GPS测量原理与应用第二章PPT课件

地心坐标系的表述形式
地心直角坐标系的定义：原点O与地球质心重合； Z轴指向国际协议原点CIO，X轴指向1968BIH定义 的格林尼治平均天文台的起始子午线与CIO的赤道 交点E，Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系，点 的坐标分别用XD、YD、ZD表示。
地心大地坐标系的定义：地球椭球的中心与地球质 心重合，椭球的短轴与地球自转轴重合，大地纬度 B为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角，大 地经度L为过地面点的椭球子午面与BIH定义的起始 大地子午面之间的夹角，大地高H为地面点沿椭球 面法线至椭球面的距离。
第二章 坐标系统与时间系统
§2-1 天球坐标系与地球坐标系
概述： 1．点的位置是用坐标来表示的，通过坐
标系统得以实现。 2．目前有两种不同的坐标系统：地球坐 标系和天球坐标系。 3．定义一个空间直角坐标系必须明确：
①原点位置；②坐标轴方向；③长度单位。
一、天球坐标系
1.天球的基本概念： 天球、天极、天球赤道、天球子午圈、
我国几种常用参心坐标系：
BJZ54、GDZ80
2．地心坐标系
地心坐标系分为地心空间大地直角坐标系 和地心大地坐标系等。地心空间大地直角坐标 系又可分为地心空间大地平面直角坐标系和空 间大地舜时直角坐标系。
1）建立地心坐标系的意义：
2）建立地心坐标系的最理想方法是采用空 间大地测量的方法。
3）地心坐标系的表述形式
虽然WGS-84与PZ-90的定义基本一致， 但由于存在测轨跟踪站站址坐标误差和测量
误差，定义的坐标系与实际使用的坐标系存 在一定的差距。实际上，PZ-90、WGS-84 或ITRF两两之间都有差异。PZ-90与WGS84在地球表面的坐标差异可达20 m，而 WGS-84与ITRF差异很小，在10cm以内。 可以认为是等同的。
中国自2008年7月1日起启用2000国家大地 坐标系。 CGCS2000定义：是右手地固直角坐 标系。原点在地心，Z轴为国际地球旋转局 （IERS）参考极（IRP）方向，X轴为IERS的 参考子午面（IRM）与垂直于Z轴的赤道面的交 线，Y轴Z轴和X轴构成右手正交坐标系。
3、地方独立坐标系 4、ITRF坐标框架 5、PZ90坐标系
天球基本概念（3）
春分点：天 黄极：过天 球赤道与黄 球中心垂直 道的交点称 于黄道面的 为春分点。 直线与天球
的交点称为 黄极，Пn 在北称为北 黄极，Пs 在南称为南
黄极。
岁差与章动：在外
力的作用下，地球的 自转轴在空间的指向 并不保持固定的方向 ，而是不断发生变化 。其中地轴的长期运 动称为岁差，而周期 运动称为章动。岁差 和章动引起天极和春 分点位置相对恒星的 变化。
南天极。
天球赤道：
通过地球质心 M与地轴垂直 的平面称为天 球赤道面，天 球赤道面与天 球相交的大圆 就称为天球赤 道。
天球基本概念（2）
时圈：包含 地轴的平面 与天球相交 的大圆称为 时圈。显然， 时圈也是一 个子午圈。
黄道：地球绕 黄赤交角： 太阳公转的轨 天球赤道面 道平面称为黄 与黄道面的 道面，它与天 交角ε约为 球相交的大圆 23．5°， 称为黄道。它 称为黄赤交 就是当地球绕 角。 太阳公转时， 观测者所看到 的太阳在天球 上运动的轨迹。
时圈、黄道、黄赤交角、春分点、黄极、 岁差与章动
2.天球坐标系的建立 1）天球空间直角坐标系 2）天球球面坐标系
天球基本概念（1）
天球：我们 把以地球M 为中心，以 无穷远的距 离为半径所 形成的球称 作天球。
天极：地球自
转的中心轴线 简称地轴，将 其延伸就是天 轴，天轴与天 球的交点称为 天极，Pn在北 称作北天极， PS，在南称作
WGS84坐标系
WGS一84坐标系的几何定义是：坐标 系的原点是地球的质心，Z轴指向 BIHl984．0定义的协议地球极(CTP)方向， X轴指向BIHl984．0的零度子午面和CTP赤 道的交点，y轴和Z、X轴构成右手坐标系。 如图所示。
WGS84坐标图
2、国家大地坐标系
●1954年北京坐标系 ●1980年国家大地坐标系 ●2000国家大地坐标系（China Geodetic Coordinate System 2000 简称CGCS2000）
GPS坐标系统构成
参心坐标系
G 地球坐标系
P
地心坐标系
S 坐
天球空间直角坐标系
标 天球坐标系 系
天球球面坐标系
二、地球坐标系
1．参心坐标系
建立一个参心大地坐标系，必须解决以下问 题：(1)确定椭球的形状和大小；(2)确定椭球中 心的位置，简称定位；(3)确定椭球中心为原点的 空间直角坐标系坐标轴的方向，简称定向；(4)确 定大地原点。
§2-2 WGS84坐标系和我国大地坐标系
1、WGS一84大地坐标系
WGS-84坐标系统的全称是World Geodical System-84（世界大地坐标系-84）， 它是一个地心地固坐标系统。WGS-84坐标系 统由美国国防部制图局建立，于1987年取代 了当时GPS所采用的坐标系统―WGS-72坐标 系统而成为GPS的所使用的坐标系统。
GLONASS卫星导航系统采用PZ-90坐标系。 PZ-90(俄语：Parametry Zelmy，翻译成英语为： ParameteroftheEarth)坐标系是俄罗斯进行地面 网与空间网联合攻关平差后建立的。有时也称为 PE-90。
PZ-90坐标系定义
坐标原点位于地球质心；Z轴指向 IERS推荐的协议地极原点(Conventional TerrestrialPole)，即1900—1905年的平 均北极，X轴指向地球赤道与BIH定义的零 子午线的交点，y轴满足右手坐标系。由该 定义知，PZ-90与国际地球参考框架ITRF 是一致的。
天球基本概念（4）
天球wk.baidu.com午圈
：包含天轴的
平面均称天球子 午面，天球子午 面与天球相交的 大圆称为天球子 午圈。
天球球面坐标系与天球空间直角坐标系
1.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γ ，Y轴与Z、 X轴构成右手坐标系。
2.天球球面坐标系：原 点位于地球质心M，赤经 α 为过春分点的天球子 午面之间的夹角，赤纬 为原点M和天体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之间的距离。