理学坐标系统和时间系统学习教案.pptx

会计学1理学坐标系统理学坐标系统(xtng)和时间系统和时间系统(xtng)第一页，共69页。2在在在在GPSGPS定位中，通常采用两类坐标系统：定位中，通常采用两类坐标系统：定位中，通常采用两类坐标系统：定位中，通常采用两类坐标系统：天球坐标系天球坐标系天球坐标系天球坐标系:该坐标系是一种惯性坐标系该坐标系是一种惯性坐标系该坐标系是一种惯性坐标系该坐标系是一种惯性坐标系,其坐标其坐标其坐标其坐标原点及各坐标轴指向在空间保持不便，与地球原点及各坐标轴指向在空间保持不便，与地球原点及各坐标轴指向在空间保持不便，与地球原点及各坐标轴指向在空间保持不便，与地球自转无关，对描述卫星的运行自转无关，对描述卫星的运行自转无关，对描述卫星的运行自转无关，对描述卫星的运行(ynxng)(ynxng)位置位置位置位置和状态极其方便。和状态极其方便。和状态极其方便。和状态极其方便。地球坐标系地球坐标系地球坐标系地球坐标系:与地球体相固联的坐标系统，该系与地球体相固联的坐标系统，该系与地球体相固联的坐标系统，该系与地球体相固联的坐标系统，该系统对表达地面观测站的位置和处理统对表达地面观测站的位置和处理统对表达地面观测站的位置和处理统对表达地面观测站的位置和处理GPSGPS观测数观测数观测数观测数据尤为方便。据尤为方便。据尤为方便。据尤为方便。第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位的坐标系统定位的坐标系统定位的坐标系统定位的坐标系统(xt(xt ng)ng)与时间系与时间系与时间系与时间系统统统统(xt(xt ng)ng)第1页/共69页第二页，共69页。3 第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统2.12.1协议协议协议协议(xiy)(xiy)天球坐标系天球坐标系天球坐标系天球坐标系天球的基本概念天球的基本概念天球的基本概念天球的基本概念天球：指以地球质心天球：指以地球质心天球：指以地球质心天球：指以地球质心MM为中心，半径为中心，半径为中心，半径为中心，半径r r为为为为任意长度的一个假任意长度的一个假任意长度的一个假任意长度的一个假想球体。为建立想球体。为建立想球体。为建立想球体。为建立(jinl)(jinl)球面坐标球面坐标球面坐标球面坐标系统，必须确定球系统，必须确定球系统，必须确定球系统，必须确定球面上的一些参考点、面上的一些参考点、面上的一些参考点、面上的一些参考点、线、面和圈。线、面和圈。线、面和圈。线、面和圈。天轴与天极：地球自天轴与天极：地球自天轴与天极：地球自天轴与天极：地球自转轴的延伸直线为转轴的延伸直线为转轴的延伸直线为转轴的延伸直线为天轴，天轴与天球天轴，天轴与天球天轴，天轴与天球天轴，天轴与天球的交点的交点的交点的交点Pn(Pn(北天极北天极北天极北天极)Ps()Ps(南天极南天极南天极南天极)称为称为称为称为天极。天极。天极。天极。天球天球(tinqi)第2页/共69页第三页，共69页。4第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位定位定位定位(dngwi)(dngwi)的坐标系统与时间系统的坐标系统与时间系统的坐标系统与时间系统的坐标系统与时间系统2.12.1协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系天球的基本概念天球的基本概念天球的基本概念天球的基本概念天球赤道面与天球赤道天球赤道面与天球赤道天球赤道面与天球赤道天球赤道面与天球赤道 通过地球质心通过地球质心通过地球质心通过地球质心MM与天轴与天轴与天轴与天轴垂直的平面为天球赤道垂直的平面为天球赤道垂直的平面为天球赤道垂直的平面为天球赤道面面面面(与地球赤道面重合与地球赤道面重合与地球赤道面重合与地球赤道面重合).).该面与天球相交的大该面与天球相交的大该面与天球相交的大该面与天球相交的大圆圆圆圆(d yun)(d yun)为天球赤道。为天球赤道。为天球赤道。为天球赤道。天球子午面与天球子午圈：天球子午面与天球子午圈：天球子午面与天球子午圈：天球子午面与天球子午圈：包含天轴并经过地球上包含天轴并经过地球上包含天轴并经过地球上包含天轴并经过地球上任一点的平面为天球子任一点的平面为天球子任一点的平面为天球子任一点的平面为天球子午面，该面与天球相交午面，该面与天球相交午面，该面与天球相交午面，该面与天球相交的大圆的大圆的大圆的大圆(d yun)(d yun)为天球为天球为天球为天球子午圈。子午圈。子午圈。子午圈。天球天球(tinqi)第3页/共69页第四页，共69页。5时圈：通过天轴的平面时圈：通过天轴的平面时圈：通过天轴的平面时圈：通过天轴的平面(pngmin)(pngmin)与天球与天球与天球与天球相交的半个大圆。相交的半个大圆。相交的半个大圆。相交的半个大圆。黄道：地球公转的轨道黄道：地球公转的轨道黄道：地球公转的轨道黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大面与天球相交的大面与天球相交的大面与天球相交的大圆，即当地球绕太圆，即当地球绕太圆，即当地球绕太圆，即当地球绕太阳公转时，地球上阳公转时，地球上阳公转时，地球上阳公转时，地球上的观测者所见到的的观测者所见到的的观测者所见到的的观测者所见到的太阳在天球上的运太阳在天球上的运太阳在天球上的运太阳在天球上的运动轨迹称为黄道。动轨迹称为黄道。动轨迹称为黄道。动轨迹称为黄道。黄道面与赤道面的黄道面与赤道面的黄道面与赤道面的黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，夹角称为黄赤交角，夹角称为黄赤交角，夹角称为黄赤交角，约约约约23.50o23.50o。天球天球(tinqi)第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统2.12.1协议协议协议协议(xiy)(xiy)天球坐标系天球坐标系天球坐标系天球坐标系天球的基本概念天球的基本概念天球的基本概念天球的基本概念第4页/共69页第五页，共69页。6黄极黄极黄极黄极:通过天球中心，垂直通过天球中心，垂直通过天球中心，垂直通过天球中心，垂直于黄道面的直线与天球的交于黄道面的直线与天球的交于黄道面的直线与天球的交于黄道面的直线与天球的交点。靠近北天极的交点点。靠近北天极的交点点。靠近北天极的交点点。靠近北天极的交点n n称北黄极，靠近南天极的交称北黄极，靠近南天极的交称北黄极，靠近南天极的交称北黄极，靠近南天极的交点点点点s s称南黄极。称南黄极。称南黄极。称南黄极。春分点：当太阳在黄道上从春分点：当太阳在黄道上从春分点：当太阳在黄道上从春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行天球南半球向北半球运行天球南半球向北半球运行天球南半球向北半球运行(ynxng)(ynxng)时，黄道与天球时，黄道与天球时，黄道与天球时，黄道与天球赤道的交点赤道的交点赤道的交点赤道的交点。在天文学和卫星在天文学和卫星(wixng)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。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。天球天球(tinqi)第二章第二章第二章第二章 GPSGPS定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统2.12.1协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系天球的基本概念天球的基本概念天球的基本概念天球的基本概念第5页/共69页第六页，共69页。7第6页/共69页第七页，共69页。8第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位的坐标定位的坐标定位的坐标定位的坐标(zubio)(zubio)系统与时间系统系统与时间系统系统与时间系统系统与时间系统2.12.1协议天球坐标协议天球坐标协议天球坐标协议天球坐标(zubio)(zubio)系系系系天球坐标天球坐标天球坐标天球坐标(zubio)(zubio)系系系系 在天球坐标系中，任一天体的位置可用天球空间直角在天球坐标系中，任一天体的位置可用天球空间直角在天球坐标系中，任一天体的位置可用天球空间直角在天球坐标系中，任一天体的位置可用天球空间直角 坐标坐标坐标坐标系和天球球面坐标系来描述。系和天球球面坐标系来描述。系和天球球面坐标系来描述。系和天球球面坐标系来描述。天球空间直角坐标系天球空间直角坐标系天球空间直角坐标系天球空间直角坐标系(x,y,z)(x,y,z)：原点位于地球的质心：原点位于地球的质心：原点位于地球的质心：原点位于地球的质心MM，z z轴轴轴轴指向天球的北极指向天球的北极指向天球的北极指向天球的北极PnPn，x x轴指向春分点，轴指向春分点，轴指向春分点，轴指向春分点，y y轴与轴与轴与轴与x x、z z轴构成轴构成轴构成轴构成(guchng)(guchng)右手坐标系。右手坐标系。右手坐标系。右手坐标系。天球球面坐标系：原点位于地球的质心，赤经为含天轴和春天球球面坐标系：原点位于地球的质心，赤经为含天轴和春天球球面坐标系：原点位于地球的质心，赤经为含天轴和春天球球面坐标系：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分点的天球子午面与经过天体分点的天球子午面与经过天体分点的天球子午面与经过天体s s的天球子午面之间的交角，的天球子午面之间的交角，的天球子午面之间的交角，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，向径赤纬为原点至天体的连线与天球赤道面的夹角，向径赤纬为原点至天体的连线与天球赤道面的夹角，向径赤纬为原点至天体的连线与天球赤道面的夹角，向径r r为为为为原点至天体的距离。原点至天体的距离。原点至天体的距离。原点至天体的距离。第7页/共69页第八页，共69页。9第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统2.12.1协议协议协议协议(xiy)(xiy)天球坐标系天球坐标系天球坐标系天球坐标系天球坐标系天球坐标系天球坐标系天球坐标系第8页/共69页第九页，共69页。10第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位定位定位定位(dngwi)(dngwi)的坐标系统与时间系统的坐标系统与时间系统的坐标系统与时间系统的坐标系统与时间系统2.12.1协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系岁差与章动岁差与章动岁差与章动岁差与章动天球坐标系的定义是这样的，原点是地球质心（天球坐标系的定义是这样的，原点是地球质心（天球坐标系的定义是这样的，原点是地球质心（天球坐标系的定义是这样的，原点是地球质心（O O O O），），），），Z Z Z Z轴指向地球自转轴（天极，向轴指向地球自转轴（天极，向轴指向地球自转轴（天极，向轴指向地球自转轴（天极，向北为正），北为正），北为正），北为正），X X X X轴指向春分点，根据春分点的定义可以证明轴指向春分点，根据春分点的定义可以证明轴指向春分点，根据春分点的定义可以证明轴指向春分点，根据春分点的定义可以证明X X X X轴与轴与轴与轴与Z Z Z Z轴互相垂直，且轴互相垂直，且轴互相垂直，且轴互相垂直，且X X X X轴在赤道面上，同时为数学描述方便，引入与轴在赤道面上，同时为数学描述方便，引入与轴在赤道面上，同时为数学描述方便，引入与轴在赤道面上，同时为数学描述方便，引入与XOZXOZXOZXOZ成右手旋转关系的成右手旋转关系的成右手旋转关系的成右手旋转关系的Y Y Y Y轴。轴。轴。轴。天球坐标系与地球自转无关，对于描述天体或人造卫星的位置和状态尤为方天球坐标系与地球自转无关，对于描述天体或人造卫星的位置和状态尤为方天球坐标系与地球自转无关，对于描述天体或人造卫星的位置和状态尤为方天球坐标系与地球自转无关，对于描述天体或人造卫星的位置和状态尤为方便。但前提便。但前提便。但前提便。但前提(qint)(qint)(qint)(qint)是：假设地球为均质球体，且没有其他天体摄动力影响。实是：假设地球为均质球体，且没有其他天体摄动力影响。实是：假设地球为均质球体，且没有其他天体摄动力影响。实是：假设地球为均质球体，且没有其他天体摄动力影响。实际上，地球为不规则椭球体，在日月引力和其他天体引力作用下，地球自转轴的际上，地球为不规则椭球体，在日月引力和其他天体引力作用下，地球自转轴的际上，地球为不规则椭球体，在日月引力和其他天体引力作用下，地球自转轴的际上，地球为不规则椭球体，在日月引力和其他天体引力作用下，地球自转轴的方向不再保持不变，这使春分点在黄道上产生缓慢的西移现象，即岁差。在岁差方向不再保持不变，这使春分点在黄道上产生缓慢的西移现象，即岁差。在岁差方向不再保持不变，这使春分点在黄道上产生缓慢的西移现象，即岁差。在岁差方向不再保持不变，这使春分点在黄道上产生缓慢的西移现象，即岁差。在岁差影响下，地球自转轴在空间绕黄北极产生缓慢旋转（在北天极上方观察为顺时针）影响下，地球自转轴在空间绕黄北极产生缓慢旋转（在北天极上方观察为顺时针）影响下，地球自转轴在空间绕黄北极产生缓慢旋转（在北天极上方观察为顺时针）影响下，地球自转轴在空间绕黄北极产生缓慢旋转（在北天极上方观察为顺时针），因而使北天极以同样方式绕黄北极旋转。这种有规律的北天极，通常称为瞬时，因而使北天极以同样方式绕黄北极旋转。这种有规律的北天极，通常称为瞬时，因而使北天极以同样方式绕黄北极旋转。这种有规律的北天极，通常称为瞬时，因而使北天极以同样方式绕黄北极旋转。这种有规律的北天极，通常称为瞬时平北天极（平北天极），对应为瞬时天球平赤道、瞬时平春分点。在太阳和其他平北天极（平北天极），对应为瞬时天球平赤道、瞬时平春分点。在太阳和其他平北天极（平北天极），对应为瞬时天球平赤道、瞬时平春分点。在太阳和其他平北天极（平北天极），对应为瞬时天球平赤道、瞬时平春分点。在太阳和其他行星引力影响下，如果把观测时的北天极称为瞬时北天极（真北天极），那么瞬行星引力影响下，如果把观测时的北天极称为瞬时北天极（真北天极），那么瞬行星引力影响下，如果把观测时的北天极称为瞬时北天极（真北天极），那么瞬行星引力影响下，如果把观测时的北天极称为瞬时北天极（真北天极），那么瞬时北天极将绕瞬时平北天极旋转称为章动。时北天极将绕瞬时平北天极旋转称为章动。时北天极将绕瞬时平北天极旋转称为章动。时北天极将绕瞬时平北天极旋转称为章动。真北天极真北天极真北天极真北天极-平北天极平北天极平北天极平北天极 真春分点真春分点真春分点真春分点-平春分点平春分点平春分点平春分点第9页/共69页第十页，共69页。11第10页/共69页第十一页，共69页。12第11页/共69页第十二页，共69页。13第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位的坐标系统定位的坐标系统定位的坐标系统定位的坐标系统(xt(xt ng)ng)与时间系统与时间系统与时间系统与时间系统(xt(xt ng)ng)2.12.1协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系n n协议天球坐标系：在岁差和章动影响下，瞬时天球坐标系的坐标轴指向不断变化，为建立一个与惯性坐协议天球坐标系：在岁差和章动影响下，瞬时天球坐标系的坐标轴指向不断变化，为建立一个与惯性坐协议天球坐标系：在岁差和章动影响下，瞬时天球坐标系的坐标轴指向不断变化，为建立一个与惯性坐协议天球坐标系：在岁差和章动影响下，瞬时天球坐标系的坐标轴指向不断变化，为建立一个与惯性坐标系相近的坐标系，人们通常选择某一时刻作为标准历元，并将此刻地球的瞬时自转轴标系相近的坐标系，人们通常选择某一时刻作为标准历元，并将此刻地球的瞬时自转轴标系相近的坐标系，人们通常选择某一时刻作为标准历元，并将此刻地球的瞬时自转轴标系相近的坐标系，人们通常选择某一时刻作为标准历元，并将此刻地球的瞬时自转轴(指向北极指向北极指向北极指向北极)和地和地和地和地心至瞬时春分点的方向，经该瞬时的岁差和章动改正心至瞬时春分点的方向，经该瞬时的岁差和章动改正心至瞬时春分点的方向，经该瞬时的岁差和章动改正心至瞬时春分点的方向，经该瞬时的岁差和章动改正(g(g izhng)izhng)后，分别作为后，分别作为后，分别作为后，分别作为Z Z轴和轴和轴和轴和X X轴的指向。由此轴的指向。由此轴的指向。由此轴的指向。由此所构成的空间固定坐标系，称为所取标准历元时刻的平天球坐标系，或协议天球坐标系，也称协议惯性所构成的空间固定坐标系，称为所取标准历元时刻的平天球坐标系，或协议天球坐标系，也称协议惯性所构成的空间固定坐标系，称为所取标准历元时刻的平天球坐标系，或协议天球坐标系，也称协议惯性所构成的空间固定坐标系，称为所取标准历元时刻的平天球坐标系，或协议天球坐标系，也称协议惯性坐标系坐标系坐标系坐标系(CIS)(CIS)，天体的星历通常都是在该系统中表示。，天体的星历通常都是在该系统中表示。，天体的星历通常都是在该系统中表示。，天体的星历通常都是在该系统中表示。n n为了将协议天球坐标系的卫星坐标，转换到观测历元的瞬时天球坐标，通常可分两步为了将协议天球坐标系的卫星坐标，转换到观测历元的瞬时天球坐标，通常可分两步为了将协议天球坐标系的卫星坐标，转换到观测历元的瞬时天球坐标，通常可分两步为了将协议天球坐标系的卫星坐标，转换到观测历元的瞬时天球坐标，通常可分两步:n n 协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系瞬时平天球坐标系（岁差旋转）瞬时平天球坐标系（岁差旋转）瞬时平天球坐标系（岁差旋转）瞬时平天球坐标系（岁差旋转）n n 瞬时平天球坐标系瞬时平天球坐标系瞬时平天球坐标系瞬时平天球坐标系瞬时天球坐标系（章动旋转）瞬时天球坐标系（章动旋转）瞬时天球坐标系（章动旋转）瞬时天球坐标系（章动旋转）n n在实际工作中，坐标系统的转换，一般都借助计算机及相应软件自动完成。在实际工作中，坐标系统的转换，一般都借助计算机及相应软件自动完成。在实际工作中，坐标系统的转换，一般都借助计算机及相应软件自动完成。在实际工作中，坐标系统的转换，一般都借助计算机及相应软件自动完成。第12页/共69页第十三页，共69页。14第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统2.12.1协议协议协议协议(xiy)(xiy)天球坐标系天球坐标系天球坐标系天球坐标系协议协议协议协议(xiy)(xiy)天球坐标系天球坐标系天球坐标系天球坐标系瞬时天球坐标系：原点位于地球质心，瞬时天球坐标系：原点位于地球质心，z z轴指向瞬时地球自转方向轴指向瞬时地球自转方向(真天极真天极)，x x轴指向瞬时春分点（真春分点），轴指向瞬时春分点（真春分点），y y轴按构成右手坐标系取向。轴按构成右手坐标系取向。瞬时天球坐标系，即真天球坐标系瞬时天球坐标系，即真天球坐标系可以方便地球坐标系坐标系相互可以方便地球坐标系坐标系相互(xingh)(xingh)变换，但由于真天极和真变换，但由于真天极和真春分点方向不断变化，使瞬时极天春分点方向不断变化，使瞬时极天球坐标系的坐标轴指向不断变化。球坐标系的坐标轴指向不断变化。第13页/共69页第十四页，共69页。15第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位的坐标系统与时间定位的坐标系统与时间定位的坐标系统与时间定位的坐标系统与时间(shjin)(shjin)系统系统系统系统2.12.1协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系协议天球坐标系 因为地球自转轴受其它天体影响（日、月）在空间产生进动，使得因为地球自转轴受其它天体影响（日、月）在空间产生进动，使得因为地球自转轴受其它天体影响（日、月）在空间产生进动，使得因为地球自转轴受其它天体影响（日、月）在空间产生进动，使得(sh de)(sh de)(sh de)(sh de)春分点变化（章动和岁差），导致用春分点变化（章动和岁差），导致用春分点变化（章动和岁差），导致用春分点变化（章动和岁差），导致用“瞬时天极瞬时天极瞬时天极瞬时天极”定义的坐标系不断旋转，而旋定义的坐标系不断旋转，而旋定义的坐标系不断旋转，而旋定义的坐标系不断旋转，而旋转的坐标系表现出非惯性的特性，不能直接应用牛顿定律。我们可以用某一历元转的坐标系表现出非惯性的特性，不能直接应用牛顿定律。我们可以用某一历元转的坐标系表现出非惯性的特性，不能直接应用牛顿定律。我们可以用某一历元转的坐标系表现出非惯性的特性，不能直接应用牛顿定律。我们可以用某一历元时刻的天极和春分点（协议天极和协议春分点）定义一个三轴指向不变的天球坐时刻的天极和春分点（协议天极和协议春分点）定义一个三轴指向不变的天球坐时刻的天极和春分点（协议天极和协议春分点）定义一个三轴指向不变的天球坐时刻的天极和春分点（协议天极和协议春分点）定义一个三轴指向不变的天球坐标系，称为协议天球坐标系。标系，称为协议天球坐标系。标系，称为协议天球坐标系。标系，称为协议天球坐标系。平天球坐标系就是三轴指向不变的坐标系。选择某一个历元时刻平天球坐标系就是三轴指向不变的坐标系。选择某一个历元时刻平天球坐标系就是三轴指向不变的坐标系。选择某一个历元时刻平天球坐标系就是三轴指向不变的坐标系。选择某一个历元时刻(即时刻的起算即时刻的起算即时刻的起算即时刻的起算点点点点)，以此瞬间的地球自转轴和春分点方向分别扣除此瞬间的章动值作为，以此瞬间的地球自转轴和春分点方向分别扣除此瞬间的章动值作为，以此瞬间的地球自转轴和春分点方向分别扣除此瞬间的章动值作为，以此瞬间的地球自转轴和春分点方向分别扣除此瞬间的章动值作为z z z z轴和轴和轴和轴和X X X X轴指向，轴指向，轴指向，轴指向，y y y y轴按构成右手坐标系取向，坐标系原点与真天球坐标系相同。这样的轴按构成右手坐标系取向，坐标系原点与真天球坐标系相同。这样的轴按构成右手坐标系取向，坐标系原点与真天球坐标系相同。这样的轴按构成右手坐标系取向，坐标系原点与真天球坐标系相同。这样的坐标系称为该历元时刻的平天球坐标系。坐标系称为该历元时刻的平天球坐标系。坐标系称为该历元时刻的平天球坐标系。坐标系称为该历元时刻的平天球坐标系。瞬时极天球坐标系与历元平天球坐标系之间的坐标变换可以通过岁差与章动两瞬时极天球坐标系与历元平天球坐标系之间的坐标变换可以通过岁差与章动两瞬时极天球坐标系与历元平天球坐标系之间的坐标变换可以通过岁差与章动两瞬时极天球坐标系与历元平天球坐标系之间的坐标变换可以通过岁差与章动两次旋转变换来实现。（首先是北天极绕黄北极运动，其次是瞬时北天极绕瞬时平次旋转变换来实现。（首先是北天极绕黄北极运动，其次是瞬时北天极绕瞬时平次旋转变换来实现。（首先是北天极绕黄北极运动，其次是瞬时北天极绕瞬时平次旋转变换来实现。（首先是北天极绕黄北极运动，其次是瞬时北天极绕瞬时平北天极转动）北天极转动）北天极转动）北天极转动）第14页/共69页第十五页，共69页。16第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位的坐标系统与时间定位的坐标系统与时间定位的坐标系统与时间定位的坐标系统与时间(shjin)(shjin)系统系统系统系统2.22.2协议地球坐标系协议地球坐标系协议地球坐标系协议地球坐标系地球坐标系地球坐标系地球坐标系地球坐标系由于天球坐标系与地球自转无关，导致地球上一固定点在天球坐标系中的坐标随地球由于天球坐标系与地球自转无关，导致地球上一固定点在天球坐标系中的坐标随地球由于天球坐标系与地球自转无关，导致地球上一固定点在天球坐标系中的坐标随地球由于天球坐标系与地球自转无关，导致地球上一固定点在天球坐标系中的坐标随地球自转而变化，应用不方便。自转而变化，应用不方便。自转而变化，应用不方便。自转而变化，应用不方便。为了描述地面为了描述地面为了描述地面为了描述地面(dmin)(dmin)观测点的位置，有必要建立与地球体相固联的坐标系观测点的位置，有必要建立与地球体相固联的坐标系观测点的位置，有必要建立与地球体相固联的坐标系观测点的位置，有必要建立与地球体相固联的坐标系地球坐地球坐地球坐地球坐标系（有时称地固坐标系）。标系（有时称地固坐标系）。标系（有时称地固坐标系）。标系（有时称地固坐标系）。地球坐标系有两种表达方式，即空间直角坐标系和大地坐标系。地球坐标系有两种表达方式，即空间直角坐标系和大地坐标系。地球坐标系有两种表达方式，即空间直角坐标系和大地坐标系。地球坐标系有两种表达方式，即空间直角坐标系和大地坐标系。第15页/共69页第十六页，共69页。17第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位定位定位定位(dngwi)(dngwi)的坐标系统与时间系统的坐标系统与时间系统的坐标系统与时间系统的坐标系统与时间系统2.22.2协议地球坐标系协议地球坐标系协议地球坐标系协议地球坐标系地球坐标系地球坐标系地球坐标系地球坐标系n n空间直角坐标系空间直角坐标系n n 地球空间直角坐标系的定义是：原点地球空间直角坐标系的定义是：原点O与地球质心重合，与地球质心重合，Z轴指向轴指向(zh xin)地球地球北极，北极，X轴指向轴指向(zh xin)格林尼治平子午格林尼治平子午面与地球赤道的交点面与地球赤道的交点E，Y轴垂直于轴垂直于XOZ平平面构成右手坐标系。面构成右手坐标系。第16页/共69页第十七页，共69页。18第17页/共69页第十八页，共69页。19第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位的坐标定位的坐标定位的坐标定位的坐标(zubio)(zubio)系统与时间系统系统与时间系统系统与时间系统系统与时间系统2.22.2协议地球坐标协议地球坐标协议地球坐标协议地球坐标(zubio)(zubio)系系系系地球坐标地球坐标地球坐标地球坐标(zubio)(zubio)系系系系大地坐标系中的参考面是长半轴为大地坐标系中的参考面是长半轴为大地坐标系中的参考面是长半轴为大地坐标系中的参考面是长半轴为a a，以短半轴，以短半轴，以短半轴，以短半轴b b为旋为旋为旋为旋转轴的椭球面。地球椭圆的中心转轴的椭球面。地球椭圆的中心转轴的椭球面。地球椭圆的中心转轴的椭球面。地球椭圆的中心(zhngxn)(zhngxn)与地球与地球与地球与地球质心重合；椭球短轴与地球自转轴重合。质心重合；椭球短轴与地球自转轴重合。质心重合；椭球短轴与地球自转轴重合。质心重合；椭球短轴与地球自转轴重合。大地纬度大地纬度大地纬度大地纬度B B为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角，为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角，为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角，为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角，自自自自XOYXOY面向面向面向面向OZOZ轴方向量取为正。轴方向量取为正。轴方向量取为正。轴方向量取为正。大地经度大地经度大地经度大地经度L L为过地面点的椭球子午面与格林尼治平子午为过地面点的椭球子午面与格林尼治平子午为过地面点的椭球子午面与格林尼治平子午为过地面点的椭球子午面与格林尼治平子午面之间的夹角，即面之间的夹角，即面之间的夹角，即面之间的夹角，即ZOXZOX平面与平面与平面与平面与ZOPZOP平面的夹角，自平面的夹角，自平面的夹角，自平面的夹角，自ZOXZOX平面起算右旋为正。平面起算右旋为正。平面起算右旋为正。平面起算右旋为正。大地高程大地高程大地高程大地高程HH为地面点沿椭球法线至椭球面的距离，以远为地面点沿椭球法线至椭球面的距离，以远为地面点沿椭球法线至椭球面的距离，以远为地面点沿椭球法线至椭球面的距离，以远离椭球面中心离椭球面中心离椭球面中心离椭球面中心(zhngxn)(zhngxn)方向为正。方向为正。方向为正。方向为正。第18页/共69页第十九页，共69页。20第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统2.22.2协议协议协议协议(xiy)(xiy)地球坐标系地球坐标系地球坐标系地球坐标系地球坐标系地球坐标系地球坐标系地球坐标系第19页/共69页第二十页，共69页。21第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位的坐标系统定位的坐标系统定位的坐标系统定位的坐标系统(xt(xt ng)ng)与时间系统与时间系统与时间系统与时间系统(xt(xt ng)ng)2.22.2协议地球坐标系协议地球坐标系协议地球坐标系协议地球坐标系地球坐标系地球坐标系地球坐标系地球坐标系大地大地(dd)坐标系和空间直角坐标系坐标系和空间直角坐标系第20页/共69页第二十一页，共69页。22第21页/共69页第二十二页，共69页。23第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统2.22.2协议协议协议协议(xiy)(xiy)地球坐标系地球坐标系地球坐标系地球坐标系极移与协议极移与协议极移与协议极移与协议(xiy)(xiy)地球坐标系地球坐标系地球坐标系地球坐标系n n极移：地球自转轴不仅受日、月引力作用而使其在空间变化，而且极移：地球自转轴不仅受日、月引力作用而使其在空间变化，而且(r qi)(r qi)还还受到地球内部质量不均匀影响而在地球体内部运动。前者导致岁差和章动，受到地球内部质量不均匀影响而在地球体内部运动。前者导致岁差和章动，后者导致极移。地球自转轴相对地球体的位置并不是固定的，因而，地极点后者导致极移。地球自转轴相对地球体的位置并不是固定的，因而，地极点在地球表面上的位置，是随时间而变化的。这种现象称为地极移动，简称极在地球表面上的位置，是随时间而变化的。这种现象称为地极移动，简称极移。观测瞬间地球自转轴所处的位置，我们称为瞬时地球自转轴，而相应的移。观测瞬间地球自转轴所处的位置，我们称为瞬时地球自转轴，而相应的极点称为瞬时极。极点称为瞬时极。第22页/共69页第二十三页，共69页。24第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统2.22.2协议协议协议协议(xiy)(xiy)地球坐标系地球坐标系地球坐标系地球坐标系极移与协议极移与协议极移与协议极移与协议(xiy)(xiy)地球坐标系地球坐标系地球坐标系地球坐标系瞬时(shn sh)极与平极的关系1900年国际大地测量与地球物理联合会以年国际大地测量与地球物理联合会以190000190505年地球自转轴瞬时位置年地球自转轴瞬时位置(wi zhi)的平均位置的平均位置(wi zhi)作为地球的固定极称为国际协定原点作为地球的固定极称为国际协定原点CIO。定义平地球坐标系的。定义平地球坐标系的 z轴指向国际协定原点。轴指向国际协定原点。第23页/共69页第二十四页，共69页。25第24页/共69页第二十五页，共69页。26第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位的坐标系统定位的坐标系统定位的坐标系统定位的坐标系统(xt(xt ng)ng)与时间系统与时间系统与时间系统与时间系统(xt(xt ng)ng)2.22.2协议地球坐标系协议地球坐标系协议地球坐标系协议地球坐标系极移与协议地球坐标系极移与协议地球坐标系极移与协议地球坐标系极移与协议地球坐标系 以协议地极（以协议地极（CTP）为基准）为基准点的地球点的地球(dqi)坐标系，称坐标系，称为协议地球为协议地球(dqi)坐标系坐标系（CTS），与瞬时极相对应的），与瞬时极相对应的地球地球(dqi)坐标系，称为瞬坐标系，称为瞬时地球时地球(dqi)坐标系坐标系 瞬时地球瞬时地球(dqi)坐标系：坐标系：原点位于地球原点位于地球(dqi)质心，质心，z轴指向瞬时地球轴指向瞬时地球(dqi)自转自转方向方向(真天极真天极)，x轴指向瞬时轴指向瞬时赤道面和包含瞬时地球赤道面和包含瞬时地球(dqi)自转轴与平均天文台自转轴与平均天文台赤道参考点的子午之交点，赤道参考点的子午之交点，y轴按构成右手坐标系取向。轴按构成右手坐标系取向。第25页/共69页第二十六页，共69页。27第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统定位的坐标系统与时间系统2.32.3协议地球协议地球协议地球协议地球(dqi)(dqi)坐标系与协议天球坐标系的转换坐标系与协议天球坐标系的转换坐标系与协议天球坐标系的转换坐标系与协议天球坐标系的转换n n两坐标系比较：两坐标系比较：n n原点相同、原点相同、Z Z轴指向相同、轴指向相同、X X轴指向不同（其间夹角为春分点的格林尼轴指向不同（其间夹角为春分点的格林尼治恒星时）治恒星时）n n在卫星定位测量中，通常在协议在卫星定位测量中，通常在协议(xiy)(xiy)天球坐标系中研究卫星运动轨天球坐标系中研究卫星运动轨道，在协议道，在协议(xiy)(xiy)地球坐标系中研究地面点的坐标。这样就需要进行地球坐标系中研究地面点的坐标。这样就需要进行坐标系的变换。坐标系的变换。第26页/共69页第二十七页，共69页。28第27页/共69页第二十八页，共69页。29第28页/共69页第二十九页，共69页。30第二章第二章第二章第二章 GPS GPS定位的坐标系统定位的坐标系统定位的坐标系统定位的坐标系统(xt(xt ng)ng)与时间系统与时间系统与时间系统与时间系统(xt(xt ng)ng)2.42.4国家坐标系与地方坐标系国家坐标系与地方坐标系国家坐标系与地方坐标系国家坐标系与地方坐标系参心坐标系参心坐标系参心坐标系参心坐标系 在经典大地测量中，为了处理观测成果和传算地在经典大地测量中，为了处理观测成果和传算地在经典大地测量中，为了处理观测成果和传算地在经典大地测量中，为了处理观测成果和传算地面控制网的坐标，通常须选取一参考椭球面作为基本面控制网的坐标，通常须选取一参考椭球面作为基本面控制网的坐标，通常须选取一参考椭球面作为基本面控制网的坐标，通常须选取一参考椭球面作为基本参考面，选一参考点作为大地测量的起算点参考面，选一参考点作为大地测量的起算点参考面，选一参考点作为大地测量的起算点参考面，选一参考点作为大地测量的起算点(大地原大地原大地原大地原点点点点)，利用，利用，利用，利用(lyng)(lyng)大地原点的天文观测量来确定参大地原点的天文观测量来确定参大地原点的天文观测量来确定参大地原点的天文观测量来确定参考椭球在地球内部的位置和方向。参心坐标系中的考椭球在地球内部的位置和方向。参心坐标系中的考椭球在地球内部的位置和方向。参心坐标系中的考椭球在地球内部的位置和方向。参心坐标系中的“参心参心参心参心”二字意指参考椭球的中心，所以，参心坐标系二字意指参考椭球的中心，所以，参心坐标系二字意指参考椭球的中心，所以，参心坐标系二字意指参考椭球的中心，所以，参心坐标系和参考椭球密切相关。由于参考椭球中心无法与地球和参考椭球密切相关。由于参考椭球中心无法与地球和参考椭球密切相关。由于参考椭球中心无法与地球和参考椭球密切相关。由于参考椭球中心无法与地球质心重合，故又称其为非地心坐标系。参心坐标系按质心重合，故又称其为非地心坐标系。参心坐标系按质心重合，故又称其为非地心坐标系。参心坐标系按质心重合，故又称其为非地心坐标系。参心坐标系按其应用又分为参心大地坐标系和参心空间直角坐标系其应用又分为参心大地坐标系和参心空间直角坐标系其应用又分为参心大地坐标系和参心空间直角坐标系其应用又分为参心大地坐标系和参心空间直角坐标系两种。两种。两种。两种。建立一个参心大地坐标系，必须解决以下问题：建立一个参心大地坐标系，必须解决以下问题：建立一个参心大地坐标系，必须解决以下问题：建立一个参心大地坐标系，必须解决以下问题：确确确确定椭球的形状和大小；定椭球的形状和大小；定椭球的形状和大小；定椭球的形状和大小；确定椭球中心的位置，简称确定椭球中心的位置，简称确定椭球中心的位置，简称确定椭球中心的位置，简称定位；定位；定位；定位；