第二章 GPS(2)

1、 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 电子信息工程系电子信息工程系车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用 2.4 全球定位系统的组成全球定位系统的组成 2.5 GPS定位的时间系统和坐标系统定位的时间系统和坐标系统第二章第二章全球定位系统全球定位系统(2)车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用 2.4 全球定位系统的组成全球定位系统的组成车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用GPS的系统组成的系统组成 GPS系统由三部分组成系统由三部分组成 空间部分空间部分 地面控制部分地面控制部分 用户设备部分用户设备部分全球定位系统全球定位系统 GP

2、S的组成的组成车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用GPS的空间部分的空间部分 GPS的空间部分的组成的空间部分的组成 GPS卫星星座卫星星座全球定位系统全球定位系统 GPS的组成的组成 GPS的空间部分的空间部分 6个轨道面个轨道面 平均轨道高度平均轨道高度 20200km 轨道倾角轨道倾角55 周期周期11h 58min（顾及顾及地球自转，地球地球自转，地球-卫星卫星的几何关系每天提前的几何关系每天提前4min重复一次）重复一次）车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用GPS的空间部分的空间部分全球定位系统的组成及信号结构全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成的组成 GPS的空间

3、部分的空间部分 GPS卫星星座卫星星座 设计星座：设计星座：21+3 21颗正式的工作卫星颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星颗活动的备用卫星 保证在每天保证在每天24小时的任何时刻，在小时的任何时刻，在高度角高度角15 以以上，能够同时观测到上，能够同时观测到4颗以上卫星颗以上卫星 当前星座：当前星座：28颗颗车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用GPS的空间部分的空间部分全球定位系统全球定位系统 GPS的组成的组成 GPS的空间部分的空间部分GPS卫星星座平面图卫星星座平面图车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用GPS的空间部分的空间部分 GPS卫星的地面轨迹卫星的地面轨迹全球定位

4、系统全球定位系统 GPS的组成的组成 GPS的空间部分的空间部分车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用GPS的空间部分的空间部分 GPS卫星卫星 主要设备主要设备 太阳能电池板，板面始终对准太阳，为卫太阳能电池板，板面始终对准太阳，为卫星不断地提供电力，同时给镍镉蓄电池充星不断地提供电力，同时给镍镉蓄电池充电，保证在地影区卫星仍能正常工作电，保证在地影区卫星仍能正常工作 原子钟（原子钟（2台铯钟、台铯钟、2台铷钟）保证所有卫台铷钟）保证所有卫星能够在一个月或更长时间独立工作而无星能够在一个月或更长时间独立工作而无需地面校正，也保证精确定位的要求。需地面校正，也保证精确定位的要求。 信号生成

5、与发射装置信号生成与发射装置 ，在星体底部装有，在星体底部装有多波束定向螺旋天线阵，能发射多波束定向螺旋天线阵，能发射L1和和L2波段的额信号波段的额信号 ，覆盖约半个地球。星体，覆盖约半个地球。星体两端面上装有全向遥测控制天线，用于与两端面上装有全向遥测控制天线，用于与地面监控网通信。地面监控网通信。 姿态控制系统和轨道控制系统姿态控制系统和轨道控制系统全球定位系统全球定位系统 GPS的组成的组成 GPS的空间部分的空间部分车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用GPS的空间部分的空间部分 GPS卫星卫星 作用：作用： 接收、存储导航电文接收、存储导航电文 生成用于导航定位的信号（测距码、

6、载波）生成用于导航定位的信号（测距码、载波） 发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载波上的测距码和导航电文）波上的测距码和导航电文） 接受地面指令，进行相应操作接受地面指令，进行相应操作 其他特殊用途，如通讯、监测核暴等其他特殊用途，如通讯、监测核暴等全球定位系统全球定位系统 GPS的组成的组成 GPS的空间部分的空间部分车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用 GPS卫星（续）卫星（续） 类型类型 试验卫星：试验卫星：Block （第一代第一代） 工作卫星：工作卫星：Block Block ：存储星历能力为：存储星历能力为14天，具有天

7、，具有SA和和AS能力（能力（第二代第二代） Block A （Advanced）：卫星间可相互通讯，存储星历能力为）：卫星间可相互通讯，存储星历能力为180天，天，SV35和和SV36带有激光反射棱镜（第二代）带有激光反射棱镜（第二代） Block R （Replacement/Replenishment）：卫星间可相互跟踪）：卫星间可相互跟踪相互通讯（相互通讯（第三代第三代） Block F（Follow On）：新一代的）：新一代的GPS卫星卫星,增设第三民用频率增设第三民用频率（第三代）（第三代）GPS的空间部分的空间部分全球定位系统全球定位系统 GPS的组成的组成 GPS的空间部分的

8、空间部分车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用GPS的空间部分的空间部分Block IIRBlock IIABlock IIABlock IIRBlock IIFBlock IIR不同类型的不同类型的GPS卫星卫星全球定位系统全球定位系统 GPS的组成的组成 GPS的空间部分的空间部分车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用GPS的地面监控部分的地面监控部分 地面监控部分地面监控部分Ground Segment） 组成组成 主控站：主控站：1个个 监测站：监测站：5个个 注入站：注入站：3个个 通讯与辅助系统通讯与辅助系统GPS卫星注入站监测站主控站全球定位系统全球定位系统 GPS的组成

9、的组成 GPS的地面监控部分的地面监控部分 车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用GPS的地面监控部分的地面监控部分 地面监控部分地面监控部分 （Ground Segment）（续）（续） 分布分布全球定位系统全球定位系统 GPS的组成的组成 GPS的地面监控部分的地面监控部分 HawaiiCorlrado SringsAscensionDiego Garclakwajalein车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用GPS的地面监控部分的地面监控部分 监测站（监测站（5个）个） 作用：作用：接收卫星数据，接收卫星数据，采集气象信息，采集气象信息，并将所收集到的并将所收集到的数据传送给主

10、控数据传送给主控站。站。 地点：地点：夏威夷、主控站夏威夷、主控站及三个注入站。及三个注入站。全球定位系统全球定位系统 GPS的组成的组成 GPS的地面监控部分的地面监控部分 车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用GPS的地面监控部分的地面监控部分 主控站（主控站（1个）个） 作用：作用： 管理、协调地面监控系统各部管理、协调地面监控系统各部分的工作分的工作; 收集各监测站的数据，编制导收集各监测站的数据，编制导航电文，送往注入站将卫星星航电文，送往注入站将卫星星历注入卫星历注入卫星; 监控卫星状态，向卫星发送控监控卫星状态，向卫星发送控制指令；制指令； 卫星维护与异常情况的处理。卫星维护

11、与异常情况的处理。 地点：美国科罗拉多州法尔孔空地点：美国科罗拉多州法尔孔空军基地。军基地。全球定位系统全球定位系统 GPS的组成的组成 GPS的地面监控部分的地面监控部分 车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用GPS的地面监控部分的地面监控部分 注入站（注入站（3个）个） 作用：作用：将导航电文注入将导航电文注入GPS卫星。卫星。 地点：地点：阿松森群岛（大西阿松森群岛（大西洋）、迭哥加西亚洋）、迭哥加西亚（印度洋）和卡瓦（印度洋）和卡瓦加兰（太平洋）加兰（太平洋）全球定位系统全球定位系统 GPS的组成的组成 GPS的地面监控部分的地面监控部分 车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用

12、GPS的用户部分的用户部分 组成组成 用户用户 接收设备接收设备 接收设备接收设备 GPS信号接收机信号接收机 其它仪器设备其它仪器设备全球定位系统全球定位系统 GPS的组成的组成 GPS的用户部分的用户部分车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用GPS的用户部分的用户部分 GPS信号接收机信号接收机 组成组成 天线单元天线单元 带前置放大器带前置放大器 接收天线接收天线 接收单元接收单元 信号通道信号通道 存储器存储器 微处理器微处理器 输入输出设备输入输出设备 电源电源天线单元天线单元接收单元接收单元全球定位系统全球定位系统 GPS的组成的组成 GPS的用户部分的用户部分车载车载GPS定

13、位技术与应用定位技术与应用GPS的用户部分的用户部分 天线单元天线单元 类型类型 单极天线单极天线 微带天线（应用最广）微带天线（应用最广） 结构简单、单频或双频、结构简单、单频或双频、 侧视角低（适合于机载应用）、侧视角低（适合于机载应用）、 低增益、应用最为广泛低增益、应用最为广泛 锥形（螺旋）天线锥形（螺旋）天线 四丝螺旋天线四丝螺旋天线 空间螺旋天线空间螺旋天线 背腔平面盘旋天线背腔平面盘旋天线单极天线微带天线空间螺旋天线四丝螺旋天线背腔平面盘旋天线GPS天线天线全球定位系统全球定位系统 GPS的组成的组成 GPS的用户部分的用户部分车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用GPS的用

14、户部分的用户部分 接收单元接收单元 接收（信号）通道接收（信号）通道 定义：接收机中用来跟踪、处理、量测卫星信号的部件，由无定义：接收机中用来跟踪、处理、量测卫星信号的部件，由无线电元器件、数字电路等硬件和专用软件所组成。线电元器件、数字电路等硬件和专用软件所组成。 类型：根据信号跟踪方式：序惯通道、多路复用通道和多通道；类型：根据信号跟踪方式：序惯通道、多路复用通道和多通道；根据工作原理：码相关通道、平方通道等根据工作原理：码相关通道、平方通道等 存储器存储器 微处理器微处理器 作用：数据处理、控制作用：数据处理、控制 输入输出设备输入输出设备 电源电源前置放大器信号通道天线观测值全球定位系

15、统全球定位系统 GPS的组成的组成 GPS的用户部分的用户部分信号通道微处理器输入输出存储器电源车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用GPS接收机的基本构成接收机的基本构成前置放大器前置放大器自动增自动增益控制益控制A/D转转换器换器下变频、下变频、滤波与放滤波与放大电路大电路基准频基准频率源率源频率合频率合成器成器多多通通道道相相关关器器射频前端模块射频前端模块信号处理信号处理模块模块存储器存储器处理器处理器数据数据I/O端口、端口、显示控制和其显示控制和其他外设他外设应用处理模块应用处理模块电源模块电源模块天线天线全球定位系统全球定位系统 GPS的组成的组成 GPS的用户部分的用户部分

16、车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用GPS接收机各部分的基本功能接收机各部分的基本功能 射频前端模块射频前端模块 将接收的将接收的GPS射频信号进行放大、混频、滤波变换为中射频信号进行放大、混频、滤波变换为中频或低频信号，之后送入信号处理模块，或经频或低频信号，之后送入信号处理模块，或经A/D转换转换得到数字信号，以便后续数字化处理得到数字信号，以便后续数字化处理。 信号处理模块信号处理模块 主要对信号进行捕获、跟踪、解扩、解调等，提取观测主要对信号进行捕获、跟踪、解扩、解调等，提取观测量和导航电文数据，一般采用多通道相关器来实时跟踪量和导航电文数据，一般采用多通道相关器来实时跟踪多颗卫

17、星信号。多颗卫星信号。 应用处理模块应用处理模块 是对其他模块进行实时控制，并进行导航解算，以完成是对其他模块进行实时控制，并进行导航解算，以完成其他应用任务。其他应用任务。全球定位系统全球定位系统 GPS的组成的组成 GPS的用户部分的用户部分车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用接收机分类接收机分类 现有接收机已超过现有接收机已超过300种。按照不同要求分类，见种。按照不同要求分类，见下表。下表。 有码接收机是利用卫星信号编码结构的先验信息，有码接收机是利用卫星信号编码结构的先验信息，采用相关技术接收采用相关技术接收GPS信号，各种用于导航定位的信号，各种用于导航定位的接收机都采用这一

18、技术，观测量主要是伪码。接收机都采用这一技术，观测量主要是伪码。 无码接收机不需要预先知道编码结构和内容，其无码接收机不需要预先知道编码结构和内容，其观测量是载波相位、码相位和信息比特流。此类观测量是载波相位、码相位和信息比特流。此类接收机用于精密测地工作。陆地车辆导航一般用接收机用于精密测地工作。陆地车辆导航一般用有码有码z型接收机。型接收机。车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用GPS接收机分类接收机分类全球定位系统全球定位系统 GPS的组成的组成 GPS的用户部分的用户部分车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用 2.4 GPS定位的定位的 时间系统和坐标系统时间系统和坐标系统车载

19、车载GPS定位技术与应用定位技术与应用一、时间的概念一、时间的概念 时间系统是精确描述天体和卫星运行位置及其相互关时间系统是精确描述天体和卫星运行位置及其相互关系的重要基准，也是利用卫星进行定位的重要基准。系的重要基准，也是利用卫星进行定位的重要基准。 在在GPS卫星定位中，时间系统的重要性表现在：卫星定位中，时间系统的重要性表现在： GPS卫星作为高空观测目标，位置不断变化，在给出卫星卫星作为高空观测目标，位置不断变化，在给出卫星运行位置同时，必须给出相应的瞬间时刻。例如当要求运行位置同时，必须给出相应的瞬间时刻。例如当要求GPS卫星的位置误差小于卫星的位置误差小于1cm，则相应的时刻误差应

20、小于，则相应的时刻误差应小于2.6 10-6s。 准确地测定观测站至卫星的距离，必须精密地测定信号的准确地测定观测站至卫星的距离，必须精密地测定信号的传播时间。若要距离误差小于传播时间。若要距离误差小于1cm，则信号传播时间的测，则信号传播时间的测定误差应小于定误差应小于3 10-11s 由于地球的自转现象，在天球坐标系中地球上点的位置是由于地球的自转现象，在天球坐标系中地球上点的位置是不断变化的，若要求赤道上一点的位置误差不超过不断变化的，若要求赤道上一点的位置误差不超过1cm，则时间测定误差要小于则时间测定误差要小于2 10-5s。全球定位系统全球定位系统 GPS定位的时间系统和坐标系统定

21、位的时间系统和坐标系统时间系统时间系统车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用 显然，利用显然，利用GPS进行精密导航和定位，尽可能获得高进行精密导航和定位，尽可能获得高精度的时间信息是至关重要的。精度的时间信息是至关重要的。 时间：包括时刻（绝对时间）、时间间隔（相对时间）时间：包括时刻（绝对时间）、时间间隔（相对时间） 时刻时刻是指发生某一现象的瞬间。在天文学和卫星定位中，是指发生某一现象的瞬间。在天文学和卫星定位中，与所获取数据对应的时刻也称与所获取数据对应的时刻也称历元历元。 时间间隔时间间隔是指发生某一现象所经历的过程，是这一过程是指发生某一现象所经历的过程，是这一过程始末的时间之

22、差。时间间隔测量称为相对时间测量，而始末的时间之差。时间间隔测量称为相对时间测量，而时刻测量相应地称为绝对时间测量。时刻测量相应地称为绝对时间测量。 时间系统：包括尺度时间系统：包括尺度 (时间单位时间单位)、时间原点、时间原点(起始历元起始历元)。 注意：注意： 可作为时间基准的运动现象必须是周期性的，可作为时间基准的运动现象必须是周期性的，且其周期应有复现性和足够的稳定性。且其周期应有复现性和足够的稳定性。车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用二、世界时二、世界时 平太阳时平太阳时（GAMTGAMT） 以太阳连续两次经过本地子午线的时间间隔为一平太以太阳连续两次经过本地子午线的时间间隔

23、为一平太阳日，含阳日，含2424平太阳小时。平太阳小时。 世界时世界时 以子夜为零时起算的格林威治平太阳时，用以子夜为零时起算的格林威治平太阳时，用UT0UT0表示。表示。与平太阳时相差与平太阳时相差1212小时，即小时，即UT0=GAMT+12hUT0=GAMT+12h 平太阳时和世界时均以地球自转为参照，而地球自转平太阳时和世界时均以地球自转为参照，而地球自转速度是变化的，包括极移、自转速度季节性变化和逐年变速度是变化的，包括极移、自转速度季节性变化和逐年变慢等。慢等。19561956年引入极移改正年引入极移改正() )和自转速度季节性变化和自转速度季节性变化改正改正(TS)(TS)： 加

24、逐年变慢改正。加逐年变慢改正。UT1=UT0+ UT2=UT1+TSUT1=UT0+ UT2=UT1+TS 在在GPS测量中，主要用于天球坐标系和地球坐标系之间测量中，主要用于天球坐标系和地球坐标系之间的转换计算。的转换计算。全球定位系统全球定位系统 GPS定位的时间系统和坐标系统定位的时间系统和坐标系统时间系统时间系统车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用 三、国际原子时（三、国际原子时（IAT）物质内部的原子跃迁所辐射和吸收的电磁波频率，具有很高物质内部的原子跃迁所辐射和吸收的电磁波频率，具有很高的稳定度，由此建立的原子时成为最理想的时间系统。的稳定度，由此建立的原子时成为最理想的时间

25、系统。原子时秒长原子时秒长的定义；位于海平面上的铯的定义；位于海平面上的铯133133原子基态的两个超原子基态的两个超精细能级，在零磁场中跃迁辐射震荡精细能级，在零磁场中跃迁辐射震荡91926317709192631770周所持续周所持续的时间为一原子时秒。原子时秒为国际制秒（的时间为一原子时秒。原子时秒为国际制秒（S S）的时间单）的时间单位。位。 原子时的原点为原子时的原点为AT=UT2-0.0039sAT=UT2-0.0039s 不同的地方原子时之间存在差异，为此，国际上大约不同的地方原子时之间存在差异，为此，国际上大约100100座原子钟，通过相互比对，经数据处理推算出统一的原座原子钟

26、，通过相互比对，经数据处理推算出统一的原子时系统，称为子时系统，称为国际原子时国际原子时（International Atomic International Atomic TimeIATTimeIAT） 在卫星测量中在卫星测量中，原子时作为高精度的时间基准，普遍，原子时作为高精度的时间基准，普遍用于精密测定卫星信号的传播时间。用于精密测定卫星信号的传播时间。车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用四、协调世界时（四、协调世界时（UTC） 尺度用原子时尺度。为了与地球自转运动相吻合，通过润秒尺度用原子时尺度。为了与地球自转运动相吻合，通过润秒（跳秒）方法尽量与世界时在时刻上接近。（跳秒）方法

27、尽量与世界时在时刻上接近。 IAT=UTC+1S*n 式中式中n为调整参数；为调整参数；s为秒为秒 UTC是均匀但不连续的时间尺度，被国际科学和商业界广泛地是均匀但不连续的时间尺度，被国际科学和商业界广泛地采用为时间和频率标准。采用为时间和频率标准。五、五、GPS时（时（GPST） 尺度是原子时秒长，原点取尺度是原子时秒长，原点取1980年年1月月6日零时的协调世界时。日零时的协调世界时。不润秒。故与协调世界时时间差逐年增大。不润秒。故与协调世界时时间差逐年增大。 GPST=UTC+1s*n-19s；GPST与与UTC的差在的差在GPS导航电文中发布导航电文中发布六、六、GPS卫星时卫星时 由

28、由GPS星载原子钟建立并保持的时间系统。星载原子钟建立并保持的时间系统。GPS导航电文中导航电文中的遥测字的遥测字TLM和转化字和转化字HOW中的时间信息以及码相位就是由各中的时间信息以及码相位就是由各卫星时钟确定的。卫星时钟确定的。GPS卫星时与卫星时与GPS时的差别通过卫星导航电文时的差别通过卫星导航电文发布。发布。全球定位系统全球定位系统 GPS定位的时间系统和坐标系统定位的时间系统和坐标系统时间系统时间系统车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用基本知识补充基本知识补充在右图中，在右图中，NS为椭球的旋转轴，为椭球的旋转轴，N表示表示北极，北极，S表示南极。表示南极。子午面子午面通过

29、椭球旋转轴的平面。通过椭球旋转轴的平面。起始子午面起始子午面通过原格林尼治天文台通过原格林尼治天文台的子午面。的子午面。子午圈（子午线）子午圈（子午线）子午面与椭球面的交线。子午面与椭球面的交线。赤道面赤道面通过椭球中心且与椭球旋转轴正交的平面。通过椭球中心且与椭球旋转轴正交的平面。赤道赤道赤道面与椭球面相截所得曲线赤道面与椭球面相截所得曲线。 某点的大地经度某点的大地经度就是通过该点（如图的就是通过该点（如图的P点）的子午面与起始点）的子午面与起始子午面的夹角（子午面的夹角（L）；）；大地纬度大地纬度就是在椭球面上的就是在椭球面上的P点作一与椭球体相切的平面，过点作一与椭球体相切的平面，过P

30、点作一垂直于此平面的直线，这条直线称为点作一垂直于此平面的直线，这条直线称为P点的法线（此法线不通点的法线（此法线不通过椭球中心点过椭球中心点O），它与赤道面的交角就是），它与赤道面的交角就是P点的大地纬度（点的大地纬度（B）。）。大地坐标大地坐标大地经度大地经度L和大地纬度和大地纬度B统称为大地坐标。统称为大地坐标。2.4.2 坐标系统坐标系统车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用一、协议天球坐标系一、协议天球坐标系1、天球的基本概念天球的基本概念天球天球以地心为球心，以任以地心为球心，以任意长为半径的球面。意长为半径的球面。天轴天轴地球旋转轴的延长。地球旋转轴的延长。天极天极天轴与天球

31、面的交点。天轴与天球面的交点。PnPn 、PsPs。天球赤道面天球赤道面过球心且与天过球心且与天轴垂直的平面。轴垂直的平面。PP赤道黄道 春分点黄赤交角ssnn全球定位系统全球定位系统 GPS定位的时间系统和坐标系统定位的时间系统和坐标系统坐标系统坐标系统南天极南天极北天极北天极北黄极北黄极南黄极南黄极车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用黄道黄道地球公转的轨道面与天球相交的大圆，即当地球绕地球公转的轨道面与天球相交的大圆，即当地球绕太阳公转时，地球上的观测者所见到的太阳在天球上的运太阳公转时，地球上的观测者所见到的太阳在天球上的运动轨迹。黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，约动轨迹。黄道面

32、与赤道面的夹角称为黄赤交角，约23.523.50 0。黄极黄极通过天球中心，垂直于黄道面的直线与天球的交点。通过天球中心，垂直于黄道面的直线与天球的交点。靠近北天极的交点靠近北天极的交点 n称北黄极，靠近南天极的交点称北黄极，靠近南天极的交点 s称南称南黄极。黄极。春分点春分点当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点黄道与天球赤道的交点 。太阳分别在每年的春分（太阳分别在每年的春分（3月月21日前后）和秋分（日前后）和秋分（9月月23日前后）通过春分点和秋分点。日前后）通过春分点和秋分点。 在天文学和卫星大地测量学中，在天文学和卫

33、星大地测量学中，春分点和天球赤道面是建立春分点和天球赤道面是建立参考系的重要基准点和基准面。参考系的重要基准点和基准面。车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用重庆重庆3月月1日地方时日地方时12点春分点位置点春分点位置PnPs天顶地平面赤道北南东西2930重庆3月1日中午12点春分点位置日春分点23.5黄道当天太阳绕天轴运行轨道全球定位系统全球定位系统 GPS定位的时间系统和坐标系统定位的时间系统和坐标系统坐标系统坐标系统车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用 1）天球空间直角坐标系）天球空间直角坐标系 原点：地球质量中心原点：地球质量中心 Z轴：指向北天极轴：指向北天极Pn X轴：指

34、向春分点轴：指向春分点 Y轴：与轴：与X、Z轴构成右手坐标轴构成右手坐标系系 2）天球球面坐标系）天球球面坐标系 原点：地球质量中心原点：地球质量中心 赤经赤经：天体子午面与春分点：天体子午面与春分点子午面的夹角子午面的夹角 赤纬赤纬：天体与地心连线和天：天体与地心连线和天球赤道面的夹角球赤道面的夹角 向径向径r ：天体到地心的距离：天体到地心的距离XYZxyz天球坐标系地心s春分点全球定位系统全球定位系统 GPS定位的时间系统和坐标系统定位的时间系统和坐标系统坐标系统坐标系统2、天球坐标系的概念、天球坐标系的概念车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用3）空间直角坐标系与球面坐标系的转换）

35、空间直角坐标系与球面坐标系的转换sinsincoscoscosrzyx22222arctanarctanyxzxyzyxr全球定位系统全球定位系统 GPS定位的时间系统和坐标系统定位的时间系统和坐标系统坐标系统坐标系统车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用3、协议天球坐标系、协议天球坐标系为便于研究卫星运动，计算卫星轨道，在为便于研究卫星运动，计算卫星轨道，在GPS定位中，定位中，坐标系原点一般取地球质心，而坐标轴的指向具有一定的坐标系原点一般取地球质心，而坐标轴的指向具有一定的选择性，为了使用上的方便，国际上都通过协议来确定某选择性，为了使用上的方便，国际上都通过协议来确定某些全球性坐标

36、系统的坐标轴指向，这种共同确认的坐标系些全球性坐标系统的坐标轴指向，这种共同确认的坐标系称为协议坐标系。称为协议坐标系。1）瞬时天球坐标系：）瞬时天球坐标系：z轴指向瞬时北天极，轴指向瞬时北天极，x轴指向瞬时春轴指向瞬时春分点（真春分点）。分点（真春分点）。2）平天球坐标系：）平天球坐标系：z轴指向平北天极，轴指向平北天极，x轴指向平春分点。轴指向平春分点。3）协议天球坐标系）协议天球坐标系 1984年年1月月1日后，取日后，取2000年年1月月15日的平北天极为协日的平北天极为协议北天极，议北天极，z轴指向协议北天极的天球坐标系称为协议天轴指向协议北天极的天球坐标系称为协议天球坐标系，球坐标系，x轴指向协议春分点。轴指向协议春分点。全球定位系统全球定位系统 GPS定位的时间系统和坐标系统定位的时间系统和坐标系统坐标系统坐标系统车载车载GPS定位技术与应用定位技术与应用空间直角坐标系：空间直角坐标系：原点：一般取地球质心；原点：一般取地球质心；Z轴：指向地球北极；轴：指向地球北极；X轴：指向格林威治子午线轴：指向格林威治子午线与地球赤道的交点；与地球赤道的交点；Y轴：构成右手坐标系轴：构成右手坐标系。大地坐标系：大地坐标系：大地经度大地经度L；大地纬度大地纬度B；大地高大地高H。全球定位系统全球定位系统 GPS定位的时间系统和坐标系统定位的时间