几种常用坐标系问的坐标转换

1、30技术交流测绘技术装备 季刊 第 5卷 2003年第 3期几种常用坐标系问的坐标转换付孙钟(福建省第一测绘院350001)摘 要：空间定位是多平台多系统的，不同坐标系下的目标位置的坐标统一显得尤为重要，本文就常用的三种坐标系的定义和坐标系间坐标的转换进行较详尽的论述。关键词：坐标系 模型 转换1引言现代空间定位是多平台、多系统的，海湾战争就是多系统、多平台 (空间卫星平台、空中机载平台、海上水面舰艇平台、水下舰艇平台、地面各雷达站平台等)的合作和统一的实例。为收集 关于敌方作战单位的情报，需要有雷达、电子侦察设施等情报系统，但它们一般探测出的是目标相对于自己的距离与方位。在装载有雷达 、电子

2、侦察设施等情报系统的载体平台下，需要利用所观测到的距离和方位信息求出目标的位置。简单而言，不管在什么平台上，不管采用什么情报系统，总是要涉及一个坐标系的统一问题。在多平台目标跟踪定位中需要研究载体坐标系 (BFS)、当地水平坐标系 (LLS)和 WGS84坐标系。2坐标系的定义21载体坐标系 (BFS)定义载体坐标系 (BodyFrameSystem)的原点位于飞机的质心，xB轴与载体运动方向的中心线 (主轴)重合，正向指向载体的运动方向，YB轴垂直 xB轴指向载体的右侧，ZB轴与 xB轴、YB轴正交形成右手坐标系：航向图 1 BFS坐标轴示意图22水平坐标系 (LLS)水平坐标系 (Loca

3、l Level System)，亦称 NED 坐标系、地理坐标系或惯性直角坐标系，是一种站心直角坐标系，它的原点与载体坐标系的原点重合以消除坐标原点的漂移， 轴指向当地北子午线(North)， 轴与 轴垂直指向东 (East)， 轴与轴、 轴垂直形成右手坐标系 (DOWN)。在一种特殊的情况下，当载体沿向北的方向平稳运行时，其右向将恰指向东向，此时的载体坐标系与 LLS坐标系重合。23 WG84坐标系世界大地坐标系 W6S-84是一个协议地球坐标参考系 CTS(Conventional Terrestrial System)，坐标系 的原点 是地球 的质心 ， Z 轴指 向BIH19840(国

4、 际时 间局 )定义 的协议 地极 CTP(Conventional Terrestrial Pole)方向，X轴指向 BIHI9840的零子午面和 CTP赤道的交 点，Y轴与 X，Z轴 正交构成右手坐标系。3坐标系的相互关系31水平坐标系 (LLS)与载体坐标系 (BFS)的关系由上面的坐标系的定义可知，水平坐标系与载体坐标系的原点是相同的，两者之间的变换实际是三个欧拉姿态角，即航向角 Y(Yaw)，横滚角 r(Rol1)和俯仰角 p(Pitch)，关系式为：XBFS=R (r) y(p) ：( )(1)X =rRrr(r) 册，一(2)其中，欧拉角变化过程写成矩阵的形式就是：测绘技术装备季

5、刊第 5卷 2003年第 3期技术交流 31lR。 RsinYcosPR = (，) (p)尺(y)：IR2 R2co syco sr+sinrsinysinp【 -co sYsinr sinYsinPco sr其中，()， (p)， ( 如下：1 0 0 cosp 0一smpIcosy一R (，)=i0 cosrsinrfRy()=f0 1 0 fR )：lIsinLo sinr COSrjLsinp 0 cospJ0肪32 WGS84与水平坐标系 (LLS)的关系一OXYZ为WGS一84地心空间直角坐标系，H-XTZ为 LLS水平坐标系。对于空间。任 一。点 ，在己知 LLS坐标系原点的坐

6、标及大地经纬度 (B，L)情况下，首先进行坐标系原点的平移，设平移后的坐标系为O-XYZ。，然后经过三次有顺序的坐标轴旋转变换，可将其在 WGS-84坐标系下的坐标转换至 LLS坐标系的坐标 ：a绕 z。轴旋转 (L+180。)，得到 HXyZ一b绕 Y轴旋转 (B+270。)，得到 一XyZp c在绕旋转 180。即可。根据 Brusa-Wolf坐标系转换模型，可 以得到如下转换关系：R+LLS = R (180。) ，r( +270。) z(L+180。)( 84一 84)r鲫一=一一上式中，为 LLS坐标系原点坐标，其 中，-暑o1 0 01。Rx(180)=l【0一l0J0 01J州所以对于空间任一点 M，其 WGS84坐标与 LLS坐标系 的坐标之间的关系写成矩“阵“o的形式为：。-一scinBsin薹f萋一一一_=11l-sincs+-sinL4结束语本文在简要叙述定义载体坐标系、水平坐标系和 WGS84坐标系的基础上，推导了水平坐标系与载体坐标系及 WGS84与水平坐标系 (LLS)的关系，据此可建立起载体坐标系与 WGS84坐标系间的联系 ，对空间定位和制