第二章GPS定位的坐标系统及时间系统ppt课件

1、第二章坐标系统与时间系统阳泉职业技术学院薛迎春OUTLINE常规大地丈量中的坐标系统卫星大地丈量中的坐标系统GPS常用的坐标系统坐标系统之间的转换时间系统Your Location is:36.067901o N94.171071o W2第一节 经典大地丈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31、复习建立丈量坐标系的基准面是什么？4参考椭球面和参心坐标系大地水准面海洋陆地地球外表参考椭球面参考椭球52、参心坐标系的特点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

2、符合不好1980年国家大地坐标系类型：参心坐标系建立：进展了我国的天文大地网整体平差，采用新的椭球元素，进展了定位和定向大地原点：陕西省泾阳县永乐镇椭球：1975年国际大地丈量与地球物理结合会第16届年会NO1GEOIDNO2P1773、平面直角坐标系的建立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、假北为了防止坐标系中出现负值，一致规定将每一带的坐标轴西移或南移一定间隔。我国的假北为0，假东为500km高斯分带投影6度带3度带9经典大地丈量中的坐标系统定义一个坐标系统，包含哪两个根本要素？建立参心坐标系的出发点是什么？建立一个

3、参心大地坐标系，必需处理那些问题？10第二节 卫星定位中的坐标系描画卫星的位置天球坐标系描画地球上的点的位置地球坐标系11一、天球和天球坐标系天球以地球质心为中心，半径为恣意长度的一个假想球体。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：经过地球质心，与天轴垂直的平面天球子午面：包含天轴,并经过天球上任何一点的平面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转时黄道与天球赤道的交点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

4、坐标系 (X,Y,Z)p11153、建立天球坐标系的两个问题实践地球的外形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，地球在绕太阳运转时，自转轴的方向不再坚持不变而使春分点在黄道上产生缓慢的西移岁差、章动P14、15164、三种天球坐标系瞬时真天极瞬时平天极一个特定时辰，即规范历元：2000.1.15：的瞬时平天极P1517三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矫正规范历元的平天球坐标系相应规范历元2000.1.15的一个特定时辰的平天球坐标系经过了规范历

5、元到观测历元的岁差矫正18二、地球坐标系空间技术和远程武器的开展，要求提供高精度的地心坐标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思索：和参心坐标系统的定义有何区别？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，因此地极点在地球外表的位置是随时间而变化的，这种景象称为极移。P15瞬时北地极1900.001905.00年地球自转轴的瞬时平均位置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1900.001905.00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

6、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？P1622WGS-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丈量与地球物理结合会第17届年会P1623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p16241、地方独立坐标系产生：高斯投影3度带、六度带有利于一致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

7、均海拔高程面为参考椭球面地方参考椭球？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？26如何确定地方参考椭球的参数？1、仅改动知椭球的长半径1直接以投影面到椭球面间隔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、仅改动椭球中心位置，并不改动定向及元素3、改动长半径及偏心率,不改动椭球定位和定向p18272、ITRF参考框架International Terrestrial Reference Frame产生:综合了SLR、VLBI、LLR观测数据，得到观测站的数据集，经过结合解算

8、得到一致的数据集，定义出的一个地心参考框架本质:地心地固系的详细表达p19283、站心坐标系站心赤道直角坐标系站心地平直角坐标系p1229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方式之间进展变换坐标转换在不同的参考基准间进展变换基准的转换p1930一、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 311、(B L H)(X Y Z)需求哪些参数？322、(X Y Z)(B L H)需求哪些参数？333、(B L)(x y)高斯投影的计算公式：需求哪些参数？34二、坐标转换的根本方法 BJ54 WGS84(B,L)1 (B,L

9、)2(x,y)1 (x,y)2(X,Y,Z)1 (X,Y,Z)235空间直角坐标系的转换36布尔沙模型P20，公式 2-2037布尔沙模型P20，公式 2-21382、转换参数的计算假设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，须经过公共点的两组坐标求得转换参数39求转换参数的模型P20，公式 2-2240转换参数的求解方法三点法：对转换参数的要求精度不高，或只需三个公共点时，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41三、WGS-84坐标系我国国家坐标系 BJ54 W

10、GS84(x,y)1 (x,y)2(B,L)1 (B,L)2(X,Y,Z)1 (X,Y,Z)242转换中的参数设置B L HWGS-84X Y ZWGS-84X Y ZBJ54/STATE80B L HBJ54/STATE80 x y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 -9043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44意义：卫星的位置误差1cm，要求相应的时辰误差应小于2.6x10-6秒；测距误差1cm，要求信号传播时间的丈量误差，应不超

11、越3x10-11秒；45一、时间系统时间：包含时辰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，普通来说任何一个可观测的周期运动景象，只需满足：延续性，稳定性，复现性均可作为时间基准46二、常用的时间系统世界上如今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画时间的时间计

12、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延续两次经过测站点子午圈的时间段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画时间的时间计量系统。51平太阳时太阳时的问题真太阳的周日视运动不均匀，并不严厉等于地球自转周期。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根底建立的时间系统。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极移矫正UT1地球自转速度矫正UT2长期变化：潮汐影响使地球自转速度变慢

13、；季节性变化：大气层中的气团岁季节变化；不规那么变化：地球内部的物质运动；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周所继续的时间，为一原子时秒。国际原子时国际上约100座原子钟，经过相互比对，经数据处置推算出一致的原子时系统。54原子时原子时原点UT2(1958.1.1.0)-0.0039sUT2IAT1958.0t(地球自转速度长期性变慢，世界时每年比原子时慢约一秒)553、协调世界时UTC协调世界时从1972年开场，国际上开场运用一种以原子时秒长为基准，时辰上接近世界时的折衷的时间系统。秒长稳定广泛运用于天体丈量，

14、大地丈量，研讨地球自转速度56协调世界时tUT11972.0UTC1958.0IAT闰秒当协调时和世界时相差超越正负0.9秒时，便在协调时上参与一个闰秒跳秒。 跳秒由国际自转效力组织发布，普通在12.31或6.30进展在2006年的元旦，我国的时钟将拨慢： 7时59分59秒7时59分60秒8时00分00秒。57三、GPS时间系统GPST属于原子时系统秒长与原子时一样原点：1980年1月6日的UTC零时没有跳秒tUT11972.0UTC1958.0IATt1980.1.619sGPST58思索试比较参心坐标系和地心坐标系。各类天球坐标系和地球坐标系的关系是什么?如何转换？不同的参心坐标系之间的转换和参心坐标系到地心坐标系之间的转换有不同吗？不同类型的时间系统有哪些特点和区别？联络是什么？59天球坐标系与地球坐标系联络1原点都位于地球的质心2瞬时自转轴和瞬时天轴重合；即瞬时天球坐标系和瞬时地球坐标系的Z轴重合3X轴分别指向春分点和格林尼治天文子午面