第2章 坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)

1、第二章 坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng) 坐標(biāo)系統(tǒng) 天球坐標(biāo)系空固系 與地球自轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)，用于描述衛(wèi)星的運(yùn)行位置和狀態(tài)。 地球坐標(biāo)系地固系 隨同地球自轉(zhuǎn)，點(diǎn)位坐標(biāo)不會(huì)隨地球自轉(zhuǎn)而變化； 用于表達(dá)地面觀測(cè)站的位置和處理GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)。 軌道坐標(biāo)系統(tǒng) 用于研究衛(wèi)星在其運(yùn)行軌道上的運(yùn)動(dòng) 第二章 坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng) 時(shí)間系統(tǒng) 恒星時(shí)ST（Sidereal Time） 平太陽(yáng)時(shí)MT（Mean Solar Time） 世界時(shí)UT（Universal Time） 原子時(shí)AT（Atomic Time） 諧調(diào)世界時(shí)UTC（Coordinated Universal Time） GPSGPS時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng) GPST 第二章 坐標(biāo)

2、系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng) 本章主要內(nèi)容 2.1 天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系 2.2 WGS84坐標(biāo)系和我國(guó)大地坐標(biāo)系 2.3 坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換 2.4 時(shí)間系統(tǒng) 復(fù)習(xí)思考題 重點(diǎn) 難點(diǎn) 2.1 天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系 本節(jié)主要內(nèi)容： 一、天球坐標(biāo)系 二、地球坐標(biāo)系 三、天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系之間的坐 標(biāo)轉(zhuǎn)換 四、站心地平坐標(biāo)系 五、坐標(biāo)系的兩種定義方式 關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式 重點(diǎn) 難點(diǎn) 關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式 1 1 空間直角坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系 位置矢量在3個(gè)坐標(biāo)軸上的投影（X,Y,ZX,Y,Z） 定義 坐標(biāo)原點(diǎn)的位置 3個(gè)坐標(biāo)軸的指向 長(zhǎng)度單位 優(yōu)點(diǎn) 便于進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 關(guān)

3、于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式 2 2 球面坐標(biāo)系球面坐標(biāo)系 常用于天球坐標(biāo)系 第一參數(shù)：r 第二參數(shù)： 或赤緯赤緯= 900 第三參數(shù)：赤經(jīng) 球面坐標(biāo)和空間直角坐標(biāo) 之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 圖21 關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式 3 3 大地坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系 常用于地球坐標(biāo)系 大地坐標(biāo) 大地經(jīng)度L 大地緯度B 大地高H 大地坐標(biāo)與空間直 角坐標(biāo)之間的坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換 圖22 “球面坐標(biāo)和空間直角坐標(biāo)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換” sin cossin coscos r z y x )/arctan( )/arctan( 22 222 yxz xy zyxr (21) (22) 一、天球坐標(biāo)系 （一）（一）基本概念基本概念 （二）（二

4、）天球坐標(biāo)系的定義天球坐標(biāo)系的定義 （三）歲差和章動(dòng)（了解） （四）瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和協(xié)議天球坐標(biāo)系 （了解） （一）基本概念 天球 天軸與天極 天球赤道 （面） 天球子午面 （圈） 黃道 黃赤交角 黃極 春分點(diǎn) 當(dāng)太陽(yáng)在黃道上，從天球南半球向北半球 運(yùn)行時(shí)，黃道與天球赤道的交點(diǎn) 地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓。 即當(dāng)?shù)厍蚶@太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)，地球上的觀測(cè)者 所見到的，太陽(yáng)在天球上運(yùn)動(dòng)的軌跡 是指以地球質(zhì)心M為中心，半徑r為任意長(zhǎng)度 的一個(gè)假象的球體 地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線為天軸；天軸與天球 的交點(diǎn)Pn和Ps稱為天極 通過地球質(zhì)心M與天軸垂直的平面 包含天軸并通過地球上任一點(diǎn)的平面 黃道面與赤道面的夾

5、角 通過天球中心，且垂直于黃道面的直線與 天球的交點(diǎn) （二）天球坐標(biāo)系的定義 天球空間直角坐標(biāo)系天球空間直角坐標(biāo)系 天球球面坐標(biāo)系天球球面坐標(biāo)系 天球空間直角坐標(biāo)系和天球球面坐標(biāo) 系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 公式（21）（22） 假設(shè)地球?yàn)榫|(zhì)的球體，且沒有其它天體攝動(dòng)力天體攝動(dòng)力 的影響；即假定地球的自轉(zhuǎn)軸，在空間的方向是 固定的，春分點(diǎn)春分點(diǎn)在天球上的位置保持不變。 1. 天球空間直角坐標(biāo)系 p系統(tǒng)定義 坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心地球質(zhì)心 M Z軸指向天球北極天球北極 x軸指向春分點(diǎn)春分點(diǎn) y軸垂直于xMz平面，與 x軸和z軸構(gòu)成右手坐標(biāo) 系統(tǒng)X Y Z p 點(diǎn)的坐標(biāo)表示 （X，Y，Z） 2. 天球球面坐

6、標(biāo)系 p系統(tǒng)定義 坐標(biāo)原點(diǎn)位于地 球質(zhì)心 向徑長(zhǎng)度r 赤經(jīng) 赤緯 p點(diǎn)的坐標(biāo)表示 （r，） （三）歲差和章動(dòng) p實(shí)際上地球自轉(zhuǎn)軸在空間的方向是變化 的，由此導(dǎo)致： 北天極北天極在天球上繞北黃極北黃極依順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn) 春分點(diǎn)春分點(diǎn)在黃道黃道上產(chǎn)生緩慢的西移 p北天極在天球上的這種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，通常 分解為兩種規(guī)律的運(yùn)動(dòng)： 歲差 章動(dòng) p歲差和章動(dòng)的影響 歲差 假設(shè)月球的引力及其運(yùn) 行軌道是固定不變的， 同時(shí)忽略其它天體引力 的微小影響。則在日月 引力的影響下，使北天 極繞北黃極以順時(shí)針的 方向緩慢地旋轉(zhuǎn)，在天 球上北天極的運(yùn)動(dòng)軌跡， 近似地構(gòu)成一個(gè)以北黃 極為中心，以黃赤交角黃赤交角 為半徑的小圓，

7、這種現(xiàn) 象稱為歲差歲差。 歲差 瞬時(shí)平北天極（簡(jiǎn)稱平北天極）瞬時(shí)平北天極（簡(jiǎn)稱平北天極） 按照歲差的變化歲差的變化規(guī)律規(guī)律在天球上運(yùn)動(dòng)的北天極 瞬時(shí)天球平赤道和瞬時(shí)平春分點(diǎn)瞬時(shí)天球平赤道和瞬時(shí)平春分點(diǎn) 與平北天極平北天極相應(yīng)的天球赤道和春分點(diǎn) 瞬時(shí)北天極（或真北天極）瞬時(shí)北天極（或真北天極） 觀測(cè)時(shí)的北天極 瞬時(shí)天球赤道和瞬時(shí)春分點(diǎn)（或稱真天球瞬時(shí)天球赤道和瞬時(shí)春分點(diǎn)（或稱真天球 赤道和真春分點(diǎn)）赤道和真春分點(diǎn)） 與瞬時(shí)北天極瞬時(shí)北天極相應(yīng)的天球赤道和春分點(diǎn) 章動(dòng) 在日月引力等因素 的影響下，瞬時(shí)北瞬時(shí)北 天極天極繞瞬時(shí)平北天瞬時(shí)平北天 極極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，大致 成橢圓形軌跡橢圓形軌跡，其 長(zhǎng)半徑約

8、為9.2秒， 周期約為18.6年。 這種現(xiàn)象稱為章動(dòng)章動(dòng) 歲差和章動(dòng)的影響 實(shí)際上，在歲差和章 動(dòng)的共同影響下， 瞬時(shí)北天極瞬時(shí)北天極繞北黃北黃 極極旋轉(zhuǎn)的軌跡：順 時(shí)針、波浪式地旋轉(zhuǎn)。 （四）瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和 協(xié)議天球坐標(biāo)系 1、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系（真天球坐標(biāo)系 ） 2、協(xié)議天球坐標(biāo)系 3、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和協(xié)議天球坐標(biāo)系 的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 1、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系（真天球坐標(biāo)系 ） p 原點(diǎn)位于地球質(zhì)心 p z軸指向瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸（瞬時(shí)北天極瞬時(shí)北天極） p x軸指向瞬時(shí)春分點(diǎn)瞬時(shí)春分點(diǎn) p y軸按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向 “以瞬時(shí)北天極瞬時(shí)北天極和瞬時(shí)春分點(diǎn)瞬時(shí)春分點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)建立的 天球坐標(biāo)系” 在歲差

9、和章動(dòng)的影響下，瞬時(shí)天球坐標(biāo)系的坐標(biāo) 軸指向，在不斷地變化，為非慣性坐標(biāo)系統(tǒng)非慣性坐標(biāo)系統(tǒng)。 2、協(xié)議天球坐標(biāo)系 p歷元平天球坐標(biāo)系：歷元平天球坐標(biāo)系： 選擇某一歷元時(shí)刻t，以此瞬間的地球自轉(zhuǎn)軸 和春分點(diǎn)方向分別扣除此瞬間的章動(dòng)值章動(dòng)值作為z 軸和x軸的指向，y軸按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向， 坐標(biāo)系原點(diǎn)仍取地球質(zhì)心。 p協(xié)議天球坐標(biāo)系：協(xié)議天球坐標(biāo)系：以標(biāo)準(zhǔn)歷元t0（J2000.0）所 定義的平天球坐標(biāo)系。 3、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和 協(xié)議天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 p可通過歲差和章動(dòng)旋轉(zhuǎn)變換來(lái)實(shí)現(xiàn) p參考教材P15公式(211)、（212） 二、地球坐標(biāo)系 （一）定義 地心空間直角坐標(biāo)系 地心大地坐標(biāo)系 地

10、心空間直角坐標(biāo)系和地心大地坐標(biāo) 系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 （二）地極移動(dòng)（了解） （三）瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系和協(xié)議地球坐標(biāo)系 （了解） 1. 地心空間直角坐標(biāo)系 p 坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心 p Z軸 p X軸 p Y軸 2. 地心大地坐標(biāo)系 p大地經(jīng)度L p大地緯度B p大地高H （二）地極移動(dòng) 1 1、概念、概念 地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)地球體的位置是變化的，從 而地極點(diǎn)在地球表面上的位置，也是隨時(shí)間 而變化的。 2 2、瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸、瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸 “觀測(cè)瞬間地球自轉(zhuǎn)軸的位置” 3 3、瞬時(shí)極、瞬時(shí)極 “和瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)應(yīng)的極點(diǎn)” （三）瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系 和協(xié)議地球坐標(biāo)系 1、瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系 2

11、、協(xié)議地球坐標(biāo)系 3、協(xié)議地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系 的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 1、瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系 p 原點(diǎn)位于地球質(zhì)心 p z軸指向瞬時(shí)瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸方向 p x軸指向瞬時(shí)瞬時(shí)赤道面和包含瞬時(shí)瞬時(shí)地球自 轉(zhuǎn)軸與平均天文臺(tái)赤道參考點(diǎn)的子午 面之交點(diǎn) p y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向 由于極移的影響，瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系是隨時(shí) 間而變化的，不便于描述地球上點(diǎn)的位置。 2、協(xié)議地球坐標(biāo)系 p國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)CIOCIO （Conventional International Origin） 以1900.001905.00年地球自轉(zhuǎn)軸瞬時(shí)位置 的平均位置作為地球的固定極，稱為CIO。 p協(xié)議地極協(xié)議地極CTPC

12、TP (Conventional Terrestrial Pole) p協(xié)議赤道面（或平赤道面）協(xié)議赤道面（或平赤道面） 2、協(xié)議地球坐標(biāo)系 p 定義定義CTSCTS(Conventional Terrestrial System) 原點(diǎn)位于地球質(zhì)心 z軸指向CIOCIO x軸指向協(xié)議地球赤道面協(xié)議地球赤道面和包含CIO與 平均天文臺(tái)赤道參考點(diǎn)的子午面之交 點(diǎn) y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向。 3、協(xié)議地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系 的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 二者存在旋轉(zhuǎn)關(guān)系： et pxpy em z y x yRxR z y x （213） 為瞬時(shí)地極相對(duì)于CIO的坐標(biāo)。 ),( pp yx 三、天球坐標(biāo)系與地球

13、坐標(biāo)系 之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 （一）瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系與瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系與瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系 的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 如圖：二者只是x軸的指向不同 ct Gz et z y x R z y x )( （210） t時(shí)刻的瞬 時(shí)極地球 坐標(biāo)系 t時(shí)刻的瞬時(shí) 極天球坐標(biāo) 系 對(duì)應(yīng)格林尼治平子 午面的真春分點(diǎn)時(shí) 角 三、天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系 之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 協(xié)議天球坐標(biāo)系 瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系 瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系 協(xié)議地球坐標(biāo)系 （211） （212） （210） （213） （二）協(xié)議天球坐標(biāo)系與協(xié)議地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)（二）協(xié)議天球坐標(biāo)系與協(xié)議地球坐標(biāo)系的坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 瞬時(shí)天球坐標(biāo)系與瞬時(shí)地球坐標(biāo)

14、系的關(guān)系圖 四、站心地平坐標(biāo)系 （一）定義（一）定義 1 1、站心（左手）地平直角坐標(biāo)系站心（左手）地平直角坐標(biāo)系P P1 1-xyz-xyz 2 2、站心地平極坐標(biāo)系站心地平極坐標(biāo)系P1P1rAhrAh （二）（二）站心地平極坐標(biāo)系與站心地平直角坐站心地平極坐標(biāo)系與站心地平直角坐 標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換 （三）（三）站心（左手）地平直角坐標(biāo)系與地心站心（左手）地平直角坐標(biāo)系與地心 空間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換空間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換 重點(diǎn) 1、站心（左手）地平直角坐標(biāo)系P1-xyz p測(cè)站P1為原點(diǎn) pP1點(diǎn)的法線為z軸 （指向天頂為正） p子午線方向?yàn)閤軸 （向北為正） py軸與x、z軸

15、垂直 （向東為正），構(gòu)成 左手坐標(biāo)系 2、站心地平極坐標(biāo)系P1rAh 類似于球面坐標(biāo)系 p以測(cè)站P1為原點(diǎn) p衛(wèi)星s至P1的距離距離r r p衛(wèi)星的方位角方位角A A p衛(wèi)星的高度角高度角h h （二）站心地平極坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo) 系之間的轉(zhuǎn)換 sinh coshsin coshcos rz Ary Arx (2-8) )arctan( )arctan( 22 222 yx z h x y A zyxr (2-9) （三）站心（左手）地平直角坐標(biāo)系與地心空 間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換 站心地平直角坐標(biāo)系站心地平直角坐標(biāo)系 站心赤道直角坐標(biāo)系站心赤道直角坐標(biāo)系 地心空間直角坐標(biāo)系地心空間直角坐

16、標(biāo)系 旋轉(zhuǎn)變換 （26） 平移變換 （25） （三）站心（左手）地平直角坐標(biāo)系與地心空 間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換 BHeN LBH LBH z y x BB LBLLB LBLL Z Y X sin)1 ( sincos)N( coscos)N( sin0cos sincoscossinsin coscossincossinB 2 地平地心 旋轉(zhuǎn)矩陣 平移矩陣 （27） 旋轉(zhuǎn)變換 地平 地平 站赤 z y x BB LBLLB LBLL z y x PBRLR Z Y X yyz sin0cos sincoscossinsin coscossincossinB 90180 旋轉(zhuǎn)矩陣 （26） 平

17、移變換 站赤 站赤 地心地心 Z Y X BHeN LBH LBH Z Y X Z Y X Z Y X P P P sin)1 ( sincos)N( coscos)N( 2 1 1 1 （平移矩陣） P1地心坐標(biāo) （25） 五、坐標(biāo)系的兩種定義方式 理論定義理論定義 先選定一個(gè)尺度單位（一般采用標(biāo)準(zhǔn)米），然 后定義坐標(biāo)原點(diǎn)的位置和坐標(biāo)軸的指向。 協(xié)定坐標(biāo)系協(xié)定坐標(biāo)系 在實(shí)際應(yīng)用中，由一系列已知測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)值 所定義的坐標(biāo)系稱為協(xié)定坐標(biāo)系。 例如：GPS衛(wèi)星的坐標(biāo)就是屬于GPS跟蹤站及其 坐標(biāo)值所定義的協(xié)定坐標(biāo)系。 2.2 WGS84坐標(biāo)系和我國(guó)大地坐標(biāo)系 一、WGS-84世界大地坐標(biāo)系 二、

18、國(guó)家大地坐標(biāo)系（參心坐標(biāo)系） 1、1954年北京坐標(biāo)系 2、1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系 三、ITRF參考框架簡(jiǎn)介 一、WGS-84世界大地坐標(biāo)系 p 幾何定義幾何定義 坐標(biāo)原點(diǎn) Z軸 X軸 Y軸 p WGS-84橢球 采用國(guó)際大地測(cè)量和地 球物理聯(lián)合會(huì)（IUGG） 第17屆大會(huì)大地測(cè)量常 數(shù)的推薦值 （World Geodical System-84） 一、 WGS-84世界大地坐標(biāo)系 p協(xié)議地球坐標(biāo)系CTS p地心地固系ECEF（Earth Centered Earth Fixed） p由分布于全球的一系列GPS跟蹤站的坐標(biāo)來(lái)具體 體現(xiàn)的。 WGS-84（G730） WGS-84（G873）

19、WGS-84WGS-84（G1150G1150）：）：與ITRF2000的站坐標(biāo)之差約 為1cm 三、ITRF參考框架簡(jiǎn)介 pITRFITRF（I International T Terrestrial R Reference F Frame）是由國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)IERS （International Earth Rotation Service）提 供的國(guó)際地球參考框架，由空間大地測(cè)量由空間大地測(cè)量 觀測(cè)站的坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)速度來(lái)定義的觀測(cè)站的坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)速度來(lái)定義的。 pITRF框架實(shí)質(zhì)上也是一種地心地固坐標(biāo)系地心地固坐標(biāo)系 ECEFECEF（Earth Centered Earth Fixed）

20、， 其原點(diǎn)在地球體系（含海洋和大氣圈）的 質(zhì)心，以WGS-84橢球?yàn)閰⒖紮E球。 2.3 坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換 p參心大地坐標(biāo)系與地心大地坐標(biāo)系之間 的轉(zhuǎn)換 重點(diǎn)解決：重點(diǎn)解決：WGS84WGS84地心坐標(biāo)與國(guó)家參心坐標(biāo)地心坐標(biāo)與國(guó)家參心坐標(biāo) p不同參心大地坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換 p大地坐標(biāo)與高斯平面坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換 WGS84地心坐標(biāo)與國(guó)家參心坐標(biāo) （空間直角坐標(biāo)）系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換 p 7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù) （3平移參數(shù)3旋轉(zhuǎn)參數(shù)1尺度變化參數(shù)） p 轉(zhuǎn)換參數(shù)一般是利用公共點(diǎn)的兩套坐標(biāo)值公共點(diǎn)的兩套坐標(biāo)值通 過一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算。 p 當(dāng)重合點(diǎn)數(shù)為三個(gè)以上時(shí)，通?？梢圆捎貌疾?爾薩模型爾薩模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換： 方

21、法一 方法二 （一）方法一 設(shè) 和 分別為地面網(wǎng)點(diǎn)的參心坐標(biāo)參心坐標(biāo)列向量和 GPS網(wǎng)點(diǎn)的地心坐標(biāo)地心坐標(biāo)列向量。 由布爾薩模型可知： Di X Gi X GixyzDi XRRRkXX)()()()1 (（220） 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的7 7參數(shù)參數(shù)為： T zyxX),( T zyx kzyxR),( 尺度變化參數(shù) 平移 參數(shù) 旋轉(zhuǎn)參數(shù)矩陣 （一）方法一 當(dāng) 為微小量時(shí)，忽略其間的互乘項(xiàng)， 且 簡(jiǎn)化模型為： Gi Gi Gi xy xz yz Gi Gi Gi Di Di Di z y x z y x k z y x z y x 0 0 0 )1 ( (221) 0100 0010 000

22、1 GiGiGi GiGiGi GiGiGi i xyz xzy yzx C 令 式（221）用向量表示為： RCXX iGiDi （222） sin, 1cos zyx 、k （一）方法一 根據(jù)模型（222），利用重合點(diǎn)的兩套坐標(biāo) 值，可平差計(jì)算出轉(zhuǎn)換參數(shù)： )()( 1 GiDi TT XXCCCCR 求得轉(zhuǎn)換參數(shù)R后，再利用模型（222）進(jìn)行 各點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。 注意：若忽略一些轉(zhuǎn)換參數(shù)，則還有注意：若忽略一些轉(zhuǎn)換參數(shù)，則還有3 3參數(shù)法、參數(shù)法、 4 4參數(shù)法等。參數(shù)法等。 （二）方法二 【利用基線向量求轉(zhuǎn)換參數(shù)】【利用基線向量求轉(zhuǎn)換參數(shù)】 選定一個(gè)公共點(diǎn)公共點(diǎn)D0為基準(zhǔn)點(diǎn)基準(zhǔn)點(diǎn)，然后求

23、解其它各 公共點(diǎn)Di相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)基準(zhǔn)點(diǎn)的基線向量（坐標(biāo)差）基線向量（坐標(biāo)差） )()()()1 ()( 00GGixyzDDi XXRRRkXX （224） 00 )()()()1 ( GxyzD XRRRkXX （223） GixyzDi XRRRkXX)()()()1 (（220） 同理可求出4參數(shù)。 2.4 時(shí)間系統(tǒng) 一、時(shí)間系統(tǒng)的定義 要素：（1）原點(diǎn)（2）時(shí)間尺度（時(shí)間單位） 二、周期運(yùn)動(dòng)的選用與時(shí)間系統(tǒng)的發(fā)展 三、常用的時(shí)間系統(tǒng) 二、周期運(yùn)動(dòng)的選用與時(shí)間系統(tǒng)的發(fā)展 地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基準(zhǔn)的世界時(shí)系統(tǒng)世界時(shí)系統(tǒng) 觀察地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所選空間參考點(diǎn)空間參考點(diǎn)不同： （1 1）恒星

24、時(shí)）恒星時(shí) （2 2）太陽(yáng)時(shí)、平太陽(yáng)時(shí)）太陽(yáng)時(shí)、平太陽(yáng)時(shí) （3 3）世界時(shí)）世界時(shí) 以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動(dòng)物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的原子時(shí)系統(tǒng)原子時(shí)系統(tǒng) 協(xié)調(diào)世界時(shí)協(xié)調(diào)世界時(shí)UTCUTC GPS專用時(shí)間系統(tǒng)（GPSGPS時(shí)）時(shí)） 三、常用的時(shí)間系統(tǒng) 恒星時(shí) STST(Sidereal Time)(Sidereal Time) 平太陽(yáng)時(shí) MT(Mean Solar Time)MT(Mean Solar Time) 世界時(shí) UTUT（Universal TimeUniversal Time） 原子時(shí) AT(Atomic Time)AT(Atomic Time) 諧調(diào)世界時(shí) UTCUTC（Coodinat

25、ed Coodinated Universal TimeUniversal Time） GPS時(shí) GPSTGPST 1. 恒星時(shí)ST(Sidereal Time)ST(Sidereal Time) (1)(1)定義定義 以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，由春分點(diǎn)的周日視運(yùn)動(dòng) 所定義的時(shí)間系統(tǒng)為恒星時(shí)系統(tǒng)。 時(shí)間尺度時(shí)間尺度：春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午 圈的時(shí)間間隔為一恒星日，一恒星日分為 24個(gè)恒星時(shí)。 起算原點(diǎn)：起算原點(diǎn)：春分點(diǎn)通過本地上子午圈的時(shí) 刻。 1. 恒星時(shí)STST （2）特點(diǎn) 恒星時(shí)具有地方性，同一瞬間對(duì)不同測(cè)站 的恒星時(shí)是不同的，所以恒星時(shí)也稱為地 方恒星時(shí)。 對(duì)于同一歷元時(shí)刻，有真春分點(diǎn)和平

26、春分 點(diǎn)之分。因此恒星時(shí)就有真恒星時(shí)和平恒 星時(shí) 2. 平太陽(yáng)時(shí)MT(Mean Solar Time) 太陽(yáng)時(shí)（ Solar Time） 以太陽(yáng)太陽(yáng)為參考點(diǎn)，由太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)來(lái)測(cè)定 地球的自轉(zhuǎn)周期并建立的時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)。 真太陽(yáng)時(shí)（真時(shí)）真太陽(yáng)時(shí)（真時(shí)） 以真太陽(yáng)視面中心真太陽(yáng)視面中心為參考點(diǎn)，由太陽(yáng)的周日視太陽(yáng)的周日視 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)來(lái)測(cè)定地球的自轉(zhuǎn)周期并建立的時(shí)間計(jì)量 系統(tǒng)。 真太陽(yáng)日、真太陽(yáng)時(shí) 地方真時(shí) 真太陽(yáng)時(shí)的不均勻性 2. 平太陽(yáng)時(shí)MT(Mean Solar Time) （1）平太陽(yáng) 假設(shè)以真太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng)的平均速度在天球赤道上作周年 視運(yùn)動(dòng)的一個(gè)參考點(diǎn)，其周期與真太陽(yáng)一致

27、。 （2）平太陽(yáng)時(shí) 以平太陽(yáng)平太陽(yáng)為參考點(diǎn)，由平太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)平太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)所定 義的時(shí)間系統(tǒng)。 時(shí)間尺度：平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時(shí)間間 隔為一平太陽(yáng)日，一平太陽(yáng)日分為24平太陽(yáng)時(shí)。 起算原點(diǎn)：平太陽(yáng)通過本地子午圈時(shí)刻。 （3）地方平太陽(yáng)時(shí) 3. 世界時(shí)UT（Universal Time） （1）定義： 以平子夜為零時(shí)起算的格林尼治平太陽(yáng)時(shí)。 （2）世界時(shí)與平太陽(yáng)時(shí)的區(qū)別 尺度相同； 起算點(diǎn)不同。 （3）世界時(shí)系統(tǒng)的缺陷 世界時(shí)系統(tǒng)是以地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的； 嚴(yán)格來(lái)講，地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是不穩(wěn)定的。 世界時(shí)（續(xù)） （4）世界時(shí)系統(tǒng)的發(fā)展 世界時(shí)UT1： 在世界時(shí)UT中引入極移改正 世界

28、時(shí)UT2 在UT1中再次引入地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性改正 說(shuō)明： 世界時(shí)UT2雖然經(jīng)過上述改正，但仍含有地球自地球自 轉(zhuǎn)速度的長(zhǎng)期變化和不規(guī)則變化影響轉(zhuǎn)速度的長(zhǎng)期變化和不規(guī)則變化影響，所以， 世界時(shí)不是一個(gè)嚴(yán)格均勻的時(shí)間系統(tǒng)。1976年 以后，為原子時(shí)所取代。 關(guān)于地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的不穩(wěn)定性 由于極移極移現(xiàn)象，使得地球自轉(zhuǎn)軸在 地球內(nèi)部的位置并不是固定的； 地球的自轉(zhuǎn)速度也不均勻，地球自 轉(zhuǎn)周期存在著季節(jié)變化、長(zhǎng)期變化及 其他不規(guī)則變化，情況甚為復(fù)雜 4.原子時(shí)ATI(Atomic Time) （1）定義 時(shí)間尺度：原子時(shí)秒長(zhǎng)被定義為銫原子 Cs133基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷輻射振 蕩9192631

29、170周所持續(xù)的時(shí)間。 起算原點(diǎn)：按國(guó)際協(xié)定取為1958年1月1日 0時(shí)0秒（UT2）（事后發(fā)現(xiàn)在這一瞬間ATI 與UT2相差0.0039秒）。 4. 原子時(shí) （2）原子鐘 原子時(shí)是通過原子鐘來(lái)授時(shí)的； 原子鐘振蕩器頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，決定了 原子時(shí)的精度； 銣原子鐘、銫原子鐘、氫原子鐘 （3）國(guó)際原子時(shí)IAT（International Atomic Time） 許多國(guó)家建立了各自的地方原子時(shí)系統(tǒng)，國(guó)際上 大約有100多座原子鐘，通過相互比對(duì)，并經(jīng) 數(shù)據(jù)處理推算出的統(tǒng)一原子時(shí)系統(tǒng)。 5.協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC （Coodinated Universal Time） （1）定義 嚴(yán)格采用原子時(shí)秒長(zhǎng)，并采用跳秒（閏秒） 的方法使協(xié)調(diào)時(shí)與世界時(shí)的時(shí)刻相接近，其 差不超過1秒。 （2）諧調(diào)世界時(shí)UTC