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第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统 第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统 * 甘肃林业职业技术学院测绘工程系 全球定位系统（GPS）的最基本任务是确定用户在空间的位置。而所谓用户的位置，实际上是指该用户在特定坐标系的位置坐标，位置是相对于参考坐标系而言的，为此，首先要设立适当的坐标系。坐标系统是由原点位置、3个坐标轴的指向和尺度所定义，根据坐标轴指向的不同，可划分为两大类坐标系：天球坐标系和地球坐标系。 由于坐标系相对于时间的依赖性，每一类坐标系又可划分为若干种不同定义的坐标系。 不管采用什么形式，坐标系之间通过坐标平移、旋转和尺度转换，可以将一个坐标系变换到另一个坐标系去。 1、天球坐标系和地球坐标系 第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统 天球空间直角坐标系的定义： 地球质心O为坐标原点，Z轴指向天球北极，X轴指向春分点，Y轴垂直于XOZ平面，与X轴和Z轴构成右手坐标系。在此坐标系下，空间点的位置由坐标（X，Y，Z）来描述。 （1）天球坐标系 天球球面坐标系的定义 ： 地球质心O为坐标原点，春分点轴与天轴所在平面为天球经度（赤经）测量基准——基准子午面，赤道为天球纬度测量基准而建立球面坐标。空间点的位置在天球坐标系下的表述为（r，α，δ）。 天球空间直角坐标系与天球球面坐标系的关系可用图2-1表示： 第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统 直角坐标系与其等效的天球球面坐标系参数间的转换 对同一空间点，天球空间直角坐标系与其等效的天球球面坐标系参数间有如下转换关系： (2-1) (2-2) 第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统 （2）、地球坐标系 地球直角坐标系的定义 原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向地球赤道面与格林尼治子午圈的交点，Y轴在赤道平面里与XOZ构成右手坐标系。 图2-2 直角坐标系和大地坐标系 地球大地坐标系的定义 地球大地坐标系的定义是：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。空间点位置在该坐标系中表述为（L，B，H）。 地球直角坐标系和地球大地坐标系可用图2-2表示： 第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统 对同一空间点，直角坐标系与大地坐标系参数间有如下转换关系： 直角坐标系与大地坐标系参数间的转换 第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统 （3）、站心赤道直角坐标系与站心地平直角坐标系 站心赤道直角坐标系 如图2-3，P1 是测站点，O为球心。以O为原点建立球心空间直角坐标系 。以P1 为原点建立与 相应坐标轴平行的坐标系 叫站心赤道直角坐标系。 显然， 同 坐标系有简单 的平移关系： （2-5) 第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统 站心地平直角坐标系 以P1 为原点，以P1 点的法线为z轴（指向天顶为正），以子午线方向为x轴（向北为正），y轴与x，z垂直（向东为正）建立的坐标系叫站心地平直角坐标系。站心地平直角坐标系与站心赤道直角坐标系的转换关系如下： 代入（2-4）可得出站心左手地平直角坐标系与球心空间直角坐标系的转换关系式：