补充：坐标系统及时间系统

坐标系统与时间系统第一节坐标系的类型1、空固坐标系、地固坐标系；2、地心坐标系、参心坐标系；3、空间直角坐标系、球面坐标系、大地坐标系；4、瞬时坐标系、协议坐标系；5、二维坐标系、三维坐标系。第二节协议天球坐标系一、天球的基本概念天球——以地心为球心，以任意长为半径的球面。天轴——地球旋转轴。天极——天轴与天球面的交点。Pn、Ps。天球赤道面——过球心且与天轴垂直的平面。黄道面——地球公转轨道所在平面，与赤道面夹角为23.5°。春分点——太阳从南半球向北半球运行时，黄道与赤道的交点。二、天球坐标系的概念1）天球空间直角坐标系原点：地球质量中心Z轴：指向北天极PnX轴：指向春分点Y轴：与X、Z轴构成右手坐标系2）天球球面坐标系原点：地球质量中心赤经α：天体子午面与春分点子午面的夹角赤纬δ：天体与地心连线和天球赤道面的夹角向径r：天体到地心的距离3）空间直角坐标系与球面坐标系的转换三、岁差与章动日月对地球赤道隆起部分的引力作用，使地球旋转轴在空间的指向发生移动。岁差：地球在绕太阳运行时，地球自转轴的方向在天球上缓慢移动，春分点在黄道面上随之缓慢移动现象叫岁差，春分点每年西移50.2″，周期约为25800年。章动：由日月引力影响的北天极沿椭圆形轨道运动叫章动，椭圆长半径约为9.2″，18.6年一周期。平北天极：不考虑章动的北天极。平春分点。瞬时北天极：绕平北天极18.6年转一周。真春分点。岁差与章动四、协议天球坐标系1）瞬时天球坐标系：z轴指向瞬时北天极，x轴指向瞬时春分点（真春分点）。2）平天球坐标系：z轴指向平北天极，x轴指向平春分点。3）协议天球坐标系1984年1月1日后，取2000年1月15日的平北天极为协议北天极，z轴指向协议北天极的天球坐标系称为协议天球坐标系，x轴指向协议春分点。第三节协议地球坐标系空间直角坐标系：原点：一般取地球质心；Z轴：指向地球北极；X轴：指向格林威治子午线与地球赤道的交点；Y轴：构成右手坐标系。大地坐标系：大地经度L；大地纬度B；大地高H。一、地球坐标系的概念

常用的有空间直角坐标系和大地坐标系两种。地极移动二、协议地球坐标系

Z轴指向1900~1905年平均地球北极或其它国际协定的地球北极。应当注意，地极移动与岁差和章动是不同的概念，岁差和章动是指地球自转轴在空间指向的移动，而地极移动则是指地球北极与地面参照物的相对移动。三、地球坐标系与天球坐标系的转换卫星位置用天球坐标系的坐标表示，而测站点位置用地球坐标系的坐标表示，要用卫星坐标求测站坐标，需将天球坐标系的坐标转换成地球坐标系的坐标。转换的步骤是：协议天球坐标系——平天球坐标系——瞬时天球坐标系——瞬时地球坐标系——协议地球坐标系。在转换过程中，因两者的坐标原点一致，故只需多次旋转坐标轴即可。第四节地球坐标系的其他表达形式一、参心坐标系

坐标原点在参考椭圆体中心而不在地球质心二、站心坐标系三、平面直角坐标系高斯投影时，中央子午线长度不变，离中央子午线愈远，长度变形愈大，对于6°带，赤道与边界子午线交点处的投影变形为0.138%。四、地方独立坐标系在工程测量中，当测区高程大于160m时，地面长度与参考椭球面长度相差太大，需建立地方独立坐标系。

五、常用大地测量基准1）WGS-84坐标系WGS-84坐标系是美国84年在卫星大地测量的基础上建立的以地球质心为原点的大地测量基准。大小形状参数见后，Z轴指向1984北极，X轴指向1984格林威治子午线与赤道交点，Y轴与X、Z轴构成右手坐标系。由GPS卫星发布的星历参数是WGS-84坐标系的数据，故GPS测量时，先求得测站点的WGS-84坐标，再换算为当地使用的坐标。2）ITRF参考框架ITRF是国际地球自转服务局根据分布全球的地面观测站，以最先进的测量技术获得的数据确定的大地测量基准。是世界公认的精度最高的大地测量基准。目前尚未普遍采用。但其日后必将代替WGS-84。IERF已发布了ITRF88、89、90、91、92、93、94、96、97、2000等多个地心参考框架，椭球参数与WGS-84相同，定向不同。3）北京54坐标系

（1）克拉索夫斯基椭球，与现代值相差较大；

（2）指向不明；

（3）参考椭球面与大地水准面差距大；

（4）误差积累大；

（5）未整体平差，各部分结合部有2m误差。

4）西安80坐标系对国家网进行了整体平差，在我国国内，椭球面与似大地水准面吻合最好。Z轴、X轴分别指向1968北极和格林威治子午线与赤道交点。存在问题：是局部基准而非全球基准；二维坐标系，不适合卫星定位。各基准的参数比较坐标系统地球椭球1954年北京坐标系1980年西安坐标系WGS-84世界大地坐标系椭球名称克拉索夫斯基1980大地坐标系WGS-84建成年代194019791984椭球类型参考椭球参考椭球总地球椭球a（m）637824563781406378137第五节时间系统一、时间的概念现代测量科技与空间科技紧密结合，测量精度极高。如卫星定轨、飞机和车辆导航、地球自转与公转、研究地壳升降和板块运动等问题，不仅要求给出空间位置，而且应给出相应的时间。现代大地测量基准应是包括时间在内的四维基准。GPS测量中，时间的意义确定GPS卫星的在轨位置；确定测站位置；确定地球坐标系与天球坐标系的关系。时间包括时刻（绝对时间）与时间间隔（相对时间）两个概念。测量时间同样需要建立测量基准，包括尺度与原点。可作为时间基准的运动现象必须是周期性的，且其周期应有复现性和足够的稳定性。二、世界时1）恒星时以春分点连续两次经过本地子午线的时间间隔为一恒星日，含24恒星小时。分真春分点地方时、真春分点格林威治时、平春分点地方时、平春分点格林威治时四种。2）平太阳时以平太阳连续两次经过本地子午线的时间间隔为一平太阳日，含24平太阳小时。3）世界时以子夜为零时起算的格林威治平太阳时，用UT0表示。与平太阳时相差12小时，即UT0=GAMT+12h平太阳时和世界时均以地球自转为参照，而地球自转速度是变化的，包括极移、自转速度季节性变化和逐年变慢等。1956年引入极移改正和自转速度季节性变化改正：UT1=UT0+ΔλUT2=UT1+ΔTS

三、原子时（ATI）以铯原子基态两超精细能级的辐射跃迁定义时间尺度，以1958年1月1日零时的世界时减去0.0039秒为原点。（为了与世界时保持一致）原子钟精度极高，目前使用的氢钟精度可达10-16。

四、协调世界时