GPS定位坐标系统和时间系统.ppt

概述
GPS使用的坐标系统
GPS使用的时间系统
第二章 GPS使用的坐标系统和时间系统
GPS定位坐标系统和时间系统
2．1 概述
1 GPS使用的坐标系统
2 GPS使用的时间系统
GPS定位坐标系统和时间系统
GPS定位中，通常采用两种坐标系统：
惯性坐标系（Inertial System）
在空间固定的坐标系，坐标原点和坐标轴指向在空间保持不动，用来描述卫星或其他天体的位置和运动状态
如协议天球坐标系
非惯性坐标系（Non-Inertial System）
指与地球体相固联的坐标系统，又叫地固坐标系或地球坐标系。主要用于描述地表、水下或低空测点的空间位置和处理GPS观测数据
地固坐标系可分为
地心坐标系、参心坐标系和站心坐标系
天文坐标系、地心空间直角坐标系和地心大地坐标系皆属地心坐标系
1 GPS使用的坐标系统
GPS定位坐标系统和时间系统
确定一个坐标系需要定义三要素：
（1）坐标原点位置
（2）坐标轴指向
（3）单位尺度
不同时期、不同国家和地区对坐标系统三要素的定义不同
协议坐标系：为使用方便，国际上通过协议来统一某些全球坐标系，这种共同确定的坐标系就称为协议坐标系。
协议惯性坐标系
协议地球坐标系
坐标系统的三要素及协议坐标系
GPS定位坐标系统和时间系统
天体和卫星都是高速运行的运动体，时间系统是精确描述天体和卫星运行位置及其相互关系的重要基准，也是利用卫星进行导航定位的重要基准
测量时间也需要先定义时间基准，即定义时间的原点和单位尺度
历元：天文学上把观测资料所对应的时刻叫历元
起始历元：时间的原点。它可根据需要进行选择，不同时间系统可有不同的时间原点。
时间单位尺度是由时钟来确定的，不同时钟有不同的度量时间方式
从本质上讲，时间系统间的差异体现在时钟上。
2 GPS使用的时间系统
GPS定位坐标系统和时间系统
（1）GPS卫星作为高空已知点，其位置是瞬息万变的。时间度量的精度就意味着空间位置精度。
例如，若定轨误差要小于1cm，*10-6s
（2）GPS定位中站星距离是通过测定电磁波信号传播时间来确定的。时间误差与站星距离误差之间的关系是一个线性函数
（3）惯性系与地固系之间的坐标转换需要精确的时间尺度。地球在不断地作自转运动，地球上的点位在惯性坐标系中的坐标也以相同的速度变化。
时间误差在，该坐标误差可以达到5m
因此，利用GPS技术进行导航定位，需要高精度的时间信息
时间度量的精度对GPS定位非常重要
GPS定位坐标系统和时间系统
GPS使用的坐标系统
协议天球坐标系
协议地球坐标系（CTS）
坐标转换
地图投影与高斯-克吕格平面直角坐标系
GPS定位坐标系统和时间系统
2．2．1 协议天球坐标系
主要内容




GPS定位坐标系统和时间系统

天球（Celestial Sphere）：是一个半径巨大的假想的虚球，是天文学上用来描述天体位置的参照物
天球球面上的点、线、面和圈
天轴（Celestial Axis）—地球自转轴所在的直线
天极（Celestial Poles）—天轴与天球的两个交点。
北天极（NCP）
南天极（SCP）
有日心天球、地心天球和站心天球
GPS定位坐标系统和时间系统
天球赤道面：通过地球质心与天轴垂直的平面，与地球赤道面重合天球赤道：天球赤道面与天球相交的大圆时圈：通过天轴的平面与天球相交的半个大圆
黄道：地球公转轨道面与天球相交的大圆，即太阳在天球上的周年视运动轨迹
黄道面与赤道面的夹角ε，称为黄赤交角，约为º
黄极(EP-Ecliptic Poles)：通过天球中心，且垂直于黄道面的直线与天球的两个交点；靠近北天极的叫北黄极（NEP），靠近南天极的叫南黄极(SEP)
GPS定位坐标系统和时间系统