第四章卫星导航系统Convertor..docVIP

第四章 卫星导航系统 4.1 空间坐标系及其坐标转换 4.4 C/A码和P码的产生 4.2 GPS卫星播发的信号 4.3 伪随机码扩频与相关接收 4.5 GPS信号的构成 4.6 接收机的电路设计和OEM板 4.1 空间坐标系及其坐标转换 4.1.1 天球 定义 天球是指以地球为中心无限的向天空伸展的一个球体，地轴延伸与天球有两个交点北交点称为天北极，南交点称为天南极。 通过地心与黄道面垂直的轴线为黄轴，黄轴与天球的两个交点分别是北黄极和南黄极。 春分点：即黄道与赤道的交点之一。 天球的示意图 天轴与天极 天球赤道面与天球赤道 天球子午面与子午圈 黄道 黄赤交角 黄极 春分点 4.1 空间坐标系及其坐标转换 4.1.2地球坐标系统的基本概念 地球形状与地球椭球体 地球的自然表面是一个起伏很大的、一个不规则的、不能用简单的数学公式来表达的复杂曲面。我们很难在这样一个曲面上来解算测量学中产生的几何问题。为便于测绘工作的进行，一般选一个形状和大小都很接近于地球体而数学计算很方便的椭球体，称为地球椭球体。 4.1.2地球坐标系统的基本概念 由椭圆绕其短轴旋转而成的几何体。椭圆短轴，即地球的自转轴－地轴(Earth s axis)；短轴的两个端点和是地极(Poles)，分别被称为地理北极和地理南极；长轴绕短轴旋转所成的平面是赤道平面；长轴端点q旋转而成的圆周是赤道qq(Equator)； 过短轴的任一平面是子午圈平面，它与地球椭球体表面相交的截痕是一椭圆，称为子午圈(Meridian)，其中由地理北极到地理南极的半个椭圆，叫做地理子午线、子午线或经线(Meridian line)。与赤道平面相平行的、与地轴正交的平面，称为纬度圈平面，它与地球椭球表面相交的截痕是一个圆，称为纬度圆(Parallel of Latitude )。 椭圆的长半轴：a 椭圆的短半轴：b 椭圆的扁率： 椭圆的第一偏心率： 椭圆的第二偏心率： 极曲率半径（极点处的子午线曲率半径） c 第一基本纬度W 第二基本纬度V 4.1.2地球椭球的基本几何参数 常用的椭球参数 椭球参数 年代 长半径m 扁率分母 采用国家、地区 克拉索夫斯基 1940 6378245 298.3 苏、东欧、中、朝鲜等 1975年大地坐标系 1975 6378140 298.257 1975年国际第三个推荐值 WGS-84 1984 6378137 298.25722 GPS定位系统 比较著名的有30个椭球参数，其中涉及我国的有： 4.1.2 地球椭球参数间的相互关系 4.1.2 坐标系统分类（1） 按坐标原点的不同分类 地心坐标系统（地心空间直角坐标系、地心大地坐标系 ） 参心坐标系统（参心空间直角坐标系、参心大地坐标系 ） 站心坐标系统（垂线站心坐标系 、法站心坐标系 ） 4.1.2 坐标系统分类（2） 按坐标的表达形式分类: 笛卡儿坐标（空间直角坐标系、站心坐标系） 曲线坐标（大地坐标系） 平面直角坐标（高斯平面坐标系、其它投影平面坐标系） 4.1.3 岁差与章动 日月岁差与章动 由于地球本身不均匀以及日月对地球的影响使地轴在空间不断地抖动，这样导致天轴绕着黄极在天球上缓慢的运动。该运动可分解为长周期和短周期运动。 长周期运动是25800年绕黄极一周；短周期变化幅值最大为9秒，周期为18.6年。 日月岁差：我们称长周期运动为日月岁差 章动： 短周期变化称为章动（章动椭圆） 北天极的瞬时极就是天极瞬时位置；历元平天极 是指选择某一历元时刻的瞬时天极经过章动改正后而固定的天极称为历元平天极。 岁差 章动 岁差和章动示意图 WGS-84的定义：WGS-84是修正NSWC9Z-2参考系的原点和尺度变化，并旋转其参考子午面与BIH定义的零度子午面一致而得到的一个新参考系，WGS-84坐标系的原点在地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协定地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0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。它是一个地固坐标系。 WGS-84椭球及其有关常数：WGS-84采用的椭球是国际大地测量与地球物理联合会第17届大会大地测量常数推荐值，其四个基本参数 长半径：a=6378137±2（m）； 地球引力常数：GM=3986005×108m3s-2±0.6×108m3s-2； 正常化二阶带谐系数：C20=-484.16685×10-6