第二章GPS定位的坐标系统及时间系统课件

第二章GPS定位的坐标系统及时间系统2023/10/2第二章GPS定位的坐标系统及时间系统第二章GPS定位的坐标系统及时间系统2023/8/1第二章G1OUTLINE常规大地测量中的坐标系统卫星大地测量中的坐标系统GPS常用的坐标系统坐标系统之间的转换时间系统YourLocationis:36.067901oN94.171071oW第二章GPS定位的坐标系统及时间系统OUTLINE常规大地测量中的坐标系统YourLocati2第一节经典大地测量中的坐标系统常见的坐标系统空间直角坐标系大地坐标系平面直角坐标系第二章GPS定位的坐标系统及时间系统第一节经典大地测量中的坐标系统常见的坐标系统第二章GPS定31、复习建立测量坐标系的基准面是什么？第二章GPS定位的坐标系统及时间系统1、复习建立测量坐标系的基准面是什么？第二章GPS定位的坐标4参考椭球面和参心坐标系大地水准面海洋陆地地球表面参考椭球面参考椭球第二章GPS定位的坐标系统及时间系统参考椭球面和参心坐标系大地水准面海洋陆地地球表面参考椭球面参52、参心坐标系的特点第二章GPS定位的坐标系统及时间系统2、参心坐标系的特点第二章GPS定位的坐标系统及时间系统6我国的大地坐标系1954年北京坐标系类型：参心坐标系建立：与苏联1942年普尔科沃坐标系联测椭球：克拉索夫斯基椭球问题：参考椭球面与我国大地水准面符合不好1980年国家大地坐标系类型：参心坐标系建立：进行了我国的天文大地网整体平差，采用新的椭球元素，进行了定位和定向大地原点：陕西省泾阳县永乐镇椭球：1975年国际大地测量与地球物理联合会第16届年会NO1GEOIDNO2P17第二章GPS定位的坐标系统及时间系统我国的大地坐标系1954年北京坐标系NO1GEOIDNO2P73、平面直角坐标系的建立第二章GPS定位的坐标系统及时间系统3、平面直角坐标系的建立第二章GPS定位的坐标系统及时间系统8高斯平面直角坐标定义高斯平面直角坐标系的定义X轴：中央子午线的投影Y轴：赤道的投影原点：两轴的交点假东、假北为了避免坐标系中出现负值，统一规定将每一带的坐标轴西移或南移一定距离。我国的假北为0，假东为500km高斯分带投影6度带3度带第二章GPS定位的坐标系统及时间系统高斯平面直角坐标定义高斯平面直角坐标系的定义6度带3度带第二9经典大地测量中的坐标系统定义一个坐标系统，包含哪两个基本要素？建立参心坐标系的出发点是什么？建立一个参心大地坐标系，必须解决那些问题？第二章GPS定位的坐标系统及时间系统经典大地测量中的坐标系统定义一个坐标系统，包含哪两个基本要素10第二节卫星定位中的坐标系描述卫星的位置——天球坐标系描述地球上的点的位置——地球坐标系第二章GPS定位的坐标系统及时间系统第二节卫星定位中的坐标系描述卫星的位置——天球坐标系第二章11一、天球和天球坐标系天球——以地球质心为中心，半径为任意长度的一个假想球体。第二章GPS定位的坐标系统及时间系统一、天球和天球坐标系天球——以地球质心为中心，半径为任意长度121、天球天轴:地球自转轴的延伸线天极:天轴与天球的交点天球赤道面：通过地球质心，与天轴垂直的平面天球子午面：包含天轴,并通过天球上任何一点的平面第二章GPS定位的坐标系统及时间系统1、天球天轴:地球自转轴的延伸线天极:天轴与天球的交点天球赤13黄道和春分点黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆，即地球公转时，地球上的观测者所见到的太阳在天球上的轨道春分点：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第二章GPS定位的坐标系统及时间系统黄道和春分点黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆，即地球公142、天球坐标系的两种表示方法天球球面坐标系

(赤经，赤纬，向径)天球空间直角坐标系(X,Y,Z)p11第二章GPS定位的坐标系统及时间系统2、天球坐标系的两种表示方法天球球面坐标系p11第二章GP153、建立天球坐标系的两个问题实际地球的形状近似一个赤道隆起的椭球体，因此在日月引力和其他天体对隆起部分的作用下，地球在绕太阳运行时，自转轴的方向不再保持不变而使春分点在黄道上产生缓慢的西移——岁差、章动P14、15第二章GPS定位的坐标系统及时间系统3、建立天球坐标系的两个问题实际地球的形状近似一个赤道隆起的164、三种天球坐标系瞬时真天极瞬时平天极一个特定时刻，即标准历元：2000.1.15：的瞬时平天极P15第二章GPS定位的坐标系统及时间系统4、三种天球坐标系瞬时真天极瞬时平天极一个特定时刻，即标准历17三种天球坐标系瞬时真天球坐标系——〉瞬时真天极、瞬时真赤道面、瞬时真春分点——〉坐标轴指向随时间变化瞬时平天球坐标系——〉瞬时平天极、瞬时平赤道面、瞬时平春分点——〉经过了章动改正标准历元的平天球坐标系——〉相应标准历元（2000.1.15）的一个特定时刻的平天球坐标系——〉经过了标准历元到观测历元的岁差改正第二章GPS定位的坐标系统及时间系统三种天球坐标系瞬时真天球坐标系第二章GPS定位的坐标系统及时18二、地球坐标系空间技术和远程武器的发展，要求提供高精度的地心坐标第二章GPS定位的坐标系统及时间系统二、地球坐标系空间技术和远程武器的发展，要求提供高精度的地心191、地心坐标系的定义地心空间直角坐标系地心大地坐标系P12图2-2思考：和参心坐标系统的定义有何区别？第二章GPS定位的坐标系统及时间系统1、地心坐标系的定义地心空间直角坐标系P12图2-2思考：和202、建立地球坐标系的问题：极移极移——地球自转轴相对于地球体的位置不是固定的，因而地极点在地球表面的位置是随时间而变化的，这种现象称为极移。P15瞬时北地极1900.00~1905.00年地球自转轴的瞬时平均位置第二章GPS定位的坐标系统及时间系统2、建立地球坐标系的问题：极移极移——地球自转轴相对于地球体213、两种地球坐标系地球坐标系原点Z轴X轴瞬时地球坐标系地心瞬时北地极平地球坐标系地心协议地极原点（如1900.00~1905.00年地球自转轴的瞬时平均位置)与地心和CIO连线正交之平面和格林尼治平子午面的交线瞬时真赤道面和包含瞬时自转轴的格林尼治平子午面的交线协议地球坐标系？？P16第二章GPS定位的坐标系统及时间系统3、两种地球坐标系地球坐标系原点Z轴X轴瞬时地球坐标系地心瞬22WGS-84坐标系类型：协议地球坐标系，地心地固坐标系（ECEF）定义:原点：地球的质心Z轴：指向BIH1984.0定义的CTP（协议地球极）方向X轴：指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点Y轴：和Z,X构成右手系椭球（国际大地测量与地球物理联合会第17届年会）P16第二章GPS定位的坐标系统及时间系统WGS-84坐标系类型：协议地球坐标系，地心地固坐标系（EC23小结：GPS中的坐标系统WGS-84坐标系我国的国家大地坐标系地方独立坐标系ITRF坐标框架站心坐标系p16第二章GPS定位的坐标系统及时间系统小结：GPS中的坐标系统WGS-84坐标系p16第二章GPS241、地方独立坐标系产生：高斯投影3度带、六度带——〉有利于统一互算——〉投影变形地方独立坐标系——〉以当地子午线为中央子午线——〉以当地平均海拔高程面为参考椭球面地方参考椭球？？第二章GPS定位的坐标系统及时间系统1、地方独立坐标系产生：高斯投影3度带、六度带地方参考椭球？25为什么讨论地方参考椭球？1、为什么GPS控制网要选择地方参考椭球参数？而常规控制网计算时只强调投影面？第二章GPS定位的坐标系统及时间系统为什么讨论地方参考椭球？1、为什么GPS控制网要选择地方参考26如何确定地方参考椭球的参数？1、仅改变已知椭球的长半径1）直接以投影面到椭球面距离H为长半径变化量2）由测区平均曲率半径的变动量求长半径3）以测区卯酉圈曲率半径的变化量求长半径变化量2、仅改变椭球中心位置，并不改变定向及元素3、改变长半径及偏心率,不改变椭球定位和定向p18第二章GPS定位的坐标系统及时间系统如何确定地方参考椭球的参数？1、仅改变已知椭球的长半径p18272、ITRF参考框架InternationalTerrestrialReferenceFrame产生:综合了SLR、VLBI、LLR观测数据，得到观测站的数据集，通过联合解算得到统一的数据集，定义出的一个地心参考框架实质:地心地固系的具体体现p19第二章GPS定位的坐标系统及时间系统2、ITRF参考框架InternationalTerres283、站心坐标系站心赤道直角坐标系站心地平直角坐标系p12第二章GPS定位的坐标系统及时间系统3、站心坐标系站心赤道直角坐标系p12第二章GPS定位的坐标29第三节坐标系统之间的转换区分坐标变换——在不同坐标系表示形式之间进行变换坐标转换——在不同的参考基准间进行变换（基准的转换）p19第二章GPS定位的坐标系统及时间系统第三节坐标系统之间的转换区分p19第二章GPS定位的坐标系30一、坐标系的变换空间大地坐标系—〉空间直角坐标系空间直角坐标系—〉空间大地坐标系空间大地坐标系—〉高斯平面直角坐标系

第二章GPS定位的坐标系统及时间系统一、坐标系的变换空间大地坐标系第二章GPS定位的坐标系统及时311、(BLH)——〉(XYZ)需要哪些参数？第二章GPS定位的坐标系统及时间系统1、(BLH)——〉(XYZ)需要哪些参数？第二章G322、(XYZ)——〉(BLH)需要哪些参数？第二章GPS定位的坐标系统及时间系统2、(XYZ)——〉(BLH)需要哪些参数？第二章G333、(BL)——〉(xy)高斯投影的计算公式：需要哪些参数？第二章GPS定位的坐标系统及时间系统3、(BL)——〉(xy)高斯投影的计算公式：需要哪些参34二、坐标转换的基本方法BJ54WGS84(B,L)1——(B,L)2(x,y)1——(x,y)2(X,Y,Z)1——(X,Y,Z)2第二章GPS定位的坐标系统及时间系统二、坐标转换的基本方法BJ54W35空间直角坐标系的转换第二章GPS定位的坐标系统及时间系统空间直角坐标系的转换第二章GPS定位的坐标系统及时间系统36布尔沙模型P20，公式2-20第二章GPS定位的坐标系统及时间系统布尔沙模型P20，公式2-20第二章GPS定位的坐标系统及37布尔沙模型P20，公式2-21第二章GPS定位的坐标系统及时间系统布尔沙模型P20，公式2-21第二章GPS定位的坐标系统及382、转换参数的计算如果不知道两坐标系的转换参数，而是知道部分点在两个坐标系的坐标，称公共点，须通过公共点的两组坐标求得转换参数第二章GPS定位的坐标系统及时间系统2、转换参数的计算如果不知道两坐标系的转换参数，而是知道部分39求转换参数的模型P20，公式2-22第二章GPS定位的坐标系统及时间系统求转换参数的模型P20，公式2-22第二章GPS定位的坐标40转换参数的求解方法三点法：对转换参数的要求精度不高，或只有三个公共点时，可用三个点的9个坐标，列出9个方程，取其中的7个方程求解多点法：由公共点在两个坐标系中的坐标，按照转换模型，以转换参数为未知数写出误差方程第二章GPS定位的坐标系统及时间系统转换参数的求解方法三点法：对转换参数的要求精度不高，或只有三41三、WGS-84坐标系—我国国家坐标系BJ54WGS84(x,y)1(x,y)2(B,L)1(B,L)2(X,Y,Z)1(X,Y,Z)2第二章GPS定位的坐标系统及时间系统三、WGS-84坐标系—我国国家坐标系BJ5442转换中的参数设置（BLH）WGS-84（XYZ）WGS-84（XYZ）BJ54/STATE80（BLH）BJ54/STATE80（xy）高斯平面提供转换参数七参数椭球参数椭球参数投影参数三个平移椭球参数差（化简）长半轴之差：-108扁率之差：+0.00480795原点平移参数：+15-150-90第二章GPS定位的坐标系统及时间系统转换中的参数设置（BLH）WGS-84（XYZ）WG43第四节时间系统时间系统常用的时间系统GPS时间系统时间系统间的转换第二章GPS定位的坐标系统及时间系统第四节时间系统时间系统第二章GPS定位的坐标系统及时间系统44意义：卫星的位置误差<1cm，要求相应的时刻误差应小于2.6x10-6秒；测距误差<1cm，要求信号传播时间的测量误差，应不超过3x10-11秒；第二章GPS定位的坐标系统及时间系统意义：卫星的位置误差<1cm，要求相应的时刻误差应小于2.645一、时间系统时间：包含时刻和时间间隔两种意义时间系统：作为测时的基准，包含时间尺度（单位）和原点（起始历元），一般来说任何一个可观测的周期运动现象，只要满足：连续性，稳定性，复现性均可作为时间基准第二章GPS定位的坐标系统及时间系统一、时间系统时间：包含时刻和时间间隔两种意义第二章GPS定位46二、常用的时间系统世界上现在通用的时间系统时什么？时间的单位尺度不同；度量时间的时钟不同第二章GPS定位的坐标系统及时间系统二、常用的时间系统世界上现在通用的时间系统时什么？时间的单位47常用的几类时间系统恒星时和太阳时历书时原子时地球的周期性自转地球的周期性公转原子核外电子能级跃迁时辐射的电磁波的频率第二章GPS定位的坐标系统及时间系统常用的几类时间系统恒星时和太阳时地球的周期性自转地球的周期性481、世界时系统世界时系统恒星时春分点太阳时太阳根据天体的周日视运动反映地球的自转；平太阳时平太阳第二章GPS定位的坐标系统及时间系统1、世界时系统世界时系统恒星时春分点太阳时太阳根据天体的周日49恒星时恒星时——选取春分点作为参考点，用它的周日视运动周期来描述时间的时间计量系统。参照于遥远星体的地球自转周期参考点：一个天体或天球上某个特殊点测站点子午圈参考点连续两次经过测站点子午圈的时间段第二章GPS定位的坐标系统及时间系统恒星时恒星时——选取春分点作为参考点，用它的周日视运动周期来50太阳时参照于太阳的地球自转周期太阳时——选取太阳作为参考点，用它的周日视运动周期来描述时间的时间计量系统。第二章GPS定位的坐标系统及时间系统太阳时参照于太阳的地球自转周期太阳时——选取太阳作为参考点，51平太阳时太阳时的问题——真太阳的周日视运动不均匀，并不严格等于地球自转周期。冬长夏短，最长和最短可相差51秒；平太阳——假设一个参考点的运动速度等于真太阳周年视运动平均速度，且该点在赤道上作周年运动。平太阳时——以平太阳的周日视运动为基础建立的时间系统。第二章GPS定位的坐标系统及时间系统平太阳时太阳时的问题——真太阳的周日视运动不均匀，并不严格等52世界时UT世界时——以平子夜为零时的格林尼治平太阳时UT极移改正UT1地球自转速度改正UT2长期变化：潮汐影响使地球自转速度变慢；季节性变化：大气层中的气团岁季节变化；不规则变化：地球内部的物质运动；第二章GPS定位的坐标系统及时间系统世界时UT世界时——以平子夜为零时的格林尼治平太阳时UT极移532、原子时ATI原子时秒长——位于海平面的铯133原子基态两个超精细能级，在零磁场中跃迁辐射震荡9192631770周所持续的时间，为一原子时秒。国际原子时——国际上约100座原子钟，通过相互比对，经数据处理推算出统一的原子时系统。第二章GPS定位的坐标系统及时间系统2、原子时ATI原子时秒长——位于海平面的铯133原子基态两54原子时原子时原点——UT2(1958.1.1.0)-0.0039sUT2IAT1958.0Δt(地球自转速度长期性变慢，世界时每年比原子时慢约一秒)第二章GPS定位的坐标系统及时间系统原子时原子时原点——UT2(1958.1.1.0)-0.00553、协调世界时UTC协调世界时——从1972年开始，国际上开始使用一种以原子时秒长为基准，时刻上接近世界时的折衷的时间系统。秒长稳定广泛应用于天体测量，大地测量，研究地球自转速度第二章GPS定位的坐标系统及时间系统3、协调世界时UTC协调世界时——从1972年开始，国际上开56协调世界时ΔtUT11972.0UTC1958.0IAT闰秒——当协调时和世界时相差超过正负