴指向Z轴指向瞬时地球自转轴X轴指向瞬时真春分点Y轴与X轴、Z轴成右手系M黄道PNSN天球赤道PSXYZ（瞬时真北极）13GPS原理及其应用平地心天球赤道坐标系原点地球质心坐标轴指向Z轴指向历元平北极X轴指向历元平春分点Y轴与X轴、Z轴成右手系M黄道PNSN天球赤道PSXYZ（历元平北极）14GPS原理及其应用协议地心天球赤道坐标系由于地球的旋转轴不断变化，通常约定某一参考时刻T0J20000作为参考历元，把该历元的平天球坐标系作为协议天球坐标系国际天球坐标系GCRS（地心天球坐标系）坐标原点位于地心，X轴指向J20000时的平春分点，Z轴指向J20000时的平北天极，Y轴垂直于X轴与Z轴组成右手坐标系用于计算卫星轨道，编制卫星星历GPS轨道在GCRS中建立和解算，再换算至ITRS中BCRS（质心天球坐标系）坐标原点位于太阳系质心用于计算行星轨道，编制行星星表15GPS原理及其应用M黄道P0历元平赤道YPT瞬时平赤道ZP0历元平北极PT瞬时平北极XTYTZTX岁差旋转变换ZCOSSIN0SINCOS0001RCOSSIN010SIN0COS0YR1000COSSIN0SINCOSZRT16GPS原理及其应用P0历元平北极PT瞬时平北极历元平天球坐标系瞬时平天球坐标系TTZYZTXXYRRRYZZ岁差旋转变换黄道历元平赤道XYPT瞬时平赤道XTYTZTZP0MT岁差参数根据岁差模型由TDB（TT）时间计算得到、17GPS原理及其应用章动旋转瞬时平天球坐标系瞬时真天球坐标系TTTXXRRRZYXRRRZYXZ黄经章动及交角章动根据章动模型IAU2000A或IAU2000B由时间计算COSSIN0SINCOS0001XRCOSSIN0SINCOS0001XR1000COSSIN0SINCOSZR18GPS原理及其应用协议天球坐标系瞬时平天球坐标系瞬时真天球坐标系瞬时真地球坐标系岁差旋转变换章动旋转变换TTTXXRRRZYXRRRZYXZZYXRRRZYXZYZTTT协议地球坐标系19GPS原理及其应用27地球坐标系20GPS原理及其应用地球坐标系XYZ起始子午圈赤道大地高H地面点法线ZX地球北极地心MY参考椭球大地纬度B大地经度LG21GPS原理及其应用极移地球自转轴受到地球内部质量不均匀影响而在地球体内部地球自转轴受到地球内部质量不均匀影响而在地球体内部运动。从而导致地极在地球表面上的位置随时间而变化，运动。从而导致地极在地球表面上的位置随时间而变化，这种现象叫地极移动，简称极移这种现象叫地极移动，简称极移国际协议原点国际协议原点CIO采用国际上采用国际上5个纬度服务站以个纬度服务站以19001905年的平均纬度所确定的平年的平均纬度所确定的平极作为基准点，称为国际协议原点极作为基准点，称为国际协议原点CIO目前国际上采用目前国际上采用BIH19840协定地球极（协定地球极（CTP）瞬时极与平极的关系瞬时极与平极的关系YX（XP，YP）22GPS原理及其应用瞬时地球坐标系与协议地球坐标系转换DTCTSZYXMZYXPXPYYRXRM极移旋转矩阵ZDTZCTSYDTYCTSXCTS定义23GPS原理及其应用ITRS与ITRFITRS定义实现和维持ITRS的大地测量技术ITRF由一组IERS测站的站坐标（空间直角坐标）、站坐标的年变化率及相应的地球定向参数实现IGS的精密星历采用这一框架12个不同版本的ITRF（ITRF88ITRF2008）不同版本ITRF间的坐标转换（7参数模型）地面站在某一ITRF框架中的坐标（237式）24GPS原理及其应用WGS84GPS广播星历所使用的坐标系统理论上，WGS84与ITRS一致采用空间大地坐标的形式表示点的位置WGS84的三次精化WGS84G730WGS84G873WGS84G1150与ITRF2000符合程度为1CM25GPS原理及其应用28ITRS与GCRS之间的坐标转换26GPS原理及其应用极移旋转矩阵W岁差旋转矩阵岁差旋转矩阵P章动旋转矩阵章动旋转矩阵27GPS原理及其应用RDTTXXYYZZZDTZT春分点ROYTXTGASTXDTGGAST真春分