卫星轨道基础-坐标系统2

1、卫星轨道基础卫星轨道基础刘万科空间定位与导航工程研究所坐标系统坐标系统定义1. 坐标系统之间的相互转换问题坐标系统n 地球坐标系天文坐标系大地坐标系地心坐标系协议地球坐标系n 天球坐标系地平坐标系时角坐标系赤道坐标系黄道坐标系协议天球坐标系地球坐标系n定义与地球固连在一起随地球一起运动的坐标系，又称为地固坐标系用于确定地面上某点或空间某点相对地球的位置可分为：天文坐标系大地坐标系地心坐标系协议地球坐标系天文坐标系n 天文观测采用的坐标系n 参考面天文子午面 与地球自转轴平行的铅垂面起始天文子午面 过格林尼治天文台的天文子午面天文卯酉面 与天文子午面垂直的铅垂面大地水准面n 天文经度、天文纬度、

2、正高n 不是一个严密的统一的坐标系统大地坐标系n大地经度n大地纬度n大地高地心坐标系n原点为地球质心nZ轴指向地球北极nX轴指向格林尼治子午面与赤道面的交点nY轴与X轴、Z轴成右手坐标系协议地球坐标系n坐标系原点：地球质心nZ轴：指向国际协议原点CIO，或协议地级CTPn基准面：协议赤道面nX轴：BIH零子午面n常用的坐标系：WGS84，CGCS2000天球坐标系n地平坐标系n时角坐标系n赤道坐标系n黄道坐标系n协议天球坐标系地平坐标系n原点：测站n基准面：真地平圈（与测站铅垂方向垂直的平面，过测站的地平面）nZ轴：指向天顶方向n成左手坐标系n常用方位角A，天顶距z或高度角h表示时角坐标系n原

3、点：地球质心n基准面：天赤道nZ轴：指向北天极nX轴：天赤道最高点QnY轴与X、Z轴成左手坐标系n问题：基点Q不固定赤道坐标系n在时角坐标系的基础上，将X轴指向春分点nZ轴指向北天极n基准面为天赤道n成右手坐标系黄道坐标系n基准面：黄道nX轴：春分点nZ轴：北黄极n成右手坐标系协议天球坐标系 以某瞬时t的瞬时平天极和瞬时平春分点为基准建立的天球坐标系为协议天球坐标系 以2000年1月1日12时TDB的标准历元的平赤道和平春分点定义的协议天球坐标系称为J2000.0协议天球坐标系，或称为J2000.0地心惯性系 原点：地球质心 Z轴：指向J2000.0平天极 X轴：指向J2000.0平春分点 Y

4、轴：构成右手坐标系天球坐标系之间的相互转换n转换方法利用球面三角有关公式利用直角坐标转换关系17J2000.0地心惯性系至瞬时平赤道坐标系 只需进行岁差改正，设岁差矩阵为P，则 232323()( )()2306.21810.301880.0179982004.31090.426650.0418330.792800.000205()2451545.0)36525.0mmzAyzrP rrP rPRZRRTTTTTTZTTJD TTT18瞬时平赤道坐标系至瞬时真赤道坐标系只需进行章动改正，根据IAU1980章动理论，可计算黄赤交角变化 和春分点经度变化 。设章动矩阵为N，则 23()()( )8

5、4381.44846.81500.000590.001813()2451545.0)36525.0tmtmxzxrN rrN rNRRRTTTJD TTT 19瞬时真赤道坐标系至瞬时地球固定坐标系 两者的Z轴重合，从瞬时真赤道坐标系转换到瞬时地球固定坐标系，只需将其X轴绕Z轴旋转一个格林威治真恒星时。则旋转矩阵为5( )()sincos0cossin0001()21.0027379093507957.2921158553 1086400zbtbtttR GASTrrrrrgggggd GASTgdts 20瞬时地球固定坐标系至地球固定坐标系 需要进行极移改正。设极移改正矩阵为PM()()10011ypxpppppECEFbECEFbMRxRyxyxyrM rrM rJ2000.0地心惯性系与地固系坐标之间的位置转换关系C T SMSNPC ISXRR RR X=TTTTC ISPNSMC T SXRRRRX=C T SC ISMSNPRRR RR=1()TC ISC T S TC T SC ISRRRR-= 本章重点本章重点1. 地球坐标系、天球坐标系地球坐标系、天球坐标系2. 地球坐标系与天球坐标系之间的转换地球坐标系与天球坐标系之间的转换23作业：作业：J2000.0J2000.0地心惯性系与地球固定坐地心惯性