李玉柏衛(wèi)星導(dǎo)航與定位002-坐標(biāo)系與時(shí)間系(第五版)(已修改)
2025-08-27 22:17 本頁面
【正文】 衛(wèi)星導(dǎo)航與定位 第二講： GPS系統(tǒng)的坐標(biāo)系與時(shí)間系 衛(wèi)星導(dǎo)航與定位 第二章： GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的坐標(biāo) 系統(tǒng)與時(shí)間系 167。 天球、天球坐標(biāo)系 167。 地球坐標(biāo)系 167。 GPS坐標(biāo)系 167。 時(shí)間和 GPS時(shí)系 167。 坐標(biāo)系和時(shí)間系討論 衛(wèi)星導(dǎo)航與定位 天球及天球坐標(biāo)系 ? 天球 是一個(gè)想像的旋轉(zhuǎn)的球，以空間某一點(diǎn)為中心，理論上具有任意大的半徑，并定義有天赤道和天極，天文學(xué)中通常把參考坐標(biāo)建立在天球上。 ? 天球分類： 站心天球、 地心天球、 日心天球等。 衛(wèi)星導(dǎo)航與定位 1）地心天球上的主要點(diǎn)、線、圈 ? 天頂 zenith（ Z）和天底（ Z’） ? 天軸（ PP’）和天極（南、北天極） ? 天球赤道面和天球赤道 ? 天球子午面和天球子午圈 – 上子午圈和下子午圈 – 上赤道點(diǎn) Q和下赤道點(diǎn) Q’ 【 上子午圈是子午圈在地平圈上的一半，下子午圈是在地平圈下的另一半。通俗的說法是在天上從南 →天頂 → 北順序通過的一個(gè)假想大弧，亦稱天球子午圈，而在地平線下通過天底，看不見的另一半大圓則稱下子午圈。 】 衛(wèi)星導(dǎo)航與定位 地心天球上的主要點(diǎn)、線、圈 ? 黃道 ecliptic： 地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道平面與 地心 天球相交的大圓。 – 赤道 equator不與黃道平行，而有 23o26’的夾角，即黃赤交角。赤道平面和黃道平面的交叉點(diǎn)正好在一條天球直徑線的兩端點(diǎn)，就是著名的二分點(diǎn) (春分點(diǎn)與秋分點(diǎn) )。 – 太陽沿黃道從天赤道以南向北通過天赤道的那一點(diǎn)，稱為春分點(diǎn)，與春分點(diǎn)相隔 180176。 的另一點(diǎn)，稱為秋分點(diǎn)。 衛(wèi)星導(dǎo)航與定位 地心天球上的主要點(diǎn)、線、圈 – 太陽分別在每年的春分（ 3月 21日前后）和秋分（ 9月 23日前后）通過春分點(diǎn)和秋分點(diǎn) （從地心來看） 黃道北 極點(diǎn) K 黃道南 極點(diǎn) K’ ? 本初子午面 prime meridian plane：l884年國際經(jīng)度會(huì)議決定以通過格林尼治天文臺(tái)艾黎儀器中心的經(jīng)線為本初子午線，作為全球經(jīng)度零點(diǎn)。 衛(wèi)星導(dǎo)航與定位 北天極 南天極 黃道 天球赤道 赤經(jīng) 赤緯 太陽 星體 地球 地球赤道 本初子午圈 地心天球上的主要點(diǎn)、線、圈 衛(wèi)星導(dǎo)航與定位 A ( L , B , H ) B L H 0 起始子午面 赤道 2）基于天球定義坐標(biāo)系 ? 坐標(biāo)原點(diǎn) ? 坐標(biāo)軸指向 ? 表示坐標(biāo)的尺度 ? 坐標(biāo)系統(tǒng)建立的三要素 ? 典型的赤經(jīng)赤道坐標(biāo)系 ?以地心天球赤道、過春分點(diǎn)的時(shí)圈和春分點(diǎn)為依據(jù)；用赤經(jīng) L、赤緯 B和高度 H表示 衛(wèi)星導(dǎo)航與定位 典型的天球坐標(biāo)系 ?黃道坐標(biāo)系 – 以地心天球黃道、過春分點(diǎn)的黃經(jīng)圈和春分點(diǎn)為依據(jù)；用黃經(jīng) ?和黃維 ?表示 黃道北 極點(diǎn) K 黃道南 極點(diǎn) K’ 衛(wèi)星導(dǎo)航與定位 ? 在地心天球坐標(biāo)系中，任一天體的位置可用地心天球空間直角坐標(biāo)系和地心天球球面坐標(biāo)系來描述： – 地心天球空間直角坐標(biāo)系的定義：原點(diǎn)位于地球的質(zhì)心， z軸指向天球的北極 Pn， x軸指向春分點(diǎn) ?， y軸與 x、 z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。 – 地心天球球面坐標(biāo)系的定義：原點(diǎn)位于地球的質(zhì)心，赤經(jīng) ?為含天軸和春分點(diǎn)的天球子午面與經(jīng)過目標(biāo) s的天球子午面之間的交角，赤緯 ?為原點(diǎn)至目標(biāo)的連線與天球赤道面的夾角，向徑 r為原點(diǎn)至天體的距離。 3）地心天球坐標(biāo)系兩種表示 衛(wèi)星導(dǎo)航與定位 地心天球坐標(biāo)系兩種表示 ? 地心天球空間直角坐標(biāo)系與地心天球球面坐標(biāo)系 衛(wèi)星導(dǎo)航與定位 ?天球赤道坐標(biāo)系 (? ,?, r) 和天球直角坐標(biāo)系 (x, y, z) ??????????????????????????si nc o sc o sc o sc o srzyx2 2 222r x y zyα ar c tgxzδ ar c tgxy? ? ?????天球空間直角坐標(biāo)系與天球球面坐標(biāo)系在表達(dá)同一天體的位置時(shí)是等價(jià)的，二者可相互轉(zhuǎn)換。 地心天球坐標(biāo)系兩種表示 課堂練習(xí)： 請簡單推導(dǎo)以上公式??！ 衛(wèi)星導(dǎo)航與定位 4）歲差章動(dòng)對(duì)天球坐標(biāo)的影響 ? 地心天球坐標(biāo)系的建立是假定地球的自轉(zhuǎn)軸在空間的方向上是固定的。 實(shí)際上地球接近于一個(gè)赤道隆起的橢球體，在日月和其它天體引力對(duì)地球隆起部分的作用下，地球在繞太陽運(yùn)行時(shí)，自轉(zhuǎn)軸方向不再保持不變，從而使春分點(diǎn)在黃道上產(chǎn)生緩慢西移，此現(xiàn)象在天文學(xué)上稱為歲差。 ? 在歲差的影響下，地球自轉(zhuǎn)軸在空間繞 北黃極旋轉(zhuǎn) 。 ? 旋轉(zhuǎn)速度很慢，周期月為 25920年。 衛(wèi)星導(dǎo)航與定位 歲差章動(dòng)對(duì)天球坐標(biāo)的影響 ? 章動(dòng) nutation：在天文學(xué)上天極相對(duì)于黃極的位置除有長周期的歲差變化外，還有許多短周期的微小變化，稱為章動(dòng)。引起這種變化的原因是地球相對(duì)于除太陽外其他星球，如月球的周期性引力作用變
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