第二章GPS定位的坐标系统及时间系统要点解析.pdf

第2章GPS定位的坐标系统及时间系统 坐标系统和时间系统是描述卫星运动、处 理观测数据和表达观测站位臵的数学与物 理基础。 §2.0 坐标系统的类型 在GPS 定位中，通常采用两类坐标系统： 一类是在空间固定的坐标系，该坐标系与地球自转无 关，对描述卫星的运行位臵和状态极其方便。——天 球坐标系 另一类是与地球体相固联的坐标系统，该系统对表达 地面观测站的位臵和处理GPS观测数据尤为方便。— —地球坐标系 坐标系统是由坐标原点位臵、坐标轴指向和尺度所定 义的。在GPS 定位中，坐标系原点一般取地球质心， 而坐标轴的指向具有一定的选择性，为了使用上的 方便，国际上都通过协议来确定某些全球性坐标系 统的坐标轴指向，这种共同确认的坐标系称为协议 坐标系。 §2.1协议天球坐标系 1.天球的基本概念 天球：指以地球质心为中心，半径r为任意长度的一个假 想球体。为建立球面坐标系统，必须确定球面上的一些 参考点、线、面和圈。 天轴与天极：地球自转轴的延伸直线为天轴，天轴与天 球的交点P (北天极)P ( 南天极)称为天极。 n s 天球赤道面与天球赤道：通过地球质心与天轴垂直的平 面为天球赤道面，该面与天球相交的大圆为天球赤道。 天球子午面与天球子午圈：包含天轴并经过地球上任一 点的平面为天球子午面，该面与天球相交的大圆为天球 子午圈。 时圈：通过天轴的平面与天球相交的半个大圆。 黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆，即当地球 绕太阳公转时，地球上的观测者所见到的太阳在天球 上的运动轨迹。黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角， 0 约23.5 。 黄极；通过天球中心，垂直于黄道面的直线与天球的交 点。靠近北天极的交点 称北黄极，靠近南天极的交 n 点 称南黄极。 s 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。 在天文学和卫星大地测量学中，春分点和天球赤道面是 建立参考系的重要基准点和基准面。 天球的概念 2.天球坐标系 在天球坐标系中，任一天体的位臵可用天球空间 直角坐标系和天球球面坐标系来描述。 天球空间直角坐标系的定义：原点位于地球的质 心，z轴指向天球的北极P ，x轴指向春分点， n y轴与x 、z轴构成右手坐标系。 天球球面坐标系的定义：原点位于地球的质心， 赤经为含天轴和春分点的天球子午面与经过 天体s 的天球子午面之间的交角，赤纬为原点 至天体的连线与天球赤道面的夹角，向径r为原 点至天体的距离。 天球空间直角坐标系与天球球面坐标系 天球空间直角坐标系与天球球面坐标系在表达同一 天体的位臵时是等价的，二者可相互转换。 x cos cos         y r cos sin         z sin    