第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统 2

1、第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统知识点回顾：地球坐标系图2-2 直角坐标系和大地坐标系第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统知识点回顾：GPS坐标系的转换第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统瞬时极天球坐标系与地球坐标系瞬时极天球坐标系与地球坐标系 瞬时天球坐标系：瞬时天球坐标系：原点位于地球质心，z轴指向瞬时地球自转方向（真天极），x轴指向瞬时春分点（真春分点），y轴按构成右手坐标系取向。 瞬时地球坐标系：瞬时地球坐标系：原点位于地球质心，z轴指向瞬时地球自转轴方向，x轴指向瞬时赤道面和包含瞬时地球自转轴与平均天文台赤道参考点的子午面之交点，y轴构

2、成右手坐标系取向。瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系的关系如图2-4所示。 瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系的 转换关系为： （2-10） 下标et表示对应t时刻的瞬时极地球坐标系， ct表示对应t时刻的瞬时极天球坐标系。G 为对应平格林尼治子午面的真春分点时角。ctGzetzyxRzyx)(一 卫星测量中地球坐标系第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统固定极地球坐标系固定极地球坐标系平地球坐标系平地球坐标系极移极移：地球瞬时自转轴在地球上随时间而变，称为地极移动，简称 极移。 瞬时极瞬时极：与观测瞬间相对应的自转轴所处的位置，称为该瞬时的 地 球极轴，相应的极点称为瞬时极。 国际协定原点国

3、际协定原点CIO：采用国际上5个纬度服务站的资料，以1900.00至 1905.05年地球自转轴瞬时位置的平均位置作为 地球的固定极称为国际协定原点CIO。 图2-5为瞬时极与平极关系。第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统协议地球坐标系：协议地球坐标系：取平地极为坐标原点，z轴指向CIO，x轴指向协定赤 道面与格林尼治子午线的交点，y轴在协定赤道面里，与 xoz构成右手系统而成的坐标系统称为协议地球坐标系。 协议地球坐标系与瞬时地球坐标系的转换公式： 下标em表示协议地球坐标系，et表示t 时的瞬时地球坐标系， 为t时刻以角度表示的极移值。 etpxpyemzyxyRxRzyx )()(pp

4、yx ,第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统 高斯投影和横轴墨卡托投影高斯投影和横轴墨卡托投影 1 投影原理：等角横切椭圆柱 2 两者区别：中央子午线投影 比例不同，两侧 变形不同，点位 精度不同，高斯 投影为横轴墨卡 托投影特例。“1”第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统三 WGS-84坐标系和我国大地坐标系WGS-84的定义的定义：WGS-84是修正NSWC9Z-2参考系的原点和尺度变化，并旋转其参考子午面与BIH定义的零度子午面一致而得到的一个新参考系，WGS-84坐标系的原点在地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协定地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的零度子午面

5、和CTP赤道的交点，Y轴和Z、X轴构成右手坐标系。它是一个地固坐标系。 WGS-84椭球及其有关常数：WGS-84采用的椭球是国际大地测量与地球物理联合会第17届大会大地测量常数推荐值，其四个基本参数 长半径：a=63781372（m）； 地球引力常数：GM=3986005108m3s-20.6108m3s-2； 正常化二阶带谐系数：C20= -484.1668510-61.310-9； J2=10826310-8 地球自转角速度：=729211510-11rads-10.15010-11rads-1 （1）、WGS-84坐标系第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统（2）、国家大地坐标系195

6、4年北京坐标系（BJ54旧） 坐标原点：前苏联的普尔科沃。 参考椭球：克拉索夫斯基椭球。 平差方法：分区分期局部平差。 存在的问题： （1）椭球参数有较大误差。 （2）参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性倾斜。 （3）几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。 （4）定向不明确。第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统1980年国家大地坐标系（GDZ80）坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。 参考椭球：1975年国际椭球。 平差方法：天文大地网整体平差。 特点： （1）采用1975年国际椭球。 （2）参心大地坐标系是在1954年北京坐标系基础上建立起来的。 （3）椭球面同似大地水准

7、面在我国境内最为密合，是多点定位。 （4）定向明确。 （5）大地原点地处我国中部。 （6）大地高程基准采用1956年黄海高程。 第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统新1954年北京坐标系（BJ54新） 新1954年北京坐标系（BJ54新）是由1980年国家大地坐标（GDZ80）转换得来的。 坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。 参考椭球：克拉索夫斯基椭球。 平差方法：天文大地网整体平差。 BJ54新的特点 ： （1）采用克拉索夫斯基椭球。 （2）是综合GDZ80和BJ54旧 建立起来的参心坐标系。 （3）采用多点定位。但椭球面与大地水准面在我国境内不是最佳拟合。 （4）定向明确。 （5）大地原点与

8、GDZ80相同，但大地起算数据不同。 （6）大地高程基准采用1956年黄海高程。 （7）与BJ54旧 相比，所采用的椭球参数相同，其定位相近，但定向不同。 （8） BJ54旧 与BJ54新 无全国统一的转换参数，只能进行局部转换。四 坐标系统之间的转换不同空间直角坐标系统之间的转换 第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统图5-9 空间直角坐标系的转换x8484y54/80 xsqr(x +y +z )M2084z2x020Ozy54/80y54/80z第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统不同空间直角坐标系统转换公式不同空间直角坐标系统转换公式0001110000111321222)1 ()(

9、)()()1 (ZYXZYXRmZYXZYXRRRmZYXzyx（2-15） 上式即为两个不同空间直角坐标系的转换模型，通过该模型，利用重合点的两套坐标值（X1，Y1，Z1）（X2，Y2，Z2）采取平差的方法可以求得转换参数。求得转换参数后，再利用上述模型进行各点的坐标转换。第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统不同平面直角坐标系统转换公式不同平面直角坐标系统转换公式图 5-10 平 面 直 角 坐 标 系 的 转 换oy84sqr( x + y )2002x84o54/80 x54/80y第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统五 高程系统的转换 GPS所测得的地面高程是以WGS-84椭球面为

10、高程起算面的，而我国的1956年黄海高程系和1985年国家高程基准是以似大地水准面作为高程起算面的。所以必须进行高程系统的转换。使用较多的高程系统转换方法是高程拟合法、区域似大地水准面精化法和地球模型法。 第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统六 时间系统概述（1 1）恒星时）恒星时ST ST 定义定义： 以春分点为参考点，由它的周日视运动所确定的时间称为 恒星时。 计量时间单位计量时间单位：恒星日、恒星小时、恒星分、恒星秒； 一个恒星日=24个恒星小时=1440个恒星分=86400个恒星秒 分类分类：真恒星时和平恒星时。 （2 2）平太阳时）平太阳时MT MT 定义定义：以平太阳作为参考点，

11、由它的周日视运动所确定的时间称为平太阳 时。 计量时间单位计量时间单位：平太阳日、平太阳小时、平太阳分、平太阳秒； 一个平太阳日=24个平太阳小时=1440平太阳分=86400个平太阳秒。 平太阳时与日常生活中使用的时间系统是一致的，通常钟表所指示 的时刻正是平太阳时。 （3 3）世界时）世界时UT UT 定义定义：以平子午夜为零时起算的格林尼治平太阳时定义为世界时UT。第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统（4 4） 原子时原子时IATIAT 原子时原子时是以物质内部原子运动的特征为基础建立的时间系统。 原子时的尺度标准原子时的尺度标准：国际制秒（SI）。 原子时的原点原子时的原点由下式确定：AT=UT2-0.0039(s） （2-16） （5 5） 协调世界时协调世界时UTC UTC 为了兼顾对世界时时刻和原子时秒长两者的需要建立了一种折衷的时间系统，称为协调世界时协调世界时UTCUTC。根据国际规定，协调世界时UTC的秒长与原子时秒长一致，在时刻上则要求尽可量与世界时接近。 协调时