GPS 卫星定位原理及其应用.ppt

GPS***原理及其应用 GPS定位的坐标系统与时间系统
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1
坐标系统的类型
1在空间固定的坐标系
2与地球体相固联的坐标系统
一组坐标值
一个空间点位
一一对应
坐标系定义的三要素：
坐标原点的位置
三个坐标轴的指向
坐标轴长度单位（尺度）
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2
协议坐标系
在GPS定位中，坐标系的原点一般取地球的质心，而坐标轴的指向具有一定的选择性。为了使用上的方便和坐标系统的通用性，国际上都通过协议来确定某些全球性坐标系统的坐标轴指向。
这种共同确认的坐标系，通常称为协议坐标系。
协议天球坐标系
协议地球坐标系
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3
协议天球坐标系中常用名词
黄道
赤道
M
ε
r
Pn
Ps
пn
п n
天球的定义：以地球的质心M为中心，半径R为任意长度的一个假想球体。
天轴：地球自转轴的延伸 直线为天轴。
天极：天轴与天球的交Pn和Ps为天极。
天球子午面：包含天轴并通过地球上任一点的平面。
天球子午圈：天球子午面与天球相交的大圆。
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4
协议天球坐标系中常用名词
时圈：通过天轴的平面与天球相交的半个大圆。
黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆。
黄赤交角：黄道面与赤道面的夹角ε。
黄极：通过天球中心，且垂直于黄道面的直线与天球的交点。
黄道
赤道
M
ε
r
Pn
Ps
пn
п n
靠近北天极的交点为北黄极。靠近南天极的交点为南黄极。
春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时黄道与天球赤道的交点r。
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5
天球坐标系
天球空间直角坐标系
天体S的坐标为：（x,y,z)
天球球面坐标系
天体S的坐标为：（α ，δ ，r）
S
r
Pn
α
z
y
x
r
δ
天球赤道
M
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6
天球直角坐标系与球面坐标系之间的转换
S
r
Pn
α
z
y
x
r
δ
天球赤道
M
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7
岁差和章动现象
岁差：由于地球的实际形体接近于一个赤道隆起的椭球体，因此，在日月引力和其它天体引力，对地球隆起部分的作用下，地球在绕太阳运行时，自转轴的方向不再保持不变，从而使春分点在黄道上产生缓慢的西移，这种现象在天文学中称为岁差。
章动：在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极绕瞬时平北天极产生旋转，大致成椭圆形轨迹，这种现象称为章动。
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8
协议天球坐标系
由于在岁差和章动的影响下，瞬时天球坐标系的坐标轴的指向，在不断地发生变化，通常选择某一时刻T作为标准历元，并将此时地球的瞬时自转轴和地心到瞬时春分点的方向。经该时刻的岁差和章动改正后，分别作为Z轴和X轴的指向。由此所构成的坐标系称为所取标准历元T的协议地球坐标系，也称为协议惯性坐标系（CIS——Conventional Inertial System）
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9
协议天球坐标系的卫星坐标的转换
1将协议天球坐标系转换为瞬时平天球坐标系
（由于岁差引起的坐标轴指向的不同）
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