gps坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)(已修改)
2025-01-19 01:41 本頁面
【正文】 第二章 坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng) ? 全球定位系統(tǒng)（ GPS）的最基本任務是確定用戶在空間的位置。而所謂用戶的位置，實際上是指該用戶在特定坐標系的位置坐標，位置是相對于參考坐標系而言的，為此，首先要設立適當?shù)淖鴺讼怠? 天球坐標系和地球坐標系 ? 坐標系統(tǒng)是由原點位置、 3個坐標軸的指向和尺度所定義，根據(jù)坐標軸指向的不同，可劃分為兩大類坐標系： 天球坐標系 和 地球坐標系。 ? 由于坐標系相對于時間的依賴性，每一類坐標系又可劃分為若干種不同定義的坐標系。 不管采用什么形式，坐標系之間通過坐標平移、旋轉(zhuǎn)和尺度轉(zhuǎn)換，可以將一個坐標系變換到另一個坐標系去。 天球坐標系 ? 1). 天球空間直角坐標系的定義 ? 地球質(zhì)心 O為坐標原點， Z軸指向天球北極， X軸指向春分點， Y軸垂直于 XOZ平面，與 X軸和 Z軸構(gòu)成右手坐標系。則在此坐標系下，空間點的位置由坐標（ X， Y， Z）來描述。 ? 2)．天球球面坐標系的定義 ? 地球質(zhì)心 O為坐標原點，春分點軸與天軸所在平面為天球經(jīng)度（赤經(jīng)）測量基準 ——基準子午面，赤道為天球緯度測量基準而建立球面坐標。空間點的位置在天球坐標系下的表述為（ r， α， δ）。 ? 天球空間直角坐標系與天球球面坐標系的關系可用圖 21表示： 圖 21 直角坐標系與球面坐標系 ? 3). 直角坐標系與其等效的天球球面坐標系參數(shù)間的轉(zhuǎn)換 ? 對同一空間點，天球空間直角坐標系與其等效的天球球面坐標系參數(shù)間有如下轉(zhuǎn)換關系： ?????????????sincossincoscosrZrYrX?????????????22222/arctan ()/arctan (YXZXYZYXr?? 地球坐標系 ? 1)．地球直角坐標系的定義 ? 地球直角坐標系的定義是： 原點 O與地球質(zhì)心重合， Z軸指向地球北極， X軸指向地球赤道面與格林尼治子午圈的交點， Y軸在赤道平面里與 XOZ構(gòu)成右手坐標系。 ? 2). 地球大地坐標系的定義 ? 地球大地坐標系的定義是 ：地球橢球的中心與地球質(zhì)心重合橢球的短軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合。空間點位置在該坐標系中表述為（ L，B， H）。 ? 地球直角坐標系和地球大地坐標系可用圖 22表示： 圖 22 直角坐標系和大地坐標系 3). 直角坐標系與大地坐標系參數(shù)間的轉(zhuǎn)換 ? 對同一空間點，直角坐標系與大地坐標系參數(shù)間有如下轉(zhuǎn)換關系： ? ?? ?????????????BHeNZLBHNYLBHNXsin)1(sincos)(coscos)(2? ?????????????????)1(sin/)])1((/[)(arctan)/arctan(2222eNBZHHeNYXHNZBXYLBeaN 22 sin1/ ?? 2222 /)( abae ?? 式中， ， N為該點的卯酉圈曲率半徑； 分別為該大地坐標系對應橢球的長半徑和第一偏心率。 ea, 站心赤道直角坐標系 與站 心地平直角坐標系 ? 1)．站心赤道直角坐標系 ? 如圖 23， P1 是測站點， O為球心。以 O為原點建立球心空間直角坐標系 OXYZ 。以P1 為原點建立與 OXYZ 相應坐標軸平行的坐標系 叫站心赤道直角坐標系。 ___1 ZYXP ? ? 顯然， 同 OXYZ 坐標系有簡單的平移關系： ___1 ZYXP ?? ? ????????????????????????????????????????BHeNLBHNLBHNZYXZYXsin)1(sincos)(coscos)(2___2)．站心地平直角坐標系 以 P1 為原點，以 P1 點的法線為 z軸（指向天頂為正），以子午線方向為 x軸（向北為正）， y軸與 x， z垂直（向東為正）建立的坐標系叫站心地平直角坐標系。站心地平直角坐標系與站心赤道直角坐標系的轉(zhuǎn)換關系如下： ? ?地平站赤）（??????????????????????????zyxZYXyyz___PB90RL180R??????????????BBLBLLBLBLLBsin0cossincoscossinsincoscossincossin 代入（ 24）可得出站心左手地平直角坐標系與球心空間直角坐標系的轉(zhuǎn)換關系式： 地平??????????????????????????????????zyxBBLBLLBLBLLBZYX地心sin0cossincoscossinsincoscossincossin???????????????BHeNLBHNLBHNsin])1([sincos)(coscos)(2 衛(wèi)星測量中常用坐標系 ? 1)．瞬時極天球坐標系與地球坐標系 ? 瞬時極天球坐標系 ：原點位于地球質(zhì)心， z軸指向瞬時地球自轉(zhuǎn)方向（真天極）， x軸指向瞬時春分點（真春分點）， y軸按構(gòu)成右手坐標系取向。 ? 瞬時極地球坐標系 ：原點位于地球質(zhì)心， z軸指向瞬時地球自轉(zhuǎn)軸方向， x軸指向瞬時赤道面和包含瞬時地球自轉(zhuǎn)軸與平均赤道的交點， y軸構(gòu)成右手坐標系取向
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