1、第二章第二章 坐標(biāo)系統(tǒng)和時間系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)和時間系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系統(tǒng)天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系統(tǒng)一、坐標(biāo)系概述一、坐標(biāo)系概述坐標(biāo)系統(tǒng)是描述坐標(biāo)系統(tǒng)是描述點點空間位置的參照系統(tǒng)，空間任何一點的位空間位置的參照系統(tǒng)，空間任何一點的位置均可用最少置均可用最少3個坐標(biāo)參數(shù)唯一表示，三個參數(shù)隨著坐標(biāo)系或坐個坐標(biāo)參數(shù)唯一表示，三個參數(shù)隨著坐標(biāo)系或坐標(biāo)系的組合形式不同而不同。標(biāo)系的組合形式不同而不同。常用的點的坐標(biāo)表示形式：常用的點的坐標(biāo)表示形式：空間直角坐標(biāo)（空間直角坐標(biāo)（3維形式）維形式）-（X Y Z）大地坐標(biāo)（曲線坐標(biāo)、大地坐標(biāo)（曲線坐標(biāo)、3維形式）維形式）-（B L H）極坐標(biāo)（極

2、坐標(biāo)（3維形式）維形式）-（r ）高斯平面投影坐標(biāo)高斯平面投影坐標(biāo)+正常高（正常高（2維維+1維組合）維組合）-（x y）、）、HN，點的高斯坐標(biāo)由大地坐標(biāo)（點的高斯坐標(biāo)由大地坐標(biāo)（B、L）投影后形成，高程為正常高）投影后形成，高程為正常高把一個坐標(biāo)系統(tǒng)下同時擁有把一個坐標(biāo)系統(tǒng)下同時擁有3個坐標(biāo)參數(shù)的坐標(biāo)系稱個坐標(biāo)參數(shù)的坐標(biāo)系稱3維坐標(biāo)維坐標(biāo)系；把僅有兩個坐標(biāo)參數(shù)（一般為系；把僅有兩個坐標(biāo)參數(shù)（一般為B,L）的坐標(biāo)系稱二維坐標(biāo)系）的坐標(biāo)系稱二維坐標(biāo)系二、二、GPS定位中常用到的坐標(biāo)系定位中常用到的坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系CIS空間直角坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系球面坐標(biāo)系球面坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)

3、系地球地心地固坐標(biāo)系地球地心地固坐標(biāo)系CTS坐標(biāo)系、瞬時地球坐標(biāo)系坐標(biāo)系、瞬時地球坐標(biāo)系3維（維（BLH）（）（XYZ）地球參心地固坐標(biāo)系地球參心地固坐標(biāo)系2維（維（BL）-（x,y）ITRS-WGS84-GPSE2000-GALILEO？PZ90-GLONASSCGCS2000-BDS1954北京坐標(biāo)系北京坐標(biāo)系Beijing 541980西安坐標(biāo)系西安坐標(biāo)系GDZ80地方獨立坐標(biāo)系地方獨立坐標(biāo)系國際通用，也是各國國際通用，也是各國坐標(biāo)系的母體坐標(biāo)坐標(biāo)系的母體坐標(biāo)地球站心坐標(biāo)系地球站心坐標(biāo)系3維（維（XYZ）)(h站心赤道直角坐標(biāo)系站心赤道直角坐標(biāo)系站心地平直角坐標(biāo)系站心地平直角坐標(biāo)系站心極

4、坐標(biāo)系站心極坐標(biāo)系1.天球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系以圓球為坐標(biāo)基準(zhǔn)，用來描述天體位置的坐標(biāo)系；主以圓球為坐標(biāo)基準(zhǔn)，用來描述天體位置的坐標(biāo)系；主要有空間直角坐標(biāo)和球面坐標(biāo)兩種等效坐標(biāo)形式要有空間直角坐標(biāo)和球面坐標(biāo)兩種等效坐標(biāo)形式以以S點的坐標(biāo)為例點的坐標(biāo)為例兩種坐標(biāo)形式為：兩種坐標(biāo)形式為：),(),(rSZYXS22222tansintancossincoscosYXZarcrZXYarcrYZYXrrX兩種天球等效坐標(biāo)形式的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：兩種天球等效坐標(biāo)形式的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：由于天軸（地軸的延伸）指向隨時間變化，其變化由于天軸（地軸的延伸）指向隨時間變化，其變化表現(xiàn)為歲差和章動等天文現(xiàn)象，天極隨時間變化形成

5、表現(xiàn)為歲差和章動等天文現(xiàn)象，天極隨時間變化形成協(xié)議極、瞬時平天極、瞬時真天極三種；天球坐標(biāo)系協(xié)議極、瞬時平天極、瞬時真天極三種；天球坐標(biāo)系也隨時間分為也隨時間分為CIS、CISM、CIST三種時空形式三種時空形式三者之間的關(guān)系由歲差矩陣、章動矩陣決定三者之間的關(guān)系由歲差矩陣、章動矩陣決定大地測量學(xué)基礎(chǔ)大地測量學(xué)基礎(chǔ)天球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系協(xié)議天球坐標(biāo)（協(xié)議天球坐標(biāo)（CIS）瞬時平天球坐標(biāo)（瞬時平天球坐標(biāo)（CISM)瞬時真天球坐標(biāo)（瞬時真天球坐標(biāo)（CIST)P-歲差改正矩陣歲差改正矩陣1） CIS CISMCISMtzyxpzyxAAAAYAXAZZRRZRP,)()()90(歲差參數(shù)2）瞬時平天球

6、坐標(biāo)系CISM 瞬時真天球坐標(biāo)系CISTCIStzyxNPzyx3）綜合上兩步GIS GISTMttzyxNzyx?-,)()()(YZXRRRN章動參數(shù)2.地球地固坐標(biāo)系：地球地固坐標(biāo)系：點在地球坐標(biāo)系中的主要坐標(biāo)形式有：空間直角坐點在地球坐標(biāo)系中的主要坐標(biāo)形式有：空間直角坐標(biāo)與大地坐標(biāo)兩種形式標(biāo)與大地坐標(biāo)兩種形式以以T點的坐標(biāo)為例，兩種坐標(biāo)點的坐標(biāo)為例，兩種坐標(biāo)形式為：形式為：),(),(HLBTZYXT兩種地球等效地球坐標(biāo)形式的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：兩種地球等效地球坐標(biāo)形式的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：BHeNZLBHNYLBHNXsin)1(sincos)(coscos)(2)1 (sin/)1 (/)(arc

7、tan/arctan2222eNBZHHeNYXHNZBXYL由于地軸指向隨時間變化，其變化表現(xiàn)為地軸北極的極移，由于地軸指向隨時間變化，其變化表現(xiàn)為地軸北極的極移，使地球極隨時間變化形成瞬時極、平極（協(xié)議極），相應(yīng)的赤使地球極隨時間變化形成瞬時極、平極（協(xié)議極），相應(yīng)的赤道又分為平赤道面、協(xié)議赤道面；極移又稱道又分為平赤道面、協(xié)議赤道面；極移又稱S.C.Chandler運動；運動；地球坐標(biāo)系又隨時間分為地球坐標(biāo)系又隨時間分為CTS、CTST兩種時空形式兩種時空形式1)瞬時真地球坐標(biāo)（瞬時真地球坐標(biāo)（CTST）-協(xié)議地球坐標(biāo)協(xié)議地球坐標(biāo)(CTS)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換tCTSzyxMzyx11001pppp

8、yxyxM旋轉(zhuǎn)矩陣旋轉(zhuǎn)矩陣極移矩陣極移矩陣3.瞬時真天球坐標(biāo)瞬時真天球坐標(biāo)-瞬時真地球坐標(biāo)（瞬時真地球坐標(biāo)（天地轉(zhuǎn)換天地轉(zhuǎn)換）TZtZYXGASTRzyx)(1000cossin0sincosGASTGASTGASTGASTRZ旋轉(zhuǎn)矩陣，其中旋轉(zhuǎn)矩陣，其中GAST為格林尼治視恒星時角為格林尼治視恒星時角4.天地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程天地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程CIS-CISM-CIST-CTST-CTS上述轉(zhuǎn)換過程可用于上述轉(zhuǎn)換過程可用于GNSS衛(wèi)星衛(wèi)星（飛行中的已知點）（飛行中的已知點）坐坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換標(biāo)的轉(zhuǎn)換如如GPS衛(wèi)星轉(zhuǎn)換：由衛(wèi)星星歷提供衛(wèi)星轉(zhuǎn)換：由衛(wèi)星星歷提供Kepler根數(shù)計算衛(wèi)根數(shù)計算衛(wèi)星的軌道坐標(biāo)星的軌

9、道坐標(biāo)-協(xié)議天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)協(xié)議天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)-瞬時平天瞬時平天球坐標(biāo)系球坐標(biāo)系-瞬時真天球坐標(biāo)瞬時真天球坐標(biāo)-瞬時地球坐標(biāo)瞬時地球坐標(biāo)-協(xié)議地協(xié)議地球坐標(biāo)（美國的球坐標(biāo)（美國的WGS84）WGS-84定義：原點位于地球質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極(CTP-Conventional Terrestrial System)方向，X軸指向BIHl984.0的零子午面和CIP-Conventional international pole赤道的交點，Y軸與Z-O-X平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系。WGS-84橢球參數(shù):長半軸a6378137土2m； 地心引力常數(shù)(含大氣層)GM(398

10、6005l 0.6)l08（m3s-2）正?；A帶諧系數(shù) 48416685*10-61.3 l0-9地球自轉(zhuǎn)角速度 729211510-11土0.150010-11(rads-1)利用以上4個基本常數(shù)，可以計算出其它的橢球常數(shù)，如第一、第二偏心率e2、e2和扁率定義定義原點位于地球質(zhì)心，Z軸指向IERS推薦的協(xié)議地球極(19001905平均極)方向，X軸指向地球赤道與BIH定義的零子午面交點，Y軸與Z-O-X平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系。PZ-90坐標(biāo)基準(zhǔn)參數(shù)地球平均半徑Re=6378136m地球自轉(zhuǎn)角速度 =0.000 072 921 15rad/s地球引力常數(shù)GMe=398 600.4km3/s-

11、2地球重力場系數(shù) -0.001 082 63 02C定義定義原點位于包括和大氣的整個地球質(zhì)心，Z軸指向初始為(IRP) BHI1984.0方向，經(jīng)推算指向至參考歷元為2000.0 地球參考極，X軸指向地球赤道與IERS定義的零子午面(IRM)垂直于Z軸的方向，Y軸與Z-O-X平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系；2008年7月1日啟用。0 . 05 . 20 . 00 . 10 . 00 . 00 . 00 . 1109 . 10 . 0109 . 10 . 1906684PZWGSzyxzyx兩者在空間三維坐標(biāo)狀態(tài)下之差為兩者在空間三維坐標(biāo)狀態(tài)下之差為cm級級2-1WGS-84/GPS與與PZ-90/ GLO

12、NASS坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換模型坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換模型：CGCS2000坐標(biāo)基準(zhǔn)參數(shù)地球平均半徑Re=6378137m地球自轉(zhuǎn)角速度 =7.2 92115 10-5 rad/s-1地球引力常數(shù)GMe=3.98 6004418 104km3/s-2地球動力形狀因子J2=-0.001082629832258正常橢球與參考橢球一致CGCS2000由三個層次的站網(wǎng)與坐標(biāo)實現(xiàn)與維持第1層次：A級GNSS衛(wèi)星定位連續(xù)運行參考網(wǎng)，用于全球地球動力學(xué)、地殼形變測量、衛(wèi)星精密定軌測量，用GPS、GLONASS、VLBI、SLR等技術(shù)手段測量。第2層次：B級GNSS大地網(wǎng)，國家二等大地控制網(wǎng)，用于建立地方或城市坐標(biāo)基準(zhǔn)框架，區(qū)域地

13、球動力學(xué)和地殼形變測量、精密工程測量等2000橢球幾何參數(shù)橢球幾何參數(shù)a6378137mf=1/298.257222101 第3層次：GNSS C、D、D、E級網(wǎng)和天文大地網(wǎng)，用于建立三等及以下控制網(wǎng)測量和工程測量都屬于CTS坐標(biāo)，三維坐標(biāo)；都至少有（XYZ）（BLH）兩種坐標(biāo)形式和投影坐標(biāo)（x,y）形式都源于ITRS(或其實現(xiàn)ITRF)都是本系統(tǒng)單點定位或稱絕對定位的坐標(biāo)，以及相對定位中解算的基線向量的本坐標(biāo)系同屬地球地心、地固坐標(biāo)系三種坐標(biāo)系在三維層面的坐標(biāo)之差為cm級，三維層面可有全球統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換參數(shù)，如PZ-90/WGS-84之轉(zhuǎn)換關(guān)系式（2-1）式1.1954北京坐標(biāo)系坐標(biāo)基準(zhǔn)：克拉索

14、夫斯基橢球，僅幾何參數(shù)，無明確物理參數(shù)，正常重力計算采用赫爾黙特公式；幾何參數(shù)大地原點：前蘇聯(lián)普爾科沃鎮(zhèn)2.1980西安坐標(biāo)系，GDZ80坐標(biāo)基準(zhǔn)：IUGG1975國際橢球大地原點：陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)3 .298/16378245a1980西安坐標(biāo)系（參心坐標(biāo)系）還進行了如下定義：橢球短軸Z軸平行于由地球地心指向1968.0地極原點(JYD)的方向；大地起始子午面平行于格林尼治平均天文臺子午面，X軸在大地起始子午面與Z軸垂直指向經(jīng)度零方向；y軸與Z，X軸成右手坐標(biāo)系。從而確保了GDZ80坐標(biāo)系橢球定向、定位的明確性，克服了1954北京坐標(biāo)缺點。IUGG1975國際橢球賦予了明確物理意義，給出了

15、相應(yīng)橢球參數(shù)：1118223810729211510) 1108263(10) 33986005(56378140sradJsmGmaM257.298/16378140a可導(dǎo)出如下幾何參數(shù)3.國家大地原點國家大地原點大地原點：國家水平大地控制網(wǎng)點大地坐標(biāo)的起算點。大地起算數(shù)據(jù)：體現(xiàn)在大地原點上，共有四個個，包括大地原點的大地坐標(biāo)值L0、B0、H0，以及大地原點至某一方向的大地方位角A0，這些數(shù)據(jù)構(gòu)成了經(jīng)典大地測量的基準(zhǔn)。陜西涇陜西涇陽縣永陽縣永樂鎮(zhèn)大樂鎮(zhèn)大地原點地原點外部內(nèi)景第三節(jié)第三節(jié) 坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換一、轉(zhuǎn)換的主要形式（復(fù)習(xí)一、轉(zhuǎn)換的主要形式（復(fù)習(xí)大地測量基礎(chǔ)大地測量基

16、礎(chǔ)內(nèi)容）內(nèi)容）1.同一坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)不同坐標(biāo)形式的變換同一坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)不同坐標(biāo)形式的變換1）大地坐標(biāo)與空間直角坐標(biāo)間等價變換）大地坐標(biāo)與空間直角坐標(biāo)間等價變換)()(XYZBLH 2）球面（大地）坐標(biāo)與平面坐標(biāo)間投影變換）球面（大地）坐標(biāo)與平面坐標(biāo)間投影變換),()(yxBL 3）空間直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)間等價變換）空間直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)間等價變換)()(hrXYZ有關(guān)模型在有關(guān)模型在大地測量基礎(chǔ)大地測量基礎(chǔ)和本章和本章1，2節(jié)已述及節(jié)已述及NHH 2.不同坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換不同坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換統(tǒng)一規(guī)定：下標(biāo)統(tǒng)一規(guī)定：下標(biāo)A目標(biāo)坐標(biāo)系；下標(biāo)目標(biāo)坐標(biāo)系；下標(biāo)B源坐標(biāo)系源坐標(biāo)系1）不同空間直角坐標(biāo)間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換）不

17、同空間直角坐標(biāo)間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換BAXYZXYZ)()(AXYXZYZBZYXmZYXZYX111)1 (000平移矩陣尺度系數(shù)旋轉(zhuǎn)矩陣兩空間直角坐標(biāo)系坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型中有7個轉(zhuǎn)換參數(shù)。其中平移參數(shù)3個、旋轉(zhuǎn)參數(shù)3個、尺度參數(shù)1個。除上述布爾薩模型外，還有莫洛金斯基、武測等模型除上述布爾薩模型外，還有莫洛金斯基、武測等模型2）不同球面（大地）坐標(biāo)間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換）不同球面（大地）坐標(biāo)間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換BABLHBLH)()(000sincos0coscossincossinsincoscoscoscossinsinXYLLNHBZNHBdLBLBLBdBMHMHMHdHBLBLB222220cossin1sincos0

18、sincossincossinsincoscos1sin0XYZtgBLtgBLNLLeBBMNeBBLNeBBLNeBm 22222222002sinsincossincos11sin1sinsin1MeBNeBBBBMH aMHNMeBeBBadad3）不同平面坐標(biāo)間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換）不同平面坐標(biāo)間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換BAyxyx),(),(BooAyxmyxyxcossinsincos)1 (4）GNSS測量中，不同坐標(biāo)間轉(zhuǎn)換主要是下列兩種測量中，不同坐標(biāo)間轉(zhuǎn)換主要是下列兩種BAyxyx),(),()2(BAXYZXYZ)()() 1 (另有三維七參、二維七參、二維四參等多種轉(zhuǎn)換模型；參見大地測量學(xué)基礎(chǔ)和其

19、它專業(yè)書籍二、不同坐標(biāo)間轉(zhuǎn)換基本步驟二、不同坐標(biāo)間轉(zhuǎn)換基本步驟 （1）模型選擇 大范圍坐標(biāo)轉(zhuǎn)換選擇二維七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型；小區(qū)域坐標(biāo)轉(zhuǎn)換可選擇三維四參數(shù)模型或平面四參數(shù)模型。對于相對獨立的平面坐標(biāo)系統(tǒng)與GNSS坐標(biāo)系的聯(lián)系可采用平面四參數(shù)模型或多項式回歸模型。（2）重合點選取布GNSS網(wǎng)時應(yīng)初步選用具有目標(biāo)坐標(biāo)系坐標(biāo)的點做重合點，這些點的GNSS坐標(biāo)（源坐標(biāo)系）一經(jīng)測定就有兩套坐標(biāo)可用。最終選定重合點時還要根據(jù)所確定的轉(zhuǎn)換參數(shù)，計算重合點坐標(biāo)殘差，根據(jù)其殘差值的大小來最后確定，若殘差大于3倍中誤差則剔除，重新計算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，直到滿足精度要求為止；用于求二維平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換的最終重合點數(shù)量不少于2個

20、，七參數(shù)轉(zhuǎn)換的不少于3個。（3）模型參數(shù)計算以轉(zhuǎn)換模型為基礎(chǔ)方程，將重合點的兩套坐標(biāo)數(shù)據(jù)代入模型求轉(zhuǎn)換參數(shù)，有多余重合點時應(yīng)應(yīng)用最小二乘原理求轉(zhuǎn)換參數(shù)的最或然解。 （4）精度評估與檢核選擇部分重合點作為外部檢核點，不參與轉(zhuǎn)換參數(shù)計算，用轉(zhuǎn)換參數(shù)計算這些點的轉(zhuǎn)換坐標(biāo)與已知坐標(biāo)進行比較進行外部檢核。應(yīng)選定至少6個均勻分布的重合點對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度進行檢核 三、附標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換模型（供實用）三、附標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換模型（供實用）（1 1）二維七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型）二維七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型 2222sincos0coscossincossinsincos0cossin1sincos0sincos00(2sin)sincos1xyzL

21、LXLNBNBYBBLBLBZMMMtgBLtgBLmNLLeBBMNeBeBBMasincosaBBff 同一點位在兩個坐標(biāo)系下的緯度差經(jīng)度差，單位為弧度 橢球長半軸差（單位米）、扁率差（無量綱）， 平移參數(shù)，單位為米， 旋轉(zhuǎn)參數(shù)，單位為弧度， 尺度參數(shù)（無量綱）,BL, af,XYZ,xyzm（2 2）平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型）平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型 其中，x0，y0為平移參數(shù)，為旋轉(zhuǎn)參數(shù)，m為尺度參數(shù)。x2，y2為2000國家大地坐標(biāo)系下的平面直角坐標(biāo)，x1，y1為原坐標(biāo)系下平面直角坐標(biāo)。坐標(biāo)單位為米。110022cossinsincos)1 (yxmyxyx（3 3）BursaBursa七參數(shù)坐

22、標(biāo)轉(zhuǎn)換模型七參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型SSSSSSZYXSSSSSSTTTZYXZYXmXYXZYZZYXZYX0002222sincos0()cos()cossincossinsincos()()()coscossinsinsin(1)(1)cossin1()sinLLXLNHBNHBYBBLBLBMHMHMHZHBLBLBNeHNeHtgBLtgBLNHNHNHNeB222222222222()sin0sincos0sincossinsincoscos0sincos()sin00(2sin)sincossincos1(1sin)(11xyzBNHNeBLLMHMHNeBBLNeBBLNeBBmMNH

23、NeeBNBBeBBfMaNMeBaa222sin)sinafeBB（4 4）三維七參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型）三維七參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型 （5 5）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度評定和評估方法）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度評定和評估方法 依據(jù)計算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型參數(shù)的重合點（沒有參與轉(zhuǎn)換參數(shù)計算的重合點）的殘差中誤差評估坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度。對于n個點，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度估計公式如下： V（殘差）=重合點轉(zhuǎn)換坐標(biāo)-重合點已知坐標(biāo)空間直角坐標(biāo)X殘差中誤差空間直角坐標(biāo)Y殘差中誤差1XXvvMn 1YYvvMn 空間直角坐標(biāo)Z 殘差中誤差點位中誤差平面坐標(biāo)x殘差中誤差1ZZvvMn 222ZYXpMMMM1xxvvMn 平面坐標(biāo)y殘差中誤差大地高H殘差中誤差 平

24、面點位中誤差為1yyvvMn 1HHvvMn 22yxpMMM（6）決定不同坐標(biāo)間轉(zhuǎn)換精度的因素）決定不同坐標(biāo)間轉(zhuǎn)換精度的因素重合點在網(wǎng)中的分布狀況轉(zhuǎn)換模型精度與適用性重合點的坐標(biāo)分量及點位精度三、三、GNSS測量中涉及的其它坐標(biāo)測量中涉及的其它坐標(biāo)1.站心坐標(biāo)系概述站心坐標(biāo)系概述 有站心赤道直角坐標(biāo)系、站心地平直角坐標(biāo)系和站心地平極坐標(biāo)系三種坐標(biāo)系形式。 GNSS坐標(biāo)計算中，常用的為站心赤道直角坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系：站心地平、站心赤道坐標(biāo)和地球空間直角坐標(biāo)關(guān)系圖2.站心赤道直角坐標(biāo)系站心赤道直角坐標(biāo)系定義：以測站P1為原點，且與地球空間直角坐標(biāo)系，O-XYZ相應(yīng)坐標(biāo)軸平行的坐標(biāo)系站心赤

25、道坐標(biāo)系與地球空間直角坐標(biāo)間關(guān)系為簡單的平移關(guān)系ZYXP 1BHeNLBHNLBHNZYXZYXsin)1(sincos)(coscos)(23.站心地平直角坐標(biāo)系P1-xyz定義：以P1為原點，過測站P1的法線為z軸，指向天頂為正，以子午線方向為x軸，向北為正，以與x、z垂直方向為y軸，東為正。地平直角坐標(biāo)系與站心赤道直角坐標(biāo)系關(guān)系可通過旋轉(zhuǎn)變換實現(xiàn)，關(guān)系式如下： 地平站心赤道zyxPBRLRZYXxYz)90()180(地平zyxBBLBLLBLBLLBsin0cossincoscossinsincoscossincossin4.GNSS空間直角坐標(biāo)與地平直角坐標(biāo)的關(guān)系BHeNLBHNLB

26、HNzyxBBLBLLBLBLLBZYXsin)1 (sincos)(coscos)(sin0cossincoscossinsincoscossincossin2?5.站心地平極坐標(biāo)系P1rAh（用于描述測站與衛(wèi)星的相對位置） 定義：以測站P1為原點，坐標(biāo)參數(shù)為： r-測站P1至衛(wèi)星s的距離 A-衛(wèi)星的方位角，zox平面與zos平面的夾角，左旋為正h-衛(wèi)星的高度角os與xoy平面的夾角。1 1）站心地平極坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系關(guān)系）站心地平極坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系關(guān)系：coshcos Arx coshsin Ary sinhrz 222zyxrA=arc tan(y/x) h=arct

27、an(z/(x2+y2)1/2) 四、四、GNSS衛(wèi)星（飛行中的已知點）坐標(biāo)計算流程衛(wèi)星（飛行中的已知點）坐標(biāo)計算流程GNSS定位坐標(biāo)計算流程地面監(jiān)測站監(jiān)測地面監(jiān)測站監(jiān)測衛(wèi)星運動狀態(tài)衛(wèi)星運動狀態(tài)主控站處理主控站處理注入站注入站衛(wèi)星衛(wèi)星用戶獲得用戶獲得導(dǎo)航電文導(dǎo)航電文導(dǎo)航導(dǎo)航電文電文計算衛(wèi)星在協(xié)議天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計算衛(wèi)星在瞬時平天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計算衛(wèi)星在瞬時平天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計算衛(wèi)星在瞬時地球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計算衛(wèi)星在瞬時地球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)通過星地距離方程解算基線通過星地距離方程解算基線將接收機坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為北京將接收機坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為北京54或西安或西安80坐標(biāo)坐標(biāo)計算衛(wèi)星在協(xié)議地球坐標(biāo)系計算衛(wèi)星在

28、協(xié)議地球坐標(biāo)系CTS中的坐標(biāo)中的坐標(biāo)計算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計算衛(wèi)星在瞬時真天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計算衛(wèi)星在瞬時真天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)衛(wèi)星參考歷元的衛(wèi)星參考歷元的Kepler參參數(shù)數(shù)+攝動改正參數(shù)攝動改正參數(shù)=實際實際觀測歷元的觀測歷元的Kepler參數(shù)參數(shù)計算衛(wèi)星在協(xié)議天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計算衛(wèi)星在協(xié)議天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)第四節(jié) 坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換一、GNSS定位中時間的意義GNSS定位過程是在嚴(yán)格的時間定義下進行的，無論是坐標(biāo)系的定義、GNSS衛(wèi)星信號接收、星地距離測量，還是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換都需在嚴(yán)格的時間定義下完成二、時間系統(tǒng)各類與構(gòu)成時間系統(tǒng)類型：基于各種用途，時間

29、系統(tǒng)有多種： ST恒星時、MT平太陽時、UT世界時、ATI原子時、UTC協(xié)調(diào)世界時。時間系統(tǒng)構(gòu)成： 由時間原點(歷元)，時間尺度(時間單位)構(gòu)成。1.恒星時ST(Sidereal Time)原點：以春分點為參考點，由春分點的周日視運動所定義的時間系統(tǒng)為恒星時系統(tǒng)。 ST尺度：春分點連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間間隔為一恒星日，一恒星日分為24個恒星時2.平太陽時MT(Mean SOlar Time) 平太陽：以真太陽周年運動的平均速度在天球赤道上作周年視 運動的太陽，其周期與真太陽一致 。時間原點：以平太陽為參考點，由平太陽的周日視運動所定義的時間系統(tǒng)為平太陽時系統(tǒng)。時間尺度為：平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間間隔為一平太陽日，一平太陽日分為24平太陽時。 3.世界時UT(Universal Time)時間原點：以平子夜為零時起