第二章-GS坐标系统与时间系统

GPS定位的坐标系统海洋与地球科学学院坐标系统概论描述GPS三部分的要求卫星——地球(公转和自转)坐标系统坐标系统（卫星，地球）坐标转换课程内容：坐标系统、转换协议天球坐标：描述对象协议地球坐标：描述对象两者的关系天球的基本概念天球概念图解天轴与天极天球赤道面和天球赤道天球子午面和子午圈时圈黄道与黄极春分点讨论与理解天球坐标系定义天球空间直角坐标系

(X,Y,Z)天球球面坐标系

(α,δ,r)天球坐标系的假设地球是均质球体没有其他天体摄动力的影响基于上述假设，地球自转轴在空间是固定的.........实际的地球地球是球？均质？没有其他天体摄动力的影响？基于上述假设，地球的自转轴是固定的？岁差现象北天极绕黄北极旋转春分点西移图解理解和讨论岁差元现象核中月扛球的肯影响主要流的影扬响如果贩月球纠的引猴力及锐其运北行轨链道固名定不晴变……天球商北天娇极的描轨迹:近似醋小圆瞬时饼平北兰天极(平北播天极)平天哄球赤岂道、姿平春陕分点岁差倡现象淘中除支月球及其他怨因素坝的影叫响月球冲运行迫轨道铸及月晨地距召离是肯不断夕变化植的；T时刻帐：瞬坛时(真)北天兄极，妙瞬时(真)天球质赤道雀，瞬脂时(真)春分鼠点；章动暖：瞬累时北搅天极牌绕瞬沿时平苍北天举极旋股转；章动烟现象图解北天漆极在须天球赞上的记运动痒：岁阴差＋芹章动协议亮天球役坐标薯系的危定义原因:岁差险与章调动解决爹办法敏：近避惯性塘坐标吊系统协议鹿天球递坐标晴系的痕转换协议氧天球哨坐标下转换槽到瞬笔时平紫天球角坐标(岁差夏旋转)瞬时差平天蔽球坐参标转象换为饥瞬时舒天球扩坐标(章动抢旋转)综合粗转换师公式地球季坐标晌系地球施坐标若系目的定义空间便直角辣坐标消系/大地煎坐标柜系坐标姐转换尚：空间珍直角锡坐标把系与验大地颜坐标占系之险间的伞转换旷：N为椭掠球卯捐酉圈平的曲担率半沸径，e为椭斩球的蒙第一汽偏心挪率，a、b为椭旋球的冰长短射半径雕。极移陆现象岁差潜与章瘦动的剖原因——日月愉引力地球地质量纪不均笔匀地极碍点在暑地球屡表面铃的位郊置随蔑时间愿而变堆化瞬间刺地球日自转卖轴——瞬时音极极移乏的描秩述方切法平面晶直角说坐标氏系表哪达图解雪极移极移躬现象尖带来鼻的问罢题坐标慌体系——坐标各轴指重向万有鉴引力务定律砍的准磁确性极移侧现象穴解决绍办法国际仅协议凯原点(C默IO：co够nv塞en湿ti村on登al维i洒nt屯er能na寸ti骄on兽al遮o构ri左gi追n)：国际靠上5个纬病度服裹务站含，19毯00狗.0拿0至19茂05聚.0颜5年平锣均纬败度所杏确定刘的平钢均地品极位叫置；协议固地极(C踏TP部)瞬时京地极铁与协奋议地岭极瞬时谣地极——协议蔽地极瞬时越地球恢坐标拆系——协议炸地球孙坐标本系图解(P扑21售)转换下关系协议时地球蛛坐标篮系与肌协议层天球巩坐标镰系的贴转换两者脉定义慢区别原点剧：地采球质两心Z轴X轴与X轴的那夹角所以锣两者羽之间成的关迷系是……由定僚义写塞转换哀公式……坐标宁系统切转换洽框图……大地背水准最面和看参考剑椭球强体当海举洋静岸止时梨，它丹的自掏由水钻面必穴定与撑该面仰上各桂点的压重力航方向(铅垂鼓线方姨向)成正步交，踪蝶我们绞把这纲个面促叫做水准被面。但葛水准妇面有悄无数艇多个折，其扶中有县一个奶与静驼止的键平均浆海水和面相册重合耽。可馒以设京想这顾个静避止的叛平均铅海水顾面穿黑过大苹陆和乱岛屿旱形成醒一个某闭合贫的曲泳面，诉这就酱是大地颗水准刻面。大地局水准笔面和烧参考颗椭球骗体大地险水准做面相悼当接贯近于杀一个淋规则前的具要有微扭小扁捕率的领数学堆曲面——旋转逼椭球杨。旋昼转椭闭球可咬用2个几捡何参随数确喜定，烂即为助椭球令的长困半径a和扁邮率f，这厚两个开参数漫决定昏了椭裹球的臭形状守和大势小。为了馒将地刺面测屑量数黎据归核算到煎椭球霉面上毕，仅串仅知旗道它版的形不状和述大小祥是不丧够的坟，还芒必须缩慧确定刻它与榜大地今水准沸面的层相关蛇位置腰，也武就是厚所谓教的椭独球定偶位和株定向竟。另外巷，为老了从莲几何宿特性旨和物代理特渔性两挡个方罗面来愈研究给全球洋的形递状，摄则还唯要使退椭球蚂与全盯球大院地水灾准面仗结合弯最为逆密切滋。参考断椭球舰体现代猪大地患测量侍中，继采用4个参魂数来泉描述漏椭球帅的几吐何和盼物理揭特性击，这雾四个吐参数苍是：椭球村的长投半径α(解方美程，堪用弧趴度测徐量的挖传统称方法亿求出)。地球踏重力跌场二歌阶带谜谐系较数J2愧(J锻2与扁魄率存双在一隔定解绸析关策系)(卫星霸大地暂测量叛与卫见星激亿光测昆距求晒出)。地心年引力摆常数划与地洲球质稀量的谎乘积GM(卫星户大地摧测量瘦解算)。地球耕自转券角速怪度ω(天文鸽观测策求出)。地心谱坐标瓣系：母将椭保球中惑心与优地球流质心娇重合孩，且领与全往球大愤地水样准面敞最为槐密合素的旋锋转椭今球。地球膊参心溉坐标叨系参考屑椭球爷：为竹了研溜究局轧部球屈面的栗形状干，且母使地电面测殿量数信据归衰算至拴椭球渴的各竿项改痒正数楚最小颂，各音个国月家和券地区注分别饥选择念和某察一局削部区棵域的烂大地姻水准船面最蚂为密伴合的脉椭球剑建立山坐标养系。州这样蠢选定愁和建卖立的滋椭球遵称为嚼参考夜椭球替；大地增原点参心齿坐标源系——参心矮空间躁直角短坐标站系和裤参心太大地插坐标族系由于想参心勺坐标鹅系处耍理局不部区虹域数郑据带坟来的仙变形霉较小析，所亏以，眯参心跑坐标筐系至耽今对租大地锐测量斩仍有妈重要识作用芝。国家运大地殊坐标竟系1.储1喷95倾4年北龟京坐限标系(B任J5呆4旧)国家助大地炎坐标锋系1.虫1轿95哈4年北翠京坐袖标系(B金J5胀4旧)参心晶坐标叠系；大地豪原点腊：前嘴苏联场的普胜尔科词沃；参考榆椭球情：克文拉索遮夫斯翁基椭光球，奴前苏僻联19分42年坐供标系址的延逆伸；高程树基准梢：19潮56年青军岛验窑潮站尤求出殊的黄宰海平尺均海为水面厦；高程尼异常瞎：原伤苏联19烈55年大冈地水暮准面谊重新冠平差拣结果或为起筋算数安据，益按我胃国天扇文水需准路危线推弓算而然得；平差御方法暑：分拣区分罢期局笛部平液差；国家讯大地扯坐标袄系1.己1隐95孔4年北枯京坐完标系(B档J5煮4旧)存在胁的问揭题：椭球窗参数等差异吗较大粗，不身包含趋表示秧地球响物理翁特性幕的参葛数。定向肠不明墙确，留椭球挡的短便半轴续既不天指向婚国际碧通用芦的CT膛P，也膛不指认向目雄前我膨国使倒用的JY拜D极。参考押椭球趁面与被我国倡大地甩水准诱面呈严西高种东低烛的系霉统性吓倾斜领，东祖部高欺程异焦常达60余米互，最眯大达67米。大地苹点坐洁标是弱经过炭局部扮分区洒平差浑得到友的，披区与谎区之昌间有脚较大房诚的隙钩距，柴全国窜的天悔文大丛地控距制点铲实际倾上不住能形违成一敞个整耀体。国家进大地傻坐标额系2.太1挤98剃0年西扔安坐冷标系(G毫DZ符80盲)大地氧原点恨位于逝陕西沿省泾凡阳县市永乐帖镇石美际寺爆村国家才大地籍坐标纸系2.炊1全98屋0年西恼安坐县标系(G类DZ教80泽)参心原坐标彩系。大地脉原点象：陕狐西省围泾阳名县永亡乐镇被。参考青椭球馋：19登75年IU歇GG推荐洞椭球牢，有4个几胀何和唐物理游参数拨：长轴息：63羞78伏14瓦0±绘5(抽m)；地心或引力胖常数GM地球陕重力夹场二鞋阶带薯谐系书数J2地球楼自转栏角速讲度w椭球周定位粉时按功我国伍范围玻内高丙程异衔常值肃平方姨和最韵小为戴原则特求解器参数纵。高程少基准吐：19喇56年青碰岛验计潮站域求出辈的黄虚海平融均海涨水面捐。平差溪方法臭：天澡文大饰地网吨整体灿平差紫。国家完大地斯坐标规系2.氏1必98碑0年西曾安坐泳标系(G笋DZ膜80仙)特点优：大地承原点婚地处意我国乞中部掘。椭球晓面同井近大拣地水武准面雁在我复国境规内最担为密药合。定向俘明确抵，短许轴平谅行于滩由地按球质贩心指脾向19辣68种.0地极殖原点(J蛮YD糊)的方谊向，暴起始狐大地膀子午奋面平渣行于层格林照尼治脂平均艳天文童台子塘午面牌。国家劣大地包坐标热系3.新19司54年北测京坐佣标系(B惯J5妨4新)由19糕80年国讨家大悦地坐粉标(G防DZ件80弯)转换达得来值，仍奶选用盖克拉历索夫块斯基液椭球冈为基烛准椭挎球，下并将考椭球粒中心吸平移扬，使周其坐桨标轴黄与19瓜80西安硬坐标栽系的案坐标骆轴平辩行。大地决原点躬：陕乐西省丛泾阳亏县永馅乐镇洒。参考问椭球着：克概拉索腥夫斯列基椭命球。多点牺定位孙，但滑椭球嗓面同违大地剑水准拢面在售我国握境内粒并不线最佳馋拟合阅。定向语明确车，与GD咏Z8搭0相同蜘。平差屋方法丢：天赴文大毒地网矿整体锐平差礼。高程研基准帐：19糠56年青玩岛验肃潮站仿求出索的黄杀海平越均海贪水面篮。地方隙坐标看系缘由萄：国营家坐碌标系卫的投鸽影变参形大谷，不驱方便妄使用参；目的泻：基都于限椒制变惯形、蒙方便蚊、实汽用和抹科学茎的目守的，雨常常渴会建席立适祥合本劝地区滥的地合方独谢立坐请标系传；构建煤：建根立地版方独谁立坐喘标系妇，实培际上纲就是撇通过里一些震参数芦来确雾定地男方参可考椭捧球与呀投影迷面。地方央坐标许系地方表参考距椭球碌一般偏选择秃与当非地平踩均高订程相叙对应展的参占考椭夜球，扁该椭筝球的乡丰中心唐、轴智向和家扁率卫与国喘家参忌考椭肠球相慎同，粮其椭况球半阁径a增大徐为：式中爬，爽为幻玉当地菌平均肢海拔恰高程缴，洲为该呜地区嫌平均哨高程专异常游。在地护方投性影面果的确诞定过经程中歪，应阵当选晌取过砌测区无中心弯的经料线为泪独立泥中央迟子午席线，劫并选娃取当前地平毯均高破程面颜为投挖影面涛。WG常S-世84坐标暂系目前GP李S所采柔用的食坐标夕系统狭，美旨国国厌防部滔研制完确定私的世影界大济地坐监标系(W喊GS榨)；几何隙定义柔：原锐点为胸地球壁质心料，Z轴指果向BI圣H坟19糠84清.0定义片的协貌议地品极(C睛TP仗)方向丘，X轴指轮向BI姜H1阿98耐4.压0定义对的零呼子午熟面和CT梦P赤道夹的交览点，Y轴与Z、X轴构隶成右疮手坐辆标系靠。WG洲S-蔬84坐标汤系参考芹椭球奴：WG仪S-惊84椭球窗，其接参数后采用IU含GG第17届大名会推轮荐值饿：计算GP经S卫星猎瞬间纪位置高斯—克吕盈格投峰影平知面直巷角坐裤标系为了蔽建立译各种粱比例欢尺地侦形图词的控需制及台工程图测量员控制养，一瞧般应博将椭浆球面苏上各点点的准大地顺坐标犹按照影一定拔的规妥律投稼影到萄平面尘上，成并以矿相应倡的平施面直随角坐铲标表寄示。目前扛各国冈常采齐用的喊是高箱斯投芦影和UT厕M投影献，这耍两种营投影艰具有怒下列但特点奴：椭球积面上制任意窝一个弊角度扶，投侨影到腥平面淘上都磁保持怕不变皱，中端央经保线长派度比社等于1，没脂有长绢度变盈形，魄其余库经线境长度歇比均巷大于1，长桑度变棒形为荣正。中央亿子午僵线投许影为歌纵轴斯，并咬且是邪投影抬点的刚对称雕轴，蜂中央犯子午朗线投啄影后清无变条形，脉但其悲它长附度均励产生丛变形躁，且鹅越离党中央遭子午绑线越仪远，妥变形常愈大锁。高斯-克吕辩格投弃影——等角吓横切饥椭圆调柱投羡影高斯—克吕饥格投据影平彼面直粱角坐乌标系为了霉保证乏地图刊的精汉度，惹采用耽分带壮投影暴方法出，即进将投话影范瞒围的促东西锈界加歉以限喇制，舱使其彼变形能不超旱过一歌定的蹈限度寒。6度带颤是从0度子葬午线虎起，购自西城向东隙每隔颈经差6为一苹投影渐带，仰全球金分为60带，姨各带珠的带默号用杰自然戚序数1，2，3，…6敲0表示际。即浙以东薄经0~惠6为第1带，朽其中软央经办线为3E，东曲经6~赤12为第2带，挠其中稀央经拐线为9E，其拍余类裕推。3度带讨，是嫂从东泰经1度30分的项经线租开始乱，每汁隔3度为城一带膜，全束球划凑分为12贫0个投环影带监。高斯咳平面粗直角捐坐标打系的悬坐标互轴与秤笛卡颈儿直逗角坐明标系凑坐标筛轴相历反，亮一般补将y值加唱上50诞0公里我，在y值前择冠以展带号借。带号严与中饥央子音午线胀经度键的关精系为同：不同喜坐标念系的拼转换在已酷有常订规测闯量成载果的炸区域辟进行GP妹S测量歪时，扭往往挖需要兽将由GP衣S测量锯获得感的成弓果纳达入到垒国家斥坐标拾系或馅地方窄独立除坐标吴系，咱以保煤证已族有测记绘成劲果的歪充分票利用幻玉。GP施S定位捐测量饥数据拿处理义中，秒需要秆考虑撇如何胜将GP轧S测量概成果兴由WG导S-焦84世界塑大地押坐标奇系转勇换至碎国家枯或地幼方独礼立坐辟标系俭。不同雄坐标窃系的旅转换平移旋转缩放平面林直角左坐标吃系之课间的愧转换重，例奋如：翠数字撤化仪范坐标刻与测路量坐无标系扑之间炊的转开换；三维捷空间幻玉直角狸坐标悉系之宪间的闻转换凤；直角渣坐标阅系之亏间的该转换陪：一种略是不院同投输影带吹之间码的转旺换，畅又称昌邻带形换算线，它棵是指迟一个英带的竖平面剪坐标遇换算号到相宫邻带汇的平质面坐坊标。另一肌种是盖不同猾平面党直角杠坐标差系之贯间的跪转换誓，如民屏幕盈坐标物系与失数字彩化仪舌坐标位系之齐间的膝转换赠。平面腰直角财坐标捎系之桌间的埋转换疯：1)平面馆直角妨坐标兆系之划间的电转换诊：假设百原始芝坐标决系为钟，孩转换狡后为,令P表示孟平面胆上一鸭个未衣被转穗换的酒点，P’表示霜经某室种变俊换后智的新沃点，冶则平凶面直僵角坐裙标系悼之间摔存在榴三种既变换侧分别兴是平氧移变芦换、修比例用变换掠和旋饱转变阁换。对于沈平移叨变换砌，假援定课表签示点P沿X方向别的平什移量奇，蒸为孔沿Y方向负的平点移量般。则矿有相以应的搜矩阵旧形式略为。对于砖比例植变换差，钩是给网定点P相对两于坐果标原描点沿X方向姥的比护例系雨数,是沿Y方向臣的比县例系奶数，别经变涛换后挣则有驰矩阵词。对于随旋转山变换怎，先简讨论姨绕原割点的怎旋转选，若光点P相对好于原网点逆酸时针竹旋转涨角度勾，则腾从数持学上犁很容沸易得汁到变来换后糊的坐爷标为矩阵鹊可以膏表示耗为：这里君的旋购转角脂通常继称为疾欧勒据角。牺称堂为旋养转矩张阵。在GI蔽S中，材经常仆会遇让到同典时具棚有以传上三鞠种变培换的艳平面拿直角琴坐标肝系的梢坐标冷换算傅，例誓如高脾斯坐刘标系算与数苗字化侦仪坐闷标系俘之间决的转落换。陪设借为嘴数字物化仪眠坐标彻系下具的坐苦标，雕为高报斯坐挠标系妻下的挥坐标笨。则架可有版如下眉变换摇：共有岸五个极参数腥，也内即五骡个未崇知数吸，所梢以至您少需援要三合个互嘴相重斗合的魄已知斗坐标闻的公持共点汇。2)空间态直角芽坐标漏系之糕间的侵转换厘：空间鬼直角辩坐标牛系之扎间的验转换铅，类瞧似于泰平面支直角卫坐标普系之失间的娃转换及。假版设原烛始坐姥标系班为房诚，转级换后西为,其中平移油变换的矩锻阵形族式为比例钥变换的矩价阵形桌式为对于旋转锣变换，设戒原始赚坐标唐系通胡过三达次旋欲转转盐换到蕉新坐听标系贯，分幕别是劣：（1）绕沫轴红旋转头角启度，色旋转肉至（2）绕已轴盆旋转锦角仔度，乡丰旋转端至（3）绕借轴势旋转脱角僻度，萝旋转倍至则蹈为衔空间侵直角需坐标葱系坐朋标变主换的绝三个俘旋转隔角，摸也称型为欧姜勒角将，与构它们对相对浇应的缩慧矩阵悄分别熔为：令则有可得一般派地，均为捎小角年度，则又羡有由此不又得R0通常犹称为拘旋转庄矩阵辫。两个蝇空间动直角淘坐标倡系的袭关系在测切量中挣，经秘常会慎遇到佳既有夺旋转惑又有剪平移艺的两末个空衔间直途角坐饭标系奥的坐榴标换捏算，赢这里桃存在搏着三速个平稀移参阔数和暮三个荷旋转个参数帖，再躲顾及袍到两革个坐陶标系末之间我尺度开的不编尽一梨致，色从而四还有艰一个壳尺度露变化避参数架，共牢计有7个参位数，演相应枯的坐功标转煌换公短式即悦为：式中抽，残为三讨个平捞移参准数，堆为旋眼转参覆数，m为尺咐度变婆化参薯数。上式缝即为普测量混中2个不证同空陈间直孤角坐拌标系踩之间夫的转翻换模植型，将在实方际中咐，为搜了求凝得这7个转宝换参跑数，钉在两催个坐溉标系箱之间万需要押至少美有3个已输知坐羊标的婆重合斜的公月共点债，列9个方浸程。习题迅：确挪定矢矿量(1显,1售,1银)在原莲坐标迷系绕驳坐标垦轴z轴旋叫转45度、耽绕坐寻标轴y轴旋兼转-4救5度后丛，在轰新坐飘标系蓬下的赞表示泥。GP激S时间并系统时间掠系统弄在GP稻S定位出中的薄意义描述GP劲S三部博分及道其相酿互关寄系的敞基准:意义1：对绞于卫衔星——时间冰与位惰置关旋系意义2：距栋离测贺定——通过喜时间绩间接务获得走，误替差意义3：天调球坐际标和摔地球张坐标牧之间书描述俘的要玻求误差唐要求时间夹概念时刻怜：历叫元时间演间隔剥：始拾末时勤刻之艺差时间璃系统两个装基准松：尺度云：时狸间的荣单位勇，关腐键尺度控基准具：周更期运焰动，谜满足粒以下古要求馆：连类续性箱、周泰期稳厦定性减、可双观测蜂性和停复现绘性；原点落：起醋始历呆元不同炸的周蛋期运估动现嘉象不续同的克时间怕系统时间翁系统世界敌时系文统原子绝时系乓统力学猛时系赏统协调营世界鼓时GP骗S时间饰系统不同步时间乱系统范的关门系世界负时系何统恒星讨时(s愤id套er君da垂l妖ti砍me，ST姥)平太纲阳时(m嘉ea对n狗so稠la蛙r畅ti视me，MT细)世界件时(u余ni杠ve鼻rs饭al穷t脚im屠e，UT笑)恒星咽时(s殃id安er笨da丙l摸ti廊me，ST趋)以春多分点今为参骄考点竞，由祖它的劝周日药视运疾动所骑确定乓的时搭间。春分酱点：空边间坐拣标系叼中的彩一点课，是已黄道(地球喘绕太文阳公锈转的谅轨道)与赤该道的粗交点(交点薪有两交个，饼春分止点/秋分处点)。恒星屯日：眠春分医点连孔续两挤次经袭过本地具子午涝圈的时坛间间贼隔。一个孟恒星术日=2呜4个恒团星小葡时=1繁44帝0个恒严星分=8尾64却00个恒葵星秒伐。时间萝尺度扶：恒星姑时=春分怨点相锤对于皇本地粪子午述圈的评时角原点：春课分点课经过路本地逝子午烂圈时地方河性真北帜天极—真春惩分—自(真)恒星兵时平北爷天极—平春味分—平恒荡星时平太清阳时(m症ea仗n膨so已la廉r础ti箩me，MT存)地球省公转太档阳的带视运申动速班度不童均匀假设把：平太洁阳，以担真太处阳周炕年运宇动的匪平均逼速度唐在天篮球赤婚道上填作周报年视璃运动喇，其吨周期爪与真束太阳日一致姨。以平召太阳减作为抗参考钥点，玩由它饿的周坦日视确运动语所确婚定的应时间材。平太脱阳日熊：平际太阳曲连续娇两次碰经过挨本地毕子午免圈的西时间胖间隔哭为一脂个平泊太阳饱日，植一甘个平至太阳草日=2训4个平脆太阳滥小时漏。时间毕尺度：平匆太阳帝时=平太艰阳相青对于据本地斗子午刑圈的有时角赢。原点：平泉太阳升通过带本地型子午银圈时地方锋平太紧阳时桨。世界遮时(u挂ni颂ve腔rs咳al仁t盾im雾e,烈U拆T)以平笔子午棉夜为吩零时显起算尊的格机林尼授治平份太阳山时。UT普=甲G捆AM架T+床12中(h种)GA驻MT：平级太阳绒相对晃格林流尼治搏子午田圈的贯时角世界尾时与嘉平太等阳时敢：尺师度相令同，恳起算玻点不督同极移地症球自屿转速张度不添均匀仆：在拦世界启时(U朵T0来)中引伯入极壮移改扁正粮和投自转免速度材的季景节性库改正三种唇时间探均以厌地球盆自转期为基稳准区别傅：空爹间参薯考点亩不同世界互时系泥统应用燃：天刺文学辛、大淋地天裁文学GP舰S应用图：天销球坐税标系/地球跃坐标债系转衬换原子澡时(A书T)系统时间淋准确伪度和超稳定泡度的关要求解决宫办法印：原敏子运