天球坐标系和其相应的直角坐标系市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

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1、,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,天球坐标系及其对应直角坐标系,王若璞,测绘学院测量与导航工程系,大地天文学,第1页,此次课主要内容,大地坐标系与天文坐标系,天球坐标系及其对应直角坐标系,地平坐标系,时角坐标系,赤道坐标系,黄道坐标系,第2页,此次课目标及要求,此次课目标：,明确大地坐标系与天文坐标系含义,利用天球上圈和点，建立适当坐标系，以表示天体在天球上位置。,要求：,了解天文坐标系与大地坐标系区分,明确四种天球坐标系定义及各自特点,熟练掌握四个天球坐标系各自度量方法,第3页,此次课重点与难点,重点：,地平、时角、赤道坐标系各自定义、

2、特点、及适用情形,难点：,地面点天文坐标含义,天球坐标系在头脑中建立,坐标系熟练、正确利用,第4页,大地坐标系与天文坐标系,第5页,第6页,大地坐标系,大地测量工作中需要建立一个形状和大小与大地水准面非常靠近几何,旋转椭球,，并把它按照一定条件固定在地球体内，于是地面上三角测量数据可归化到这个规则椭球面上进行计算。这个椭球面称为“,参考椭球面,”。,大地水准面,参考椭球,第7页,大地坐标系,大地坐标系是以,参考椭球面和其上法线,为基准面建立起来坐标系，地面点位置用,大地经度L、大地纬度B和大地高度H,表示。,大地网中每一点大地坐标和大地方位角A不能直接测量得出，只能依据测量数据和大地网中已知数

3、据在参考椭球面上解算得出。,我们在绘制地图、阵地测量等作业中用都是大地坐标系。,第8页,大地坐标系,大地经度L：,测站P点大地子午面与首大地子午面之间二面角（或测站P大地子午圈与首大地子午圈球面角）称为P点大地经度，普通用L表示。,大地纬度B：,过测站P点法线与赤道面交角称为测站P大地纬度，以字母B来表示。,第9页,大地坐标系,大地高H：,测站至参考椭球面高程，即大地高H（或称为椭球面高程）。,大地方位角A：,测站P点大地子午面与经过测站法线和照准点在参考椭球面上投影位置法截之间二面角。,第10页,天文坐标系,天文坐标系是以,大地水准面和铅垂线,为基准建立起来坐标系，地面点位置用,天文经度、天

4、文纬度来表示，方向用天文方位角a,来表示。,天文坐标是绝对位置坐标，能够由天文观察直接得到。,第11页,天文坐标系,天文经度：,首天文子午面与测站天文子午面之间二面角，或首天文子午圈与测站天文子午圈所夹赤道弧，以表示。,天文经度以首天文子午圈或经度零点起向东和向西计量，分别为东经和西经，范围为0,180。,同一子午圈上点，其天文经度相同。,第12页,天文坐标系,天文纬度：,测站铅垂线与赤道面之间夹角称为测站天文纬度，以表示。,天文纬度从赤道起向北和南计量，向北量为北纬，向南量为南纬，范围为0,90。,同一纬度圈上点，其天文纬度相同。,第13页,天文坐标系,天文方位角a：,测站天文子午面与过地面

5、照准点垂直面之间二面角。,其值在测站地平面上度量，从测站正北方向起算，按顺时针（面向北）或向东计量，范围0,360。,第14页,大地坐标和天文坐标间差值即为垂线偏差。,大地坐标系与天文坐标系之间有以下关系：,拉普拉斯方程式,第15页,天球坐标系,第16页,相关内容回顾,天球上与地球自转相关圈、线、点,天球上与地球公转相关圈、线、点,球面坐标与直角坐标转换关系,第17页,Q,E,W,P,S,N,Q,北天极,平,南天极,天底,Z,P,M,北点,南点,西点,东点,圈,地,道,赤,上点,卯,酉,圈,轴,天,铅,垂,线,子午线,子,午,圈,q,q,Z,天顶,第18页,P,夏至点,Q,Q,北黄极,南黄极,

6、南天极,P,s,北天极,冬至点,春分点,秋分点,道,赤,69,二,分,圈,黄,道,圈,至,二,第19页,球面坐标和直角坐标转换关系,天体方向单位矢量（方向余弦）,两坐标系等价关系,x,y,z,u,v,X,Y,Z,第20页,天球坐标基本要素,球（面）坐标,基圈,次圈,原点,计量方向,第21页,天球坐标,：,是以球面坐标为依据，确定天体在天球上位置而要求坐标。球面坐标系统包含基本圈、次圈、极点和原点。,基本圈,是球体中尤其选定大圆，是球面坐标纬度起算点，相当于平面坐标横轴。,次圈,与基本圈垂直，次圈能够有没有穷多，不过经过原点辅圈最主要，它相当于平面坐标纵轴。,原点,为基本圈和次圈交点。,第22页

7、,用两个球面角表示天体天球坐标,第23页,因为地球自转，天球和天体每日旋转一周，方向自东向西。,利用这些圈和点能够在天球上建立天球坐标系，以适当地表示天体在天球上位置。,惯用以下四种坐标系：,地平坐标系、时角坐标系、赤道坐标系、黄道坐标系,。,第24页,W,Z,z,h,A,S,N,O,一、地平坐标系,基圈（横）：地平圈,次圈（纵）：子午圈,原点：南点S,用地平纬度（高度）h和地平经度（方位角）A来表示天体在天球上位置,第25页,地平坐标系,地平纬度（高度）h,从地平圈沿垂直圈向天体量，向天顶为正，向天底为负，090。,天顶距z：由天顶沿垂直圈向天体量，0180。,地平经度（方位角）A,（1）南

8、点S起算，沿地平圈向西量，0360；,（2）南点S起算，分别沿地平圈向东、西量，由0 180，向西为正，向东为负。,W,Z,z,h,A,S,N,O,第26页,地平坐标系,等高圈,过天体作一平行于地平圈小圆，称为等高圈。,W,Z,S,N,O,性质：在同一等高圈上全部天体高度或天顶距都相等。,第27页,地平直角坐标系,原点观察点,Z轴指向天顶Z,X轴指向南点S,Y轴指向西点W,左手系,W,Z,Y,X,z,h,A,S,N,O,第28页,第29页,当日体过卯酉圈时地平方位角是多少？,S,N,E,W,X,Y,第30页,地平坐标系,特点：,地平坐标系是直接定义，便于实现，易于进行直接观察。,对于不一样观察

9、者，彼此天顶、地平均不一样，同一天体地平坐标也不一样，具有地方性。,天体具有周日运动，其视位置不停改变，而且是非线性，具有时间性。,地平坐标系与测站和观察时间都有关。,第31页,第32页,二、时角坐标系,Z,天顶,天赤道,北天极,P,地平圈,N,S,E,W,Q,Q,基圈（横）：天赤道,次圈（纵）：子午圈,原点：上点Q,用赤纬和时角两个坐标来表示天体在天球上位置,第33页,时角坐标系,赤纬,由赤道沿时圈向天体量，090，向北为正，向南为负。,时角t,（1）上点Q起算，沿赤道向西量，0360，或 0二十四小时；,（2）上点Q起算，分别沿赤道向东、西量，0180,或012小时，向西为正，向东为负。,

10、Z,天顶,天赤道,北天极,P,地平圈,N,S,E,W,Q,Q,第34页,时分秒与度分秒换算关系,第35页,时角直角坐标系,原点天球中心,Z轴指向北天极P,X轴指向上点Q,Y轴指向西点W,左手系,Z,天顶,天赤道,北天极,P,地平圈,N,S,E,W,Q,Q,X,Y,Z,第36页,时角坐标系,特点：,赤纬,与测站、周日视运动无关。,时角t与测站相关，,含有地方性,。,时角t与周日视运动相关，,含有时间性,。,常作为地平与赤道坐标系转换时过渡坐标系。,第37页,第38页,三、赤道坐标系,基圈（横）：天赤道,次圈（纵）：二分圈,原点：春分点,X,Y,Z（P）,用赤经和赤纬两个坐标来表示天体在天球上位置

11、,第39页,赤道坐标系,赤经,从春分点r起算，沿赤道按反时针方向（即与周日视运动相反方向）计量，0二十四小时。,赤纬,由赤道沿时圈向天体量，090，向北为正，向南为负。,P,o,第40页,赤道直角坐标系,P（Z),X,Y,o,原点天球中心,Z轴指向北天极P,X轴指向春分点,Y轴与X、Z成右手系,右手系,第41页,赤道坐标系,特点：,坐标原点（春分点）随天球一起转动。,赤经、赤纬与地球自转无关（与时间无关）。,赤经、赤纬与测站无关。,各种星表和天文历表中通常列出都是天体在赤道坐标系中坐标，以供全球各地观察者使用。,第42页,四、黄道坐标系,第43页,黄道坐标系,第44页,基圈：黄道,次圈：过春分

12、点和黄极黄经圈,原点：春分点,黄道坐标系,用黄经和黄纬两个坐标来表示天体在天球上位置,第45页,黄道直角坐标系,原点天球中心,Z轴指向北黄极P,X轴指向春分点,Y轴与X、Z成右手系,右手系,K,Y,O,K,Z,Y,X,(,90,),y,x,z,第46页,黄道坐标系,特点：,坐标原点（春分点）随天球一起转动。,黄纬,、黄经l与测站无关。,黄纬、黄经l与周日视运动无关。,主要在理论天文学中用来研究太阳系内各天体位置和视运动规律。,第47页,黄道坐标系,赤道坐标系,地平坐标系,时角坐标系,第48页,坐标系总结表,基圈,次圈,原点,坐标,坐标量法,坐标值限,地平坐标系,地平圈,子午圈,南点S,高度h或,天顶距z,由地平圈沿垂直圈向天体量,由天顶Z沿垂直圈向天体量,0,90,0,180,方位角A,由南点沿地平圈向西量,由南点沿地平圈向东、西量,0,360,0,180,时角坐标系,赤道,子午圈,上点Q,赤纬,由赤道沿时圈向天体量,0,90,时角t,由子午圈上点沿赤道向西量,由上点沿赤道向东、西量,0,h,24,h,0,h,12,h,赤道坐标系,赤道,二分圈,春分点,赤纬,赤经,（同时角系）,由春分点沿赤道反时针量,0,h,24,h,黄道坐标系,黄道,春分点黄经圈,春分点,黄纬,由赤道沿黄经圈向天体量,0,90,黄经 l,由春分点沿黄道反时针量,0,360,第49页,