GPS定位的标坐系统及时间系统.ppt

2.1 概述 2.2 GPS使用的坐标系统 2.3 GPS使用的时间系统;2．1 概述;GPS定位中，通常采用两种坐标系统： 惯性坐标系（Inertial System） 在空间固定的坐标系，坐标原点和坐标轴指向在空间保持不动，用来描述卫星或其他天体的位置和运动状态 如协议天球坐标系 非惯性坐标系（Non-Inertial System） 指与地球体相固联的坐标系统，又叫地固坐标系或地球坐标系。主要用于描述地表、水下或低空测点的空间位置和处理GPS观测数据 地固坐标系可分为 地心坐标系、参心坐标系和站心坐标系 天文坐标系、地心空间直角坐标系和地心大地坐标系皆属地心坐标系;确定一个坐标系需要定义三要素： （1）坐标原点位置 （2）坐标轴指向 （3）单位尺度 不同时期、不同国家和地区对坐标系统三要素的定义不同 协议坐标系：为使用方便，国际上通过协议来统一某些全球坐标系，这种共同确定的坐标系就称为协议坐标系。 协议惯性坐标系 协议地球坐标系;天体和卫星都是高速运行的运动体，时间系统是精确描述天体和卫星运行位置及其相互关系的重要基准，也是利用卫星进行导航定位的重要基准 测量时间也需要先定义时间基准，即定义时间的原点和单位尺度 历元：天文学上把观测资料所对应的时刻叫历元 起始历元：时间的原点。它可根据需要进行选择，不同时间系统可有不同的时间原点。 时间单位尺度是由时钟来确定的，不同时钟有不同的度量时间方式 从本质上讲，时间系统间的差异体现在时钟上。;（1）GPS卫星作为高空已知点，其位置是瞬息万变的。时间度量的精度就意味着空间位置精度。 例如，若定轨误差要小于1cm，则要求时间精度至少达到2.6*10-6s （2）GPS定位中站星距离是通过测定电磁波信号传播时间来确定的。时间误差与站星距离误差之间的关系是一个线性函数 （3）惯性系与地固系之间的坐标转换需要精确的时间尺度。地球在不断地作自转运动，地球上的点位在惯性坐标系中的坐标也以相同的速度变化。 时间误差在0.01s，该坐标误差可以达到5m 因此，利用GPS技术进行导航定位，需要高精度的时间信息;2.2 GPS使用的坐标系统;;1.天球及其基本概念 ;;天球面上的点、线、面和圈（3）;;;３ 岁差与章动;岁差（Precession）;日月岁差：由于地球自转而引起春分点产生每年约50.2″的长期变化 行星岁差：是指黄道的缓慢变化而引起春分点的变化;章动（ Nutation）;岁差和章动影响下，瞬时天球坐标系（ICS）坐标轴的指向在不断变化，它不是一个严格的惯性参考系，不能直接根据牛顿力学定律来研究卫星运动规律。因此要建立一个与惯性坐标系相接近的天球坐标系——协议天球坐标系 通常做法： 选择某一时刻t0作为标准历元，此刻的瞬时北天极、瞬时春分点和瞬时天球赤道经该时刻岁差和章动改正后，可构成一个天球坐标系。这个坐标系称为标准历元t0的平天球坐标系，或协议天球坐标系，也叫协议惯性坐标系（CIS）;目前使用的协议天球坐标系规定如下 1980年，国际大地测量学会（IGA）和国际天文学会（IAU）决定，自1984年1月1日后启用新标准历元的协议天球坐标系，以儒略日JD=2451545.0为标准历元（记为JD2000.0，公历为2000年1月1日12hr00min00s），其坐标轴指向是以标准历元的赤道和春分点所定义;为了将协议天球坐标系中的坐标转换到观测历元t的瞬时天球坐标，通常可分为两步： 首先将JD2000.0协议天球坐标系中的坐标转换到观测历元t的瞬时平天球坐标系中； 然后再将瞬时平天球坐标系中的坐标，转换到观测历元t的瞬时天球坐标系中 本部分内容了解 ;1 地球的形状及几个概念 2 天文坐标系 3 地心空间直角坐标系和地心大地坐标系 4 协议地球坐标系;人们对地球形状的认识是一个逐渐发展的过程 现代认为：地球形状接近于两极略扁的椭球，长短半径相差约21km。北半球半径比南半球半径略短，类似于一个梨形;大地水准面;地球椭球;参考椭球 ;2 天文坐标系;地面点在天文坐标系中表示;地球存在极移现象，天文坐标系也是不稳定的 地球坐标系是随时间而变化，称瞬时地球坐标系 极移：地球极点在地表的位置随时间而改变的现象 极移使地面点的天文坐标产生类似周期性变化 需要定义协议地球坐标类似，即选取一段时间地极在地表运动轨迹的平均位置来定义天文坐标系。这个位置称为平均极点，简称平极 1967年，根据1900~1906年期间（平均历元1903.0）5个纬度站的观测结果，国际上采用1903.0平极作为地极原点，称为国际协议原点 （CIO-Conventional international Origin）;天文坐标系经度原点E的确定;3 地心空间直角坐标系和地心大地坐标系;地心空间直角坐标系：原点O与地球质