第三章-坐标系统讲课教案
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天球球面坐标系的定义： 原点位于地球的质心，赤经为含天轴和春分点的天球 子午面与经过天体s的天球子午面之间的交角，赤纬为 原点至天体的连线与天球赤道面的夹角，向径r为原点 至天体的距离。
天球空间直角坐标系与天球球面坐标系
天球空间直角坐标系与天球球面坐标系在表达同 一天体的位置时是等价的，二者可相互转换。
坐标系与坐标框架
坐标系：由明确的物理概念和严格的数学模型来定义的。 坐标框架：由一组点的坐标和速度来实现的，是坐标系的具体
实现。 FK4参考系是基于纽康姆理论中的黄道、岁差和伍拉德章动来定
义的，而FK4参考架就是包括1535颗基本星的FK4星表。 ICRS参考系，它是由遥远的河外射电源构成无旋转的准惯性参
BTS87
WGS84 0.071 -0.509 -0.166 -0.0173 0.0179 -0.0005 0.0067
ITRF
天球坐标系（ECI, ECSF）
1.天球的基本概念 天球：指以地球质心为中心，半径 r为任意长度的一个假想球体。
天轴与天极：地球自转轴的延伸直 线为天轴，天轴与天球的交点Pn( 北天极)Ps(南天极)称为天极。 天球赤道面与天球赤道：通过地球 质心与天轴垂直的平面为天球赤道 面，该面与天球相交的大圆为天球 赤道。 天球子午面与天球子午圈：包含天 轴并经过天球上任一点的平面为天 球子午面，该面与天球相交的大圆 为天球子午圈。
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，即当地球绕太阳公转 时，地球上的观测者所见到的太 阳在天球上的运动轨迹。黄道面 与赤道面的夹角称为黄赤交角， 约23.50。
黄极：通过天球中心，垂直于黄道 面的直线与天球的交点。靠近北 天极的交点n称北黄极，靠近 南天极的交点s称南黄极。
在GPS定位中， 坐标系原点一般取地球质心， 而坐标轴的指向具有一定的选择性 为了使用上的方便，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 的坐标系称为协议坐标系。
Conventional International Coordinate system
协议坐标系 [原点、轴向、尺度]
描述卫星（天体）的运行位置和状态 极其方便 根据牛顿引力定律 惯性参考坐标系，与地球自转无关
另一类是与地球体相固联的坐标系统 ECEF Earth-Centred Earth-fixed Coordinate System
表达地面观测站的位置 处理GPS观测数据
坐标系统是 由坐标原点位置、坐标轴指向和尺度所定义的。
第三章-坐标系统
主要内容
1 岁差 2 章动 3 极移 4 天球坐标系 5 地球坐标系 6 国际地球参考系与地心天球参考系的坐标
转换
坐标系统的类型
在GPS定位中，通常采用两类坐标系统： 一类是空间固定的坐标系 ECI , ECSF
Earth-Centred Inential Coordinate System; Earth-Centred Space-Fixed Coordinate System
白道：月球绕地球公转的轨道平面与天球相交的大圆。 赤道是地球表面的点随地球自转产生的轨迹中周长最长的圆
周线，赤道半径 6378.137Km ；两极半径 6359.752Km；平均 半径 6371.012Km ；赤道周长 40075.7Km。
为了描述天体在空间的运动，一般用以太阳系质心为原点 的天球参考架，如ICRF、依巴谷星表、FK5等。
考系，而这是由IERS分析全球VLBI观测所得到的一组射电源的 坐标来实现，如RSC（WGRF）95R01。
黄道、赤道和白道
太阳在天球上的“视运动”分为两种情形，即“周日视运动 ”和“周年视运动”。“周日视运动”即太阳每天的东升西 落现象，这实质上是由于地球自转引起的一种视觉效果；“ 周年视运动”指的是地球公转所引起的太阳在星座之间“穿 行”的现象。 天文学把太阳在天球上的周年视运动轨迹，既 太阳在天空中穿行的视路径的大圆，称为“黄道”，也就是 地球公转轨道面在天球上的投影。
描述地面上点的运动一般用以地球质心为原点的地面参考 架，如ITRF、NWL9D、GRS80等 。
在讨论天然卫星如月球，或人造卫星LAGEOSⅠ、Ⅱ等运动 时可以在太阳系质心参考系BRS或地心参考系GRS中讨论， 而天球参考架可以有运动学的，也可以有力学的。
随着国家经济和国防的需要，各国都有其自己的大地测量 坐标架，如我国在20世纪70年代建立的天文大地测量网， 美国国防部（DMA）在开展DOPPLER观测的基础上建立了 NWL9D，法国空间中心的MEDOC观测网，采用了MEDOC地面 参考架。
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。
在天文学和卫星大地测量学中，春 分点和天球赤道面是建立参考系 的重要基准点和基准面。
天球的概念
2.天球坐标系 在天球坐标系中，任一天体的位置可用天球空间直角坐 标系和天球球面坐标系来描述。
天球空间直角坐标系的定义： 原点位于地球的质心，z轴指向天球的北极Pn，x轴指向 春分点，y轴与x、z轴构成右手坐标系。
为了全球参考架的统一，有GRS80和IERS在1987年建立的BTS87，以 后法国地理局根据各种技术给出了包括全球200个台站的ITRF93、 ITRF94等等
系统1
系统2
TX TY TZ
D
R1
wenku.baidu.com
R2
R3
(m) (m) (m) (m) (m)
(m)
(m)
BTS87
SSC(DMA)7 0.071 -0.509 -4.666 0.5827 0.0179 -0.0005 -0.8073 7D01
NWL9D
WGS72 0.000 0.000 0.000 -0.8300 0.0000 0.0000 0.2600
WGS72
WGS84 0.000 0.000 4.000 0.2198 0.0000 0.0000 0.5540
SSC(DM)77S 01
WGS84 0.000 0.000 4.500 -0.6000 0.0000 0.0000 0.8140
天球空间直角坐标系与天球球面坐标系
天球空间直角坐标系与天球球面坐标系在表达同 一天体的位置时是等价的，二者可相互转换。
坐标系与坐标框架
坐标系：由明确的物理概念和严格的数学模型来定义的。 坐标框架：由一组点的坐标和速度来实现的，是坐标系的具体
实现。 FK4参考系是基于纽康姆理论中的黄道、岁差和伍拉德章动来定
义的，而FK4参考架就是包括1535颗基本星的FK4星表。 ICRS参考系，它是由遥远的河外射电源构成无旋转的准惯性参
BTS87
WGS84 0.071 -0.509 -0.166 -0.0173 0.0179 -0.0005 0.0067
ITRF
天球坐标系（ECI, ECSF）
1.天球的基本概念 天球：指以地球质心为中心，半径 r为任意长度的一个假想球体。
天轴与天极：地球自转轴的延伸直 线为天轴，天轴与天球的交点Pn( 北天极)Ps(南天极)称为天极。 天球赤道面与天球赤道：通过地球 质心与天轴垂直的平面为天球赤道 面，该面与天球相交的大圆为天球 赤道。 天球子午面与天球子午圈：包含天 轴并经过天球上任一点的平面为天 球子午面，该面与天球相交的大圆 为天球子午圈。
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，即当地球绕太阳公转 时，地球上的观测者所见到的太 阳在天球上的运动轨迹。黄道面 与赤道面的夹角称为黄赤交角， 约23.50。
黄极：通过天球中心，垂直于黄道 面的直线与天球的交点。靠近北 天极的交点n称北黄极，靠近 南天极的交点s称南黄极。
在GPS定位中， 坐标系原点一般取地球质心， 而坐标轴的指向具有一定的选择性 为了使用上的方便，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 的坐标系称为协议坐标系。
Conventional International Coordinate system
协议坐标系 [原点、轴向、尺度]
描述卫星（天体）的运行位置和状态 极其方便 根据牛顿引力定律 惯性参考坐标系，与地球自转无关
另一类是与地球体相固联的坐标系统 ECEF Earth-Centred Earth-fixed Coordinate System
表达地面观测站的位置 处理GPS观测数据
坐标系统是 由坐标原点位置、坐标轴指向和尺度所定义的。
第三章-坐标系统
主要内容
1 岁差 2 章动 3 极移 4 天球坐标系 5 地球坐标系 6 国际地球参考系与地心天球参考系的坐标
转换
坐标系统的类型
在GPS定位中，通常采用两类坐标系统： 一类是空间固定的坐标系 ECI , ECSF
Earth-Centred Inential Coordinate System; Earth-Centred Space-Fixed Coordinate System
白道：月球绕地球公转的轨道平面与天球相交的大圆。 赤道是地球表面的点随地球自转产生的轨迹中周长最长的圆
周线，赤道半径 6378.137Km ；两极半径 6359.752Km；平均 半径 6371.012Km ；赤道周长 40075.7Km。
为了描述天体在空间的运动，一般用以太阳系质心为原点 的天球参考架，如ICRF、依巴谷星表、FK5等。
考系，而这是由IERS分析全球VLBI观测所得到的一组射电源的 坐标来实现，如RSC（WGRF）95R01。
黄道、赤道和白道
太阳在天球上的“视运动”分为两种情形，即“周日视运动 ”和“周年视运动”。“周日视运动”即太阳每天的东升西 落现象，这实质上是由于地球自转引起的一种视觉效果；“ 周年视运动”指的是地球公转所引起的太阳在星座之间“穿 行”的现象。 天文学把太阳在天球上的周年视运动轨迹，既 太阳在天空中穿行的视路径的大圆，称为“黄道”，也就是 地球公转轨道面在天球上的投影。
描述地面上点的运动一般用以地球质心为原点的地面参考 架，如ITRF、NWL9D、GRS80等 。
在讨论天然卫星如月球，或人造卫星LAGEOSⅠ、Ⅱ等运动 时可以在太阳系质心参考系BRS或地心参考系GRS中讨论， 而天球参考架可以有运动学的，也可以有力学的。
随着国家经济和国防的需要，各国都有其自己的大地测量 坐标架，如我国在20世纪70年代建立的天文大地测量网， 美国国防部（DMA）在开展DOPPLER观测的基础上建立了 NWL9D，法国空间中心的MEDOC观测网，采用了MEDOC地面 参考架。
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。
在天文学和卫星大地测量学中，春 分点和天球赤道面是建立参考系 的重要基准点和基准面。
天球的概念
2.天球坐标系 在天球坐标系中，任一天体的位置可用天球空间直角坐 标系和天球球面坐标系来描述。
天球空间直角坐标系的定义： 原点位于地球的质心，z轴指向天球的北极Pn，x轴指向 春分点，y轴与x、z轴构成右手坐标系。
为了全球参考架的统一，有GRS80和IERS在1987年建立的BTS87，以 后法国地理局根据各种技术给出了包括全球200个台站的ITRF93、 ITRF94等等
系统1
系统2
TX TY TZ
D
R1
wenku.baidu.com
R2
R3
(m) (m) (m) (m) (m)
(m)
(m)
BTS87
SSC(DMA)7 0.071 -0.509 -4.666 0.5827 0.0179 -0.0005 -0.8073 7D01
NWL9D
WGS72 0.000 0.000 0.000 -0.8300 0.0000 0.0000 0.2600
WGS72
WGS84 0.000 0.000 4.000 0.2198 0.0000 0.0000 0.5540
SSC(DM)77S 01
WGS84 0.000 0.000 4.500 -0.6000 0.0000 0.0000 0.8140