gnss坐标系统的应用及转换.pptx

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S
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标
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应
用
与
转
换
G
吴旭祥
描述卫星运动
处理观测数据
表达观测站位置
为什么要研究坐标系统及时间系统?
了解GNSS测量中的—些常用坐标系统和时间系统,熟悉它们各自间的转换关系,是极为重要的。
卫星的运动
-受到地球引力的惯性运动
-与地球的自转无关
地球表面的测站点
空间位置随地球自转而变化
但是在地面的观测者看来,其位置是相对固定不动的
描述其位置,需要一个随地球自转而变化的坐标系统
以天球为参照而建立天球坐标系统——天球坐标系
与地球固连在一起随地球一起运动的坐标系——地球坐标系
天文坐标系大地坐标系
地心坐标系协议地球坐标系
天球坐标系和地球坐标系
应该引入一个不随地球自转变化的坐标系统
天球坐标系是空间固定的坐标系统(空固系)。
坐标系统与地球自转无关,对于描述卫星的运行位置和状态极为方便。
地球坐标系是与地球体相固联的坐标系统(地固坐标系)。
对于表达地面观测站的位置和处理GPS观测成果尤为方便。
在经典大地测量学(Geodesy)中,具有多种表达形式和极为广泛的应用。
天球空间直角坐标系
原点位于地球质心M
Z轴指向天球北极Pn
X轴指向春分点
Y轴垂直于XMZ平面
三轴构成右手坐标系统,天体的坐标为(X,Y,Z)
天球球面坐标系
原点位于地球质心M
赤经α为含天轴和春分点的天球子午面与过天体S的天球子午面之间的夹角
赤纬δ为原点M至天体S的连线与天球赤道面之间的夹角
向径长度r为原点M至天体S的距离
在天球球面坐标系中,天体的坐标为(α,δ,r)
在实践中,以上关于天球坐标系的两种表达形式,应用都很普遍。由于它们和地球的自转无关,所以对于描述天体或人造地球卫星的位置和状态是方便的。
两种天球坐标系
由于天球坐标系与地球自转无关,地球上任一固定点在天球坐标系中的坐标将随地球的自转而变化,显然这在实用上很不方便。

为了描述地面观测站的位置,有必要建立与地球体相固联的坐标系,即地球坐标系(有时称地固坐标系)。该系统也有两种形式。
地心空间直角坐标系:
原点O与地球质心重合
Z轴指向地球北极
X轴指向经度原点E
Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系
空间点P的坐标可表示为P(X,Y,Z)
地心大地坐标系:
地球椭球中心与地球质心重合
椭球短轴与自转轴重合
起始大地子午面与起始天文子午面重合
地心空间直角坐标系和地心大地坐标系是GNSS常用的坐标系。
地心空间直角坐标系和地心大地坐标系
v
WGS:World Geodetic System
是美国国防部制图局经过多年研究和完善
发展起来的一种新的世界大地坐标系
类型:协议地球坐标系,地心大地坐标系
几何定义:原点:地球质心
Z轴:Z轴指向BIH (CTP)
X轴:
Y轴:与Z、X轴构成右手坐标系
WGS-84坐标系
China Geodetic Coordinate System 2000
经国务院批准,2008年7月1日起正式实施
类型:地心大地坐标系
几何定义:
原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心

X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面()的交点,
Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。
CGCS2000坐标系
CGCS2000坐标系与 WGS84坐标系椭球的比较
CGCS2000椭球 WGS84 椭球差
a 6378137m 6378137m 0
1/f -
GM 0
ω 7292115x10-11 7292115x10-11 0
b -
CGCS2000与WGS84椭球参数的比较
坐标变换——在不同坐标系表示形式之间进行变换
坐标转换——在不同的参考基准间进行变换(基准的转换)
坐标系统间的转换