第二講坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)演示文稿

第二講坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)演示文稿當前第1頁\共有53頁\編于星期五\9點（優(yōu)選）第二講坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)當前第2頁\共有53頁\編于星期五\9點地球坐標系：固定在地球上的坐標系天球坐標系：與地球自轉無關2.1天球坐標系與地球坐標系坐標系的類型當前第3頁\共有53頁\編于星期五\9點天球坐標系與地球坐標系2.1天球坐標系與地球坐標系空間直角坐標系（便于進行坐標轉換，三個基本要素）天球坐標系（確定衛(wèi)星位置）大地坐標系（確定觀測站位置）站心赤道與站心地平直角坐標系（用于描述衛(wèi)星與觀測站間關系）衛(wèi)星測量中常用坐標系當前第4頁\共有53頁\編于星期五\9點預備知識2.1天球坐標系與地球坐標系天球以地球質心為中心，半徑為任意長度的一個假想球體黃道

地球公轉軌道在天球上的投影

春分點黃道自西向東從天赤道以南穿到天赤道以北的那個交點地球質心當前第5頁\共有53頁\編于星期五\9點天球坐標系2.1天球坐標系與地球坐標系天球坐標系：天球極軸、春分點軸，加上與這兩軸線垂直并位于天球赤道平面內的第三條軸線構成的坐標系。屬于球面坐標系。天球極軸春分點軸當前第6頁\共有53頁\編于星期五\9點2.1天球坐標系與地球坐標系球面坐標系與直角坐標系的轉換(X,Y,Z)(r,α,δ)直角坐標系參數(shù)球面坐標系參數(shù)坐標原點和坐標軸指向相同當前第7頁\共有53頁\編于星期五\9點大地坐標系2.1天球坐標系與地球坐標系在大地測量中表示地面點的位置通過一個輔助面（參考橢球面）定義大地坐標系參數(shù)：L：大地經度B：大地緯度H：大地高程當前第8頁\共有53頁\編于星期五\9點經過長期的測量實踐研究證明，大地體與一個以橢圓的短軸為旋轉軸的旋轉橢球的形狀十分近似。測繪工作取此橢球作為地球的參考形狀和大小，其外表面為參考橢球面。參考橢球2.1天球坐標系與地球坐標系當前第9頁\共有53頁\編于星期五\9點參考橢球2.1天球坐標系與地球坐標系橢球方程：扁率：第一偏心率：當前第10頁\共有53頁\編于星期五\9點法截面：過橢球面上任意一點可作一條垂直于橢球面的法線，包含這條法線的平面。卯酉圈：與橢球面上某點的子午面相垂直的法截面同橢球面相截所形成的閉合圈。如PEE’

卯酉圈曲率半徑：等于橢球面和短軸之間的一段法線的長度。如Pn當前第11頁\共有53頁\編于星期五\9點2.1天球坐標系與地球坐標系大地坐標系與直角坐標系的轉換(X,Y,Z)(L,B,H)直角坐標系參數(shù)大地坐標系參數(shù)N：P點的卯酉圈曲率半徑當前第12頁\共有53頁\編于星期五\9點站心赤道直角坐標系與站心地平直角坐標系2.1天球坐標系與地球坐標系站心赤道直角坐標系：與O-XYZ坐標系有簡單的平移關系站心左手地平直角坐標系：z軸：P1點的法線（指向天頂為正）x軸：子午線方向（向北為正）y軸：與x、z軸垂直（向東為正）二者可通過旋轉變換互相轉換球心空間直角坐標系O-XYZ當前第13頁\共有53頁\編于星期五\9點站心地平極坐標系2.1天球坐標系與地球坐標系r：測站點P1點至衛(wèi)星s

的距離衛(wèi)星方位角A：zp1x

平面與zp1s

的夾角（自zp1x起算左旋為正）衛(wèi)星高度角h

：p1s與xp1y面的夾角（小于π）OZXYP1xyzs(衛(wèi)星）Ahr當前第14頁\共有53頁\編于星期五\9點站心地平極坐標系與站心地平直角坐標系的轉換2.1天球坐標系與地球坐標系OZXYP1xyzs(衛(wèi)星）Ahr(x,y,z)(r,A,h)當前第15頁\共有53頁\編于星期五\9點若已知測站點和衛(wèi)星的瞬時坐標（由預報星歷得到），則可計算衛(wèi)星在站心地平坐標系中的值，然后轉換為站心極坐標系中的值。從而了解衛(wèi)星與觀測站之間的瞬時距離、方位角和高度角。利用站心極坐標了解衛(wèi)星的分布情況2.1天球坐標系與地球坐標系OZXYP1xyzs(衛(wèi)星）Ahr當前第16頁\共有53頁\編于星期五\9點已知測站點P和衛(wèi)星S在球心坐標系O-XYZ（如WGS-84）中的坐標分別依次建立以P為原點的站心赤道、地平坐標系和站心極坐標系依次將衛(wèi)星坐標轉換至上述三種站心坐標系，通過衛(wèi)星在站心極坐標系中的值，即可了解衛(wèi)星與觀測站之間的瞬時距離、方位角和高度角。步驟2.1天球坐標系與地球坐標系OZXYP1xyzs(衛(wèi)星）Ahr當前第17頁\共有53頁\編于星期五\9點2.1天球坐標系與地球坐標系衛(wèi)星測量中常用坐標系瞬時極天球坐標系與極地球坐標系固定極天球坐標系—平天球坐標系固定極地球坐標系—平地球坐標系當前第18頁\共有53頁\編于星期五\9點瞬時極天球坐標系(x,y,z)ct

原點位于地球質心，z軸指向瞬時地球自轉軸，x軸指向瞬時春分點，y軸按構成右手坐標系取向。瞬時極地球坐標系(x,y,z)et

原點與z軸同上，x軸指向瞬時赤道面和包含瞬時地球自轉軸與平均天文臺赤道參考點的子午面之交點，y軸按構成右手坐標系取向。yetxetxct瞬時極天球坐標系與極地球坐標系二者可互相轉換2.1天球坐標系與地球坐標系當前第19頁\共有53頁\編于星期五\9點歲差和章動引起瞬時極天球坐標系的坐標軸指向不斷變化極移引起瞬時極地球坐標系的坐標軸指向不斷變化瞬時—固定2.1天球坐標系與地球坐標系當前第20頁\共有53頁\編于星期五\9點2.1天球坐標系與地球坐標系歲差在太陽和月球的引力作用下，地球自轉軸繞著黃道軸旋轉，在空間描繪出一個圓錐面，繞行一周約需25,800年。即春分點沿黃道每25,800年旋轉一周。地軸的這種長期運動稱為日月歲差。當前第21頁\共有53頁\編于星期五\9點2.1天球坐標系與地球坐標系章動月球軌道面位置的變化引起瞬時北天極繞瞬時平天極產生旋轉，大致成橢圓軌跡，周期約為18.6年。這種現(xiàn)象稱為章動。當前第22頁\共有53頁\編于星期五\9點2.1天球坐標系與地球坐標系固定極天球坐標系—平天球坐標系建立一個三軸指向不變的天球坐標系歷元平天球坐標系（平天球坐標系）歲差和章動的影響瞬時極天球坐標系的坐標軸指向不斷變化當前第23頁\共有53頁\編于星期五\9點坐標原點位于地心，z軸指向所選定的一個歷元時刻t的平天極，x軸指向歷元時刻t的平春分點，y

軸與x

軸、z

軸構成右手坐標系。通過歲差與章動旋轉變換與瞬時極天球坐標系轉換。固定極天球坐標系—平天球坐標系2.1天球坐標系與地球坐標系當前第24頁\共有53頁\編于星期五\9點地極移動2.1天球坐標系與地球坐標系地極的移動：地球瞬時自轉軸在地球上隨時間而變化。國際協(xié)定原點CIO：國際大地測量與地球物理聯(lián)合會以1900~1905年地球自轉軸瞬時位置的平均位置作為地球的固定極。CIOxyxpyp瞬時極與平地極國際極移局公布xp和yp當前第25頁\共有53頁\編于星期五\9點2.1天球坐標系與地球坐標系1971~1975年間地極相對于CIO的移動軌跡CIO當前第26頁\共有53頁\編于星期五\9點固定極地球坐標系—平地球坐標系2.1天球坐標系與地球坐標系建立一個三軸指向不變的地球坐標系平地球坐標系地極移動的影響瞬時極地球坐標系的坐標軸指向不斷變化當前第27頁\共有53頁\編于星期五\9點固定極地球坐標系—平地球坐標系2.1天球坐標系與地球坐標系

z軸指向國際協(xié)定原點CIO

坐標原點的x,y值在觀測后公布可與瞬時極地球坐標系轉換當前第28頁\共有53頁\編于星期五\9點2.1天球坐標系與地球坐標系坐標系的兩種定義方式理論坐標系

尺度單位、原點、坐標軸協(xié)定坐標系

由觀測點的坐標定義GPS采用的坐標系統(tǒng)是跟蹤站坐標值定義的協(xié)定坐標系當前第29頁\共有53頁\編于星期五\9點2.2WGS-84坐標系和我國大地坐標系

WGS-84坐標系國家大地坐標系地方獨立坐標系當前第30頁\共有53頁\編于星期五\9點2.2WGS-84坐標系和我國大地坐標系WGS(WorldGeodeticSystem)-84坐標系原點位于地球質心，Z軸指向BIH（國際時間局BureauInternationaldeI’Heure）1984.0定義的協(xié)議地球極CTP（ConventionalTerrestrialPole）方向，X軸指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交點，三軸構成右手坐標系。當前第31頁\共有53頁\編于星期五\9點WGS—84世界大地坐標系當前第32頁\共有53頁\編于星期五\9點2.2WGS-84坐標系和我國大地坐標系地球表面與各種橢球之間的關系

當前第33頁\共有53頁\編于星期五\9點WGS-84橢球（四個基本常數(shù)）

1、國際大地測量和物理聯(lián)合會第17屆大會的推薦值：2.2WGS-84坐標系和我國大地坐標系２、大地水準面高N=大地高H–正高H正基本參數(shù)

當前第34頁\共有53頁\編于星期五\9點2.2WGS-84坐標系和我國大地坐標系國家大地坐標系

1954年北京坐標系

1980年國家大地坐標系當前第35頁\共有53頁\編于星期五\9點建國初期，由于冷戰(zhàn)和特定歷史條件，我國的54坐標系源于前蘇聯(lián)1942年的普爾科沃坐標系橢球參數(shù)和大地原點一致采用克拉索夫斯基橢球，橢球常數(shù)與WGS-84不同，橢球的中心與地球質心不重合。2.2WGS-84坐標系和我國大地坐標系1954北京坐標系當前第36頁\共有53頁\編于星期五\9點大地高程是以1956年青島驗潮站求出的黃海平均海水面為基準高程異常是以前蘇聯(lián)1955年大地水準面重新平差結果為起算值，按我國天文水準路線推算出來的當前第37頁\共有53頁\編于星期五\9點2.2WGS-84坐標系和我國大地坐標系1980年國家大地坐標系大地原點設在陜西涇陽縣永樂鎮(zhèn)Z軸平行于由地球地心指向1986.0地極原點（JYD）的方向；X軸在大地起始子午面內與Z軸垂直指向經度零方向；Y軸與Z，X軸成右手系；當前第38頁\共有53頁\編于星期五\9點高程基準是1956年青島驗潮站求出的黃海平均海水面（水準原點在青島市內一個山洞中，高程為72.260m）；新54坐標系；當前第39頁\共有53頁\編于星期五\9點當前第40頁\共有53頁\編于星期五\9點2.2WGS-84坐標系和我國大地坐標系地方獨立坐標系水準面建立在當?shù)氐钠骄０胃叱堂嫔希[含著一個與當?shù)仄骄０胃叱虒膮⒖紮E球）以當?shù)刈游缇€作為中央子午線參考橢球的中心、軸向和扁率與國家參考橢球相同，長半徑有一改正量地方參考橢球與國家參考橢球的關系

中心一致扁率相等軸向一致長半徑有一增量地方參考橢球與國家參考橢球的關系

中心一致扁率相等軸向一致長半徑有一增量當前第41頁\共有53頁\編于星期五\9點五、ITRF坐標框架簡介ITRF

InternationalTerrestrial

ReferenceFrame國際地球參考框架

原點：在地球體系的質心

參考橢球：WGS—84橢球當前第42頁\共有53頁\編于星期五\9點2.3坐標系轉換不同空間直角坐標系的轉換（七個轉換參數(shù)）用基線向量求解轉換參數(shù)目的：將WGS-84坐標轉化為地面網坐標當前第43頁\共有53頁\編于星期五\9點不同大地坐標系之間的轉換（九個轉換參數(shù)）大地坐標轉換為高斯平面坐標（高斯投影公式）對于地面網原點減去上式當前第44頁\共有53頁\編于星期五\9點2.4時間系統(tǒng)重要性：每給出衛(wèi)星位置的同時，必須給出對應的瞬間時刻。衛(wèi)星定軌時若要求衛(wèi)星位置誤差小于1cm時，相應的時刻誤差應小于2.6μs。測定站星距離時，若要求距離誤差小于1cm，信號傳播時間的誤差應小于0.03ns。時間系統(tǒng)：尺度（時間單位）、原點（歷元）當前第45頁\共有53頁\編于星期五\9點以地球自轉為基礎恒星時、平太陽時、世界時：以觀測者的子午線為基準的時間。用天球上某些真實的或假想的參考點的時角來計量。與觀測者的子午線有關，具有地方性以物質內部原子運動的特征為基礎原子時、GPS時2.4時間系統(tǒng)時間系統(tǒng)分類當前第46頁\共有53頁\編于星期五\9點2.3時間系統(tǒng)恒星時ST（SiderealTime）恒星日：春分點連續(xù)兩次經過本地子午圈的時間間隔為一恒星日。一恒星日分為24個恒星時。恒星時具有地方性：同一瞬間不同測站的恒星時不同當前第47頁\共有53頁\編于星期五\9點2.3時間系統(tǒng)平太陽時MT（MeanSolarTime）平太陽：一個天球上的假設點，在天球上的視運動是均勻的。平太陽日：平太陽連續(xù)兩次經過本地子午圈的時間間隔。平太陽時具有地方性當前第48頁\共有53頁\編于星期五\9點2.3時間系統(tǒng)世界時UT（Un