GPS原理以及应用2..docx

GPS原理以及应用2. GPS原理以及应用2. PAGE PAGE21 GPS原理以及应用2. PAGE GPS 原 理 与 应 用 — 时 间 和 空 间 基 准 重点内容： 1）WGS-84、CGCS2000、地域性坐标系； 2）空间基准分类(地(空)固、全球与地域、参(地)心) 3）时间基准的分类； 难点内容： 1）时空基准的重要性； 2）天球及其坐标系； 3）时空基准空间变换； 4）天文学和卫星大地测量学术语； 1.时空基准的重要性 坐标系统与时间系统是描绘卫星运动，办理观察数据和表达观察站地址的数学与物理基础。 认识GPS卫星定位中常用的坐标系统和时间系统，熟悉它们各自之间的变换关系，对GPS用户来说，是极为重要的。 2.天卫星测量术语 1）天球是指以地球质心M为中心，半径r为任意长度的一个假想的球体。元素如天轴、天极、天球赤道面等对照地球。 2）黄道—地球公转的轨道与天球订交的大圆，即当地球绕太阳公转时，地球上的观察者所见到的太阳在天球上运动的轨迹。 （3）白道—月球绕地球公转的轨道平面与天球订交的大圆。黄赤交角约为 °。白 道与黄道交角均值约为 5°9′。 （4）春分点—当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时， 黄道与天球赤道的交点， 另一个点称为秋分点。 （在天文学和卫星大地测量学中， 春分点和天球赤道面，是建立参照 系的重要基准点和基准面。 ） 5）白道与黄道订交于两点，月球沿白道从黄道以南运动到黄道以北经过的那个交点称为升交点，与此相对的另一交点称为降交点。 6）岁差：在天文学中是指一个天体的自传轴指向由于重力作用以致在空间中缓慢且连续的变化。 （7）章动：月球绕地球旋转的轨道称为白道，由于白道对于黄道约5度倾斜，这使得月球产生的转矩的大小和方向不断变化，月球围绕地球公转以致地球在公转轨道上左右摇摆现象，年在轨道上一个周期，振幅为秒。 3.坐标系统的分类（坐标系统的定义包括原点地址、坐标轴的指向和尺度三个要素。） （1）地固空固坐标系 空间固定的坐标系统（空固系），这类坐标系统与地球自转没关，对于描绘卫星的运行地址和状态极其方便。 与地球体相固联的坐标系统（地固系），其与地球自转一致，对于表达地面观察站的地址和办理GPS观察成就特别方便。 （2）全球与地域坐标系 相对关系；通用横墨卡托格网系统（ UTM）。 （3）参心与地心坐标系 在经典大地测量中，为了办理观察成就和传算地面控制网的坐标，需采用一参照椭球作为基本参照面，选一参照点作为大地测量的起算点（大地原点），利用大地原点的天文观察量来确定参照椭球在地球内部的地址和方向。 在我国的好多城市、大型工程项目中,为了合用、方便和科学的目的,将地方独立测量控制 网建立在当地的平均海拔高程面上,并以当地子午线作为中央子午线进行高斯投影求得平 面坐标。这些地方独立坐标系隐含着一个与当地平均海拔高程相对应的参照椭球,我们称之为地方是相球。地方相球与国家描球的关系：中心一致、轴向一致、扁率相等、长半径有一增量。 *仅就从地形图测绘来说的大地水平面达到最正确密合  ,地心直角坐标系其实不十分需要 ,由于参照椭球面已经和测区范围 ,按参心坐标系测绘地形图仍是方便的。但是 ,就整个地球空间而 言,参心坐标系就表现出不足,主若是以下3点: 不适合建立全球一致坐标系的要求; 不便于研究全球重力场; 水平控制网和高程控制网分高,破坏了空间点三维坐标的完满性。 大地坐标系的几何定义是 :原点位于地球质心,Z轴指向定义的协议地 球极(CTP)方向,X轴指向 的零子午面和CTP赤道的交点,Y轴与Z轴，X轴组成 右手坐标系。 CGCS2000 是（中国）2000国家大地坐标系的缩写， 该坐标系是经过中国 GPS 空间大地控制网以及天文大地网与空间地网联合平差建立的地心大地坐标系统。 国家大地坐标系以 ITRF97参照框架为基准 ,参照框架历元为 。  连续运行基准站、 2000（中国） 4.时间基准的分类 （1）时间系统的重要性 GPS卫星作为高空观察目标，地址不断变化，在给出卫星运行地址同时，必定给出相应的瞬不时辰。 正确地测定观察站至卫星的距离，必定精美地测定信号的流传时间。 由于地球的自转现象，在天球坐标系中，地球上点的地址是不断变化的 2）时辰与时间间隔 时辰是指发生某一现象的瞬时。在天文学和卫星定位中，与所获得数据对应的时辰也称历元。时辰测量相应称为绝对时间测量。 时间间隔是指发生某一现象所经历的过程，是这一过程始末的时间之差。时间间隔测量称为相对时间测量。 测量时间必定建立一个测量的基准，即时间的单位（尺度）和原点（初步历元）。 其中时间的尺度是重点，而原点可依照实质应用选定。 （3）时辰基准 吻合以下要求的任何一个可观察的周期运动现象，都可用作确准时间的基准： 运动是连