卫星导航定位算法与程序设计-第8课坐标系

主讲：刘晖副教授武汉大学卫星导航定位技术研究中心卫星导航定位算法与程序设计单点定位算法的课程路线关于单点定位数据模型回顾单点定位总体设计GNSS中的协议矩阵函数编码实现各个模块时间算法坐标算法文件I/O卫星位置计算各项改正计算联合调试提交成果第八讲坐标算法导航定位中的坐标系统卫星导航定位定位中，坐标系统在地心地固坐标，大地坐标，高斯投影坐标中可以相互转换内容GNSS中的坐标系统

概述

坐标系统与参考框架GNSS定位常见的坐标系统不同坐标表现形式间的转换不同坐标系统间的转换有关坐标函数库的程序设计概述坐标系统：一种用坐标在已知范围空间内表示出点的方法需要指定原点、轴的指向和长度单位坐标的表达方式线坐标曲线坐标极坐标大地坐标系统与参考框架（1）大地坐标系统：通过定义地心、尺度、坐标轴指向、地球旋转速度以及参考椭球常数（椭球几何参数和物理参数）等参数，所建立的用于描述地球表面及附近区域物体空间或物理位置的坐标系统参考框架：大地坐标系统的具体实现，它通过固定在地球表面上的一组特定的测量标记及其在参考系统下的坐标和其他参数体现。大地坐标系统与参考框架（2）

卫星导航定位系统一般采用地心坐标系统作为系统建立、维护、用户定位导航计算等的坐标系统，应符合以下基本规定：采用三维坐标系统；原点位于地球质心（简称地心），是整个地球（包括海洋和大气）的质量中心；坐标轴相互垂直，符合右手规则；各坐标轴尺度一致，应在相对论理论框架下得到；通过天文或其它手段确定坐标系统的起始方位；应与国际地球参考系统（ITRS）定义保持概念上的一致；9常用的坐标系统卫星定位导航中常用的坐标系类型笛卡尔坐标系大地坐标系站心坐标系平面坐标系主要的地心坐标系统ITRSITRFIGSGTRFITRF88ITRF89ITRF90ITRF91ITRF2000ITRF2005IGS96IGS97IGS00IGb00IGS05…………ITRF92ITRF93ITRF94ITRF96ITRF97WGS60WGS66WGS72G730G873G1150……一致性水平：1cm一致性水平：10cm一致性水平：2cm一致PZPZPZ..PZ90PZ90.01PZ90.02世界大地坐标系WGS84CGCS2000CGCS2000网与ITRF97,历元2000.000一致坐标系统参考框架主要的参心坐标系高程系统1985高程系统1956高程系统正常高系统坐标系统参考框架高斯投影方式墨卡托投影方式1954年北京坐标系1980西安坐标系相对独立的平面坐标系天文大地网天文大地网区域控制网参考框架内容GNSS中的坐标系统不同坐标表现形式间的转换

大地坐标与笛卡尔坐标地心坐标与站心坐标地心坐标与高斯平面坐标

不同坐标系统间的转换有关坐标函数库的程序设计大地坐标与笛卡尔坐标（1））大地坐标B,L,H笛卡尔坐标X,Y,Z14大地坐标与笛卡尔坐标（2）大地坐标变换为笛卡尔坐标15大地坐标与笛卡尔坐标（3）笛卡尔坐标变换为大地坐标地（参）心坐标与站心坐标（1）17地（参）心坐标与站心坐标（2）地（参）心坐标转换为站心坐标18地（参）心坐标与站心坐标（3）站心直角坐标变换为站心极坐标地心坐标与高斯平面坐标（1）地心坐标与高斯平面坐标（2）

大地坐标

转换到高斯平面坐标地心坐标与高斯平面坐标（3）

高斯平面坐标转换到大地坐标内容GNSS中的坐标系统不同坐标表现形式间的转换不同坐标系统间的转换

三维转换模型

平面转换模型有关坐标函数库的程序设计三维转换模型三参数模型XYZXYZP(X,Y,Z)三维转换模型七参数模型XYZXYZP(X,Y,Z)二维转换模型

四参数模型XYXY内容GNSS中的坐标系统不同坐标表现形式间的转换不同坐标系统间的转换有关坐标函数库的程序设计

坐标数据类型的设计基本方法的设计27坐标数据类型的设计①笛卡尔坐标typedefstructtagCRDCARTESIAN{ double x; double y; double z;}CRDCARTESIAN;typedef CRDCARTESIAN *PCRDCARTESIAN;publicclassECEF_XYZ{privatedouble X;privatedouble Y;privatedouble Z;}28坐标数据类型的设计②大地坐标typedefstructCRDGEODETIC{ double longitude; double latitude; double height;}CRDGEODETIC;typedefCRDGEODETIC *PCRDGEODETIC;publicclassGeodetic{privatedoubleB;privatedoubleL;privatedoubleH;}29坐标数据类型的设计③站心地平坐标（线坐标形式）typedef structtagCRDTOPOCENTRIC{ double northing; double easting; double upping;}CRDTOPOCENTRIC;typedef CRDTOPOCENTRIC *PCRDTOPOCENTRIC;public classTOPOCENTRIC{privatedouble northing;privatedouble easting;privatedouble upping;}30坐标数据类型的设计④站心地平坐标（极坐标形式）typedef structtagCRDTOPOCENTRICPOLAR{ double range; double azimuth; double elevation;}CRDTOPOCENTRICPOLAR;typedefCRDTOPOCENTRICPOLAR *PCRDTOPOCENTRICPOLAR;publicclassTOPOCENTRICPOLAR{ privatedouble range; privatedouble azimuth; prviatedouble elevation;};坐标类基本方法的设计（1）

坐标是成对输入的，不能只输入某一个坐标分量，为防止出错，在输入数据时，应采用生成类的方式或者采用函数方式ECEF_XYZxyz=newECEF_XYZ(1122,2323,3232)

数据输出时可以用属性方式

坐标转换的方法可设计为一个全局静态函数，其输出和输入应相对独立

与坐标相关的是参考框架的参数，因此类中应包含一个参考框架的类或结构，还要有一个方法来插入或读取坐标系的参数坐标类基本方法的设计（2）namespaceGeodesy.Coordinates{publicclassECEF_XYZ:partial{privatedoublem_X;privatedoublem_Y;privatedoublem_Z;privateEllipsedatumm_datum;publicECEF_XYZ(doublex,doubley,doublez){this.m_X=x;this.m_Y=y;this.m_Z=z;m_datum=newWGS84();}publicdoubleX{get{returnthis.m_X;}}}坐标类基本方法的设计（3）namespaceGeodesy.Datum{publicabstractclassEllipseDatum{protecteddoublem_a;protecteddoublem_b;protecteddoublem_e;protecteddoublem_f; }publicclassWGS84:EllipseDatum{publicWGS84(){m_a=6378137.0;……}}publicclassCGCS2000:Elli