常用坐标系介绍及变换.ppt

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,2021/3/2,*,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,2021/3/2,*,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,2021/3/2,*,第十章 坐标系统,2.1,天球坐标系和地球坐标系,2.2,WGS-84,坐标系和我国的大地坐标系,2.3,坐标系统之间的转换,2.4,时间系统,2021/3/2,1,为什么提出坐标系？,描述物体运动，必须有参照物,为描述物,体运动而选择的所有参照物叫,参照系（参考,系）。,参照系是粗略的，不精确的，,必须建,立坐标系,。准确和完善的描述物体的运动，,观测的结果模拟及 表示或解释需要建立一个,坐标系统。,2021/3/2,2,怎样定义一个坐标系？,坐标系固连在参照系上，且与参照系同,步运动。要完全定义一个三维空间直角坐标,系必须明确指出：,坐标原点的位置,。,三个坐标轴的指向,。,长度单位,。,P,r,2021/3/2,3,z,x,y,o,左手坐标系,空间直角坐标系符合,右手法则,或,左手法则,：,x,y,z,o,右手坐标系,注：,一经定义坐标系，空间一点对应一组坐标，坐,标系不同，坐标值也不同。,2021/3/2,4,为什么选用空间直角坐标系？,任一点的空 间位置可由该点在三个坐标,面的投影（,X,，,Y,，,Z,）唯一地确定，通过坐,标,平移、旋转和尺度转换,，可以将一个点的,位置方便的从一个坐标系转换至另一个坐标,系。与某一,空间直角坐标系,所相应的,大地坐,标系（,B,，,L,，,H,），,只是坐标表现形式不,同，实质上是完全,等价,的，两者之间可相互,转化。,2021/3/2,5,GPS,定位采用坐标系：,在,GPS,定位测量中，采用两类坐标系，,即,天球坐标系,与,地球坐标系,，两坐标系的坐,标原点均在地球的质心，而坐标轴指向不,同。,天球坐标系,是一种,惯性坐标系,，其坐标,原点及各坐标轴指向在空间保持不变，用于,描述卫星运行位置和状态,。,地球坐标系,随同,地球自转，可看作固定在地球上的坐标系，,用于,描述地面观测站的位置。,在空间的位置和方向应保持不变，,或仅作匀速直线运动。,2021/3/2,6,2.1,天球坐标系和地球坐标系,天球,：指以地球质心,M,为中心，半径,r,为任意长度,的一个假想的球体,。,一、天球坐标系,M,黄道,P,n,s,n,天球赤道,P,s,天球赤道面与天球赤道：,通过地球质心,M,与天,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，称为天球,赤道。,注：,春分点,和,天球道赤,面,，是建立参考系的重,要的,基准点,和,基准面,。,2021/3/2,7,黄道,：地球公转的轨道面,与天球相交的大圆。,黄赤交角,：黄道与赤道的,夹角。,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。,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,和,Ps,称为天极，,其中,Pn,为北天极，为,Ps,南天极。,黄极,：通过天球,中心，且垂直于,黄道面的直线与,天球的交点。其,中靠近北天极的,交点为北黄极，,靠近南天极的交,点为南黄极。,2021/3/2,8,近日点,远日点,地球,太阳,春分点,秋分点,2021/3/2,9,M,黄道,P,n,s,n,原点,地球质心,M,Z,轴,指向天球北极,Pn,X,轴,指向春分点,Y,轴,垂直于,XMZ,平面，,与,X,轴和,Z,轴构成右,手坐标系统。,Z,X,Y,天球空间直角坐标（,X,，,Y,，,Z,）的定义：,2021/3/2,10,M,z,P,s,天球赤道,P,n,y,x,s,y,z,x,r,天球中心,与,地球质心,M,重合,，,赤经,为含天轴和春分点的天球子午面与过天体,s,的天球子午面之间的夹角，,赤纬,为原点,M,至天体,s,的连线与天球赤道面之间的夹角，,向径,为原点,M,至天体,s,的距离。,天球球面坐标（,，,，,）的定义：,2021/3/2,11,对同一空间点，直角坐标系与其等效的球面坐标,系参数间有如下转换关系：,M,z,P,s,天球赤道,P,n,x,s,y,z,x,r,y,2021/3/2,12,岁差,：地球实际上不是一个理,想的球体，地球自转轴,方向不再保持不变，这,使春分点在黄道上产生,缓慢的西移，这种现象,在天文学中称为岁差。,岁差和章动的影响,岁差产生的原因,：,日月和其他天体对地球赤道隆起部分的吸引。,2021/3/2,13,主要由日月引力,引起。太阳的影响,为月球影响的,0.46,，,太阳的质量是月球,的两千多万倍，为,什么月球对岁差的,影响反而更大呢？,M,黄道,P,n,s,n,天球赤道,岁差周期,：,25800,年，每年春分点西移,50.371,2021/3/2,14,M,黄道,P,n,s,n,天球赤道,章动,：在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极,将绕瞬时平北天极旋转，大致呈椭圆，这,种现象称为章动。,章动,产生,的主要,原因,：,月球轨道面（白,道）位置的变化。,2021/3/2,15,章动的规律,章动的周期：,18.6,年,章动椭圆的长半轴：,9.2,a,b,r,n,章动椭圆,岁差、章动叠加,P,n,2021/3/2,16,岁差章动的叠加效果,M,黄道,P,n,s,n,天球赤道,黄极,天极,为了研究问题的方便，我们把岁差和章动分开研,究，分别研究两种现象的规律，然后再综合叠加。,在岁差和章动,的影响下，,瞬时天,球坐标系的坐标轴,的指向在不断的变,化,，将不能直接根,据牛顿力学定律来,研究卫星的运动规,律。,2021/3/2,17,地球的自转轴不仅受日、月引力作用而使其,在空间变化，而且还受地球内部质量不均匀影响,在地球内部运动。前者导致,岁差和章动,，后者导,致,极移,。,岁差、章动和极移的影响,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，,这种现象称为极移。,研究分析表明，,极移周期,有两种：,一种周期约为一年，振幅约为,0.1,的变化；另一种周期约为,432,天，振幅约为,0.2,的变化，即张德勒（,S.C.Chandler,）周期变化。,2021/3/2,18,地极移动在平面上的投影,1971.0,1975.0,1,CIO,-0.2,+0.2,+0.5,瞬时极,：随时间变化的极点。,瞬时自转轴,：随时间变化的自转轴。,2021/3/2,19,瞬时天球坐标系：,原点,：地球质心,坐标轴指向：,z,轴,指向瞬时地球自,转轴,x,轴,指向瞬时春分点,y,轴,与,x,轴、,z,轴构成,右手坐标系,M,黄道,P,n,s,n,Z,X,Y,2021/3/2,20,协议天球坐标系：,为了建立一个与,惯性坐标系,统相接近的坐标,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）和地心至瞬时,春分点的方向，经过瞬时的,岁差,和,章动,改正后，分,别作为,X,轴和,Z,轴的指向，由此建立的坐标系称为,协,议天球坐标系。,在空间的位置和方向应保持不变，,或仅作匀速直线运动,2021/3/2,21,M,z,P,s,天球赤道,P,n,y,x,s,y,z,x,r,国际大地测量学,会（,International,Association of,Geodesy-IAG,）和,国际天文学联合,会（,International,Astronomical,Union-IAU,）决,定，标准历元设,为,J2000.0,。,协议天球坐标系,CIS,（惯性坐标系）：,J2000.0,：公历为,2000,年,1,月,1,日,12:00:00,2021/3/2,22,协议天球坐标系,观测瞬间的平天球坐标系,瞬时天球坐标系,岁差,章动,协议天球坐标系与瞬时天球坐标系的转换：,2021/3/2,23,地球空间直角坐标系的定义：,原点,O,：地球质心,Z,轴,：指向地球北极,Pn,X,轴,：指格林尼治子午,面与地球赤道的交点,E,Y,轴,：垂直于,XOZ,平面，,与,X,轴和,Y,轴构成,右手坐标系。,赤道平面,O,P,P,S,P,N,E,Z,X,Y,Y,X,Z,二、地球坐标系,2021/3/2,24,赤道平面,O,P,大地经度,L,大地纬度,B,n,L,B,起始子午面（首子午面）,大地坐标系的定义：,地球椭圆的,中心,与,地球质心,重合，,椭球短,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,面与格林尼治平子午面,之间的夹角，,大地高,H,为地面点沿椭球法线至,椭球面的距离。,P,S,P,N,H,2021/3/2,25,任一地面点,P,在地球坐标系中的坐标，可表示为（,X,，,Y,，,Z,）或（,B,，,L,，,H,），两种坐标系之间的转换为：,式中，,，,N,为该点的卯酉圈,曲率半径。,2021/3/2,26,注：极移的存在，致使地面点的坐标具有类似周期性,的变化，使用起来十分不便。,瞬时地球坐标系,Z,轴,指向瞬时地球自转轴,X,轴,指向格林尼治子午面,与瞬时赤道的交点,Y,轴,与,x,轴、,z,轴构,成右手系,原点,：地球质心,赤道平面,O,P,P,S,P,N,E,Z,X,Y,Y,X,Z,2021/3/2,27,协议地球坐标系（,CTS,）,1960,年国际大测量,与地球物理联合会决定,以,1900.01905.0,五年地,球自转轴瞬时位置的平,均值作为地球的固定级,称为,国际协定原点,CIO,。,平地球坐标系的,Z,轴,指,向国际协定,原点,CIO,。,赤道平面,O,P,M,P,N,（协议）,E,（协议）,Z,X,Y,Y,X,Z,P,S,2021/3/2,28,协议地球坐标系和瞬时地球坐标系之间的转换,地极的瞬时坐标由国际地球自转服务组织,（,International Earth Rotation Service-IERS,）根据多,个台站计算出来的。协议地球坐标系和瞬时地球坐,标系之间的转换关系为：,2021/3/2,29,协议地球坐标系和协议天球坐标系之间的转换,协议天球坐标系,协议地球坐标系（平地球坐标系）,瞬时极地球坐标系,真天球坐标系,平天球坐标系,2021/3/2,30,三、站心赤道直角坐标系和站心地平直角坐标系,站心地平直角坐标系能够比较直观方便的描述,卫星与观测站之间的瞬时距离、方位角和高度角，,了解卫星在天空中的分布情况。,O,X,Y,Z,P,y,z,x,H,L,B,O-XYZ,球心空间直角坐标系,P-xyz,站心地平直角坐标系,P-,站心赤道直角坐标系,返回,2021/3/2,31,2.2 WGS-84,坐标系和我国的大地坐标系,WGS,84,（,World Geodetic System,，,1984,年）,是,美国国防部,研制确定的,大地坐标系,。,一、,WGS-84,大地坐标系（地心坐标系）,CTP,赤道平面,O,P,N,E,Z,WGS84,P,S,BIH,定义的零子午圈（,1984.0,）,X,WGS84,Y,WGS84,几何定义：,原点,在地球质心,Z,轴,指向,BIH 1984.0,定义的协议地球,(CTP,）方向。,X,轴,指向,BIH 1984.0,的零子午面和,CTP,赤道的交点。,Y,轴,与,Z,、,X,轴构成右,手坐标系,。,WGS,84,世界大地坐标系,2021/3/2,32,对应于,WGS-8,大地坐标系有一个,WGS-84,椭球，,其常数采用,IAG,和,IUGG,第,17,届,大会大地测量常数,的推荐值。,WGS-84,椭球两个最常用的几何常数：,长半轴,：,6378137 2,（,m,）,扁率,：,1,：,298.257223563,WGS-84,大地水准面高,N,等于由,GPS,定位测定的点的大地高,H,减该点的正高,H,正,。,N,值可以利用地球重力场模型系数计算得出；也可以用特殊的数学方法精确计算局部大地水准面高,N,。一旦,N,确定，可利用,H,正,=H-N,计算,GPS,各点的的正高,H,正,。,2021/3/2,33,二、国家大地坐标系（参心坐标系）,1,、,1954,年北京坐标系,建国初期，为了迅速开展我国的测绘事业，鉴于当时的实际情况，将我国一等锁与原苏联远东一等锁相连接，然后以连接处呼玛、吉拉宁、东宁基线网扩大边端点的原苏联,1942,年普尔科沃坐标系的坐标为起算数据，平差我国东北及东部区一等锁，这样传算过来的坐标系就定名为,1954,年北京坐标系。,2021/3/2,34,BJ54,坐标系的几何定义：,大地原点,在前苏联的普尔科沃天文台。空,间直角坐标系的,原点在参考椭球的中心,，,Z,轴,平行于地球质心指向地极原点,JYD1968,的方向，,X,轴,在大地起始子午面内与,Z,轴垂直指向经度,零方向，,Y,轴与,Z,、,X,轴构成右手坐标系,。,1954,北京坐标系椭球常数采用克拉索夫斯基,Krassovsky,椭球参数，基本常数为：,长半轴,：（,m,）,扁率,：,1,：,298.3,2021/3/2,35,BJ54,可归结为：,a,属,参心大地坐标系,；,b,采用,克拉索夫斯基椭球,的两个几何参数；,c.,大地原点,在原苏联的普尔科沃；,d,采用,多点定位,法进行椭球定位；,e,高程基准,为,1956,年青岛验潮站求出的黄海平 均海水面。,f,高程异常,以原苏联,1955,年大地水准面重新平差结果为起算数据。按我国天文水准路线推算而得。自,BJ54,建立以来，在该坐标系内进行了许多地区的局部平差，其成果得到了广泛的应用。,2021/3/2,36,C80,是为了进行,全国天文大地网整体平差,而建立的。根据,椭球定位,的基本原理，在建立,C80,坐标系时有以下先决条件：（,1,）,大地原点,在我国中部，具体地点是,陕西省径阳,县永乐镇；,（,2,）,C80,坐标系是,参心坐标系,，椭球短轴,Z,轴,平行,于地球质心指向地极原点方向，大地起始子午,面平行于格林尼治平均天文台子午面；,X,轴,在,大地起始子午面内与,Z,轴垂直指向经度,0,方,向；,Y,轴与,Z,、,X,轴成右手坐标系；,2,、,1980,年国家大地坐标系,2021/3/2,37,（,3,）椭球参数采用,IUG 1975,年大会推荐的参数,因而可得,C80,椭球两个最常用的几何参数为：,长轴,：,63781405,（,m,）；,扁率,：,1,：,298.257,椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数。（,4,）多点定位；,（,5,）大地高程以,1956,年青岛验潮站求出的黄海平,均水面为基准。,2021/3/2,38,3,、,1954,年新北京坐标系,尽管,1980,年国家大地坐标系具有先进性和严密性，但,1954,年原北京坐标系毕竟在我国测绘工作中潜移默化，影响深远。,由于几十年来，我国数十万个国家控制点都是在,1954,年原北京坐标系内完成计算的，一切测量工程和测绘成果均无一例外地采用着这个系统，考虑到,1980,年国家大地坐标系有着它的先进性和严密性，于是就产生了,1954,年新北京坐标系。,2021/3/2,39,1954,年新北京坐标系的成果，就是,将,1980,年国家大地坐标系的空间直角坐标系经,3,个平移参数平移变换至克拉索夫基椭球中心,，就成了新北京坐标系的成果。据统计，新北京坐标系与原北京坐标系相比较，就控制点的平面直角坐标而言，纵坐标差值在,-6.5,+7.8,米之间，横坐标的差值在,-12.9,+9.0,米之间，差值在,5,米以内者约占全国,80%,的地区。,2021/3/2,40,4,、,2000,国家大地坐标系（地心坐标系）,根据,中华人民共和国测绘法,，经国务院批准，我国自,2008,年,7,月,1,日起，启用,2000,国家大地坐标系。公告如下：,2000,国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，,其原点为包括海洋和大气的整个地球的质心,。,2000,国家大地坐标系采用的地球椭球参数如下：,长半轴,a,6378137m,扁率,f,1/298.257222101,地心引力常数,GM,3.9860044181014m3s-2,自转角速度,7.29211510-5rad s-1,2021/3/2,41,2000,国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为,8,年至,10,年。现有各类测绘成果，在过渡期内可沿用现行国家大地坐标系；,2008,年,7,月,1,日后新生产的各类测绘成果应采用,2000,国家大地坐标系。,现有地理信息系统，在过渡期内应逐步转换到,2000,国家大地坐标系；,2008,年,7,月,1,日后新建设的地理信息系统应采用,2000,国家大地坐标系。,2021/3/2,42,国家测绘局负责启用,2000,国家大地坐标系工作的统一领导，制定,2000,国家大地坐标系转换实施方案，为各地方、各部门现有测绘成果坐标系转换提供技术支持和服务；负责完成国家级基础测绘成果向,2000,国家大地坐标系转换，并向社会提供使用。国务院有关部门按照国务院规定的职责分工，负责本部门启用,2000,国家大地坐标系工作的组织实施和本部门测绘成果的转换。,2021/3/2,43,县级以上地方人民政府测绘行政主管部门，负责本地区启用,2000,国家大地坐标系工作的组织实施和监督管理，提供坐标系转换技术支持和服务，完成本级基础测绘成果向,2000,国家大地坐标系的转换，并向社会提供使用。,2021/3/2,44,3,、高斯平面直角坐标系,（,1,）高斯投影的概念,高斯投影是一种,等角投影,。它是由德国数学家高斯,(Gauss,，,17771855),提出，后经德国大地测量学家克吕格,(Kruger,，,1857,1923),加以补充完善，故又称,“,高斯,克吕格投影,”,，简称,“,高斯投影,”,。,2021/3/2,45,N,S,c,中央,子,午线,赤道,高斯投影平面,赤道,中央子午线,（,2,）高斯投影的原理,高斯投影,采用分带投影。将椭球面按,一定经差分带，分别进行投影。,2021/3/2,46,高斯投影必须满足：,1,高斯投影为正形投影，,即等角投影；,2,中央子午线投影后为直,线，且为投影的对称轴；,3,中央子午线投影后长度,不变。,高斯投影平面,赤道,中央子午线,2021/3/2,47,（,3,）高斯投影的特性,1,）,中央子午线,投影后为直线，且长度不变。,2,）除中央子午线外，,其余子午线,的投影均为凹向中央子午线的曲线，并以中央子午线为,对称轴,。投影后有长度变形。,3,）,赤道线,投影后为直线，但有长度变形。,赤道,中央子午线,平行圈,子午线,O,x,y,2021/3/2,48,4,）除赤道外的其余纬线，投影后为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴。,5,）经线与纬线投影后仍然保持正交。,6,）所有长度变形的线段，其长度变形比均大于,l,。,7,）,离中央子午线愈远，长度变形愈大。,赤道,中央子午线,平行圈,子午线,O,x,y,2021/3/2,49,(4),投影带的划分,我国规定按经差,6,和,3,进行投影分带。,6,带,自,首子午线,开始，按,6,的经差自西向东分成,60,个带,。,3,带,自,1.5,开始，按,3,的经差自西向东分成,120,个带,。,高斯投影带划分,2021/3/2,50,6,带与,3,带中央子午线之间的关系如图,:,3,带的中央子午线与,6,带中央子午线及分带,子午线重合，减少了换带计算。,工程测量采用,3,带，特殊工程可采用,1.5,带,或任意带。,2021/3/2,51,(5),高斯平面直角坐标系,坐标系的建立：,x,轴,中央子午线的投影,y,轴,赤道的投影,原点,O,两轴的交点,O,x,y,P,（,X,，,Y,）,高斯自然坐标,注：,X,轴向,北,为,正,，,y,轴向,东,为,正,。,赤道,中央子午线,2021/3/2,52,由于我国的位于北半球，东西横跨,12,个,6,带，各带又独自构成直角坐标系。,故：,X,值均为正，,而,Y,值则有正有负,。,世界地图,赤 道,2021/3/2,53,x,y,o,500km,=500000+,=+636780.360m,=,500000+,=+227559.720m,国家统一坐标：,（带号）,（带号）,2021/3/2,54,4,、横轴墨卡托（,UTM),投影,N,S,c,中央,子,午线,赤道,特性：,属于横轴等角割椭圆柱投影；,中央子午线投影长度比不等于,1,而是等于,0.9996,，两条割线上没有变形；,该投影在南纬,80,至北纬,84,范围内使用；,全球分,60,个带，从西经,180,连续向东编号。,2021/3/2,55,4,、地方独立坐标系,许多城市、矿区基于使用方便、和科学的目,的，将,地方独立测量控制网,建立在,当地的平均海,拔高程面,上，并以,当地子午线作为中央子午线,进,行,高斯投影,求得,平面,坐标。这些网都有自己的原,点，自己的定向。,返回,2021/3/2,56,2.3,坐标系统之间的转换,在,GPS,测量中，经常要进行,坐标变换,和,基准变换,。,坐标变换,：在不同的坐标表示形式间进行变换。,基准变换,：在不同的参考基准间进行变换。,基准,：为描述空间位置的点、线、面。在大地测,量中基准是指用以描述地球形状的参考椭,球的参数。,2021/3/2,57,坐标系的变换方法,（同一基准）,1,、空间直角坐标系与空间大地坐标系间的转换。,2,、空间坐标系与平面直角坐标系间的转换。,坐标系的转换方法,（不同基准）,不同坐标系之间的转换实质上就是不同基准间,的转换，常用布尔萨七参数转换方法。即,3,个,平移,参数，,3,个,旋转,参数，,1,个,尺度,参数。,2021/3/2,58,1,、,坐标平移,2021/3/2,59,绕,x,轴旋转：,o,x,y,z,P,z,y,（,x,）,绕,x,轴旋转,y,z,y,z,2,、,绕坐标轴旋转,2021/3/2,60,绕,Z,轴旋转：,o,Z,x,y,x,P,(,Z,),y,绕,z,轴旋转,2021/3/2,61,o,x,z,P,z,y,(y,),绕,y,轴旋转,x,绕,y,轴旋转：,2021/3/2,62,绕三轴旋转：,2021/3/2,63,当 均为小角度时，将 、分,别展开成泰勒级数，仅保留其一阶有：,舍弃二阶小量，则有：,旋转矩阵：对,右手,系,逆,时针旋转，对,左手,系,顺,时针,旋转，否则需要改变旋转角度的符号。,当,不是小角度,时，三个旋转矩阵的次,序,不能交换,。当 均为,小角度,时，不论三个,旋转矩阵的次序如何交换，都能够得到上面的结果。,2021/3/2,64,尺度比例因子：,3,、,尺度变换,尺度变换：在坐标转换过程中由两坐标系的长度,单位不一致引起的变换叫尺度变换。,2021/3/2,65,4,、布尔萨,（,Bursa-Wolf,）,七参数,模型,：,当：均为小角度时：,2021/3/2,66,一、空间大地坐标与空间直角坐标的转换,（,B,，,L,，,H)(X,，,Y,，,Z),式中，,，,N,为该点的卯酉圈,曲率半径。,2021/3/2,67,二、不同空间直角坐标系之间的转换,(X,，,Y,，,Z),84,(X,，,Y,，,Z),54,布尔萨七参数转换模型：,式中：,，为,3,个平移参数；,m,为比例参数；,，为,3,个旋转参数。,通常，选择同时具有两套坐标的三个地面控制,点，通过平差的方法，解算七参数。若要提高参数,的精度，在数据处理时，常采用,GPS,基线向量网与,地面网联合平差。,2021/3/2,68,(X,，,Y,，,Z),（,B,，,L,，,H),式中，,，,N,为该点的卯酉圈,曲率半径。,三、空间直角坐标向大地坐标的转换,2021/3/2,69,四、大地坐标向高斯平面直角坐标的转换,式中：,B,为参考椭球面的大地坐标，以弧度计；,为点经度到中央子午线的经差；,S,为点到赤道的子午线弧长；,。,2021/3/2,70,GPS,坐标与我国北京,54,（西安,80,）坐标的转换流程图：,GPS,大地坐标（,B,，,L,，,H,）,GPS,空间直角坐标,（,X,，,Y,，,Z,）,空间直角坐标,（,X,，,Y,，,Z,）,54,（,80,）,大地坐标（,B,，,L,，,H,）,54,（,80,）,高斯平面直角坐标（,x,，,y,）,返回,2021/3/2,71,2.4,时间系统,时间的概念,时间包含,时刻,和,时间间隔,两个概念。,时刻,：,发生某一现象的瞬间。在天文学和卫星定位,中，与所获数据对应的时刻也成为,历元,。,时间间隔,：发生某一现象所经历的过程，是这一过,程始末的时刻之差。,所以，,时间间隔,测量，也称为,相对时间,测量，,时刻,测量，相应地称为,绝对时间,测量。,卫星大地测量的,任何一个观测量归根到底都,是对时间的测量,，对时间测量精度要求很高。,2021/3/2,72,时间基准,包含,时间原点,（时刻）和,时间尺度,（时间段）。,时间系统与坐标系统一样，应有其,尺度,（时间,单位）与,原点,（起始历元）。其中,时间的尺度是关,键,，而,原点,可以,根据实际应用加以选定,。不同的原,点和尺度对应不同的时间系统。任何一个可观测的,周期的运动现象，只要符合条件，都可用作确定时,间间隔。,2021/3/2,73,GPS,定位对时间系统的要求,GPS,时间系统要求：,全球统一的时间原点和高精,度的时间尺度。,原因：,GPS,卫星作为高空动态已知点，其位置是瞬息变化,的。,时间度量的精度就意味着空间位置的精度,。,例如,:,若要定轨误差小于,1cm,，则时间精度至少要求,2.610,-6,s,。,GPS,定位是通过,测定,电磁波信号传播,时间,来,测定站,星距离,的。例：若要距离误差小于,1cm,，则时间精度,至少要求,310,-11,s,。,2021/3/2,74,惯性坐标系和地固坐标系之间的坐标转换需要精确,的时间尺度。,地球在不断的作自转运动，地球上的,点位在惯性系中的坐标也在以相同的速度变化。,例如：时间误差为,0.01s,，该坐标误差就至少可达,5m,。,注：,而我们平时所采用的时间，是按地球的自转,规律，以太阳为基准的。如北京时、东京时、,莫斯科时等等，他们的时间原点是不一样的，,尺度也不一样。机械表、石英表、原子钟。,2021/3/2,75,任何一个可观测的周期的运动现象，只要符,合条件，都可用作确定时间间隔。,运动应是,：,连续的，周期性的；,运动的周期就具有充分的稳定性；,运动的周期必须具有复现性（可重复性）。,常用下列周期性运动作为测时标准,：,地球自转；,地球公转；,原子内部能级跃迁。,2021/3/2,76,一、恒星时,恒星时：以,春分点,为参考点，由春分点的周日视运,动所确定的时间。,时间尺度,：春分点连续两次经过本地子午圈的时,间间隔为一恒星日，一恒星日分为,24,个恒星时。,起算原点,：恒星时以春分点通过本地子午圈时刻为,起算原点，所以恒星时在数值上等于春,分点相对于本地子午圈的时角。,2021/3/2,77,恒星时的特性：,恒星时具有地方性，导致时间,尺度不稳定,。恒星时是以地球,自转为基础的，由于岁差和章,动的影响，春分点在天球上的,位置并不确定。因此，,恒星时,不具有统一的时间原点。,2021/3/2,78,二、平太阳时,平太阳时：以,平太阳,为参考点，由平太阳的周日视,运动所确定的时间。,时间尺度,：平太阳连续两次经过本地子午圈的时间,间隔为一平太阳日，一平太阳日分为,24,个平太阳时。,起算原点,：平太阳时以平太阳通过本地子午圈时刻,为起算原点，所以平太阳时在数值上等,于平太阳相对于本地子午圈的时角。,2021/3/2,79,三、世界时,世界时：以,平子夜为零时,起算的格林尼治平太阳,时。,世界时,与,平太阳时,尺度基准相同，,其差别仅在于起算点不同。,世界时的特性：,世界时虽然属全球性，但时间尺,度还是不稳定。,平太阳时,的,特性：,平太阳时具有地方性，导致时间,尺度不稳定,。,2021/3/2,80,四、原子时,随着对时间准确度和稳定度的要求不断提高，以,地球自转为基础的世界时系统难以满足要求。,20,世纪,50,时年代，便开始建立以物质内部原子运动特征为基,础的原子时系统。,原子时：,秒长,被定义为铯原子基态的两个超精细能级,间跃迁辐射震荡,9192631170,周所持续的时间；,起点,：按国际协定取为,1958,年,1,月,1,日,0,时,0,秒,，事后发,现该瞬间原子时与世界时有差异。,特性：,原子时虽然时间尺度还是稳定，但没有统一的,时间原点。,2021/3/2,81,五、协调世界时,协调世界时：是原子时和世界时的结合。,既有时间,原点，也有稳定的时间尺度。,协调世界时产生的原因：,1,、许多部门惯用天体作为观测对象，确定时间；,2,、地球自转的速度逐渐转慢；,3,、时间原点应尽量靠近世界时。,2021/3/2,82,六、,GPS,时间系统,GPS,系统是,测时测距,系统。,时间,在,GPS,测量中是,一个,基本的观测量,。卫星的信号，卫星的运动，卫星,的坐标都与时间密切相关。对时间的要求,既要稳定又,要连续,。为此，,GPS,系统中卫星钟和接收机钟均采用,稳定而连续的,GPS,时间系统。,GPS,时间系统：,采用原子时,ATI,秒长作为时间基准，时,间的起算点定义在,1980,年,1,月,6,日的,UTC0,时。,2021/3/2,83,GPS,时间系统与各种时间系统的关系：,19S,7S,2021/3/2,84,课后作业：,1,、简述天球坐标系与地球坐标系的区别。,2,、简述由协议天球坐标系到协议地球坐标系,的转换步骤？,3,、简述将某点的,WGS-84,坐标转换为北京,54,（国家,80,）高斯平面直角坐标的方法。,4,、简述,GPS,时间系统要求有全球统一的时间原,点和高精度的时间尺度的原因。,5,、,GPS,时间系统是如何建立的？,返回,2021/3/2,85,