第2章 坐标系统《GNSS测量技术》教学课件.pptx

《GNSS测量技术》;2.1 坐标系统的定义方式与类型 2.2 常用坐标系统 2.3 不同坐标系间的坐标转换; 由物理学知道，为了定量描述质点的位置及其随时间的变化，就必须选定一个参照系，并在参照系上建立一个坐标系。大地测量工作中，常常把地球作为参照系，并根据应用需要在地球椭球上建立了多种坐标系统。 2.1.1 坐标系统的定义方式 坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴的指向和尺度三个要素决定的。 1. 理论坐标系 通常理论坐标系的定义过程是先选定一个尺度单位，然后定义坐标原点的位置和坐标轴的指向。坐标系一经定义，任何几何点的位置在坐标系内都具有唯一的一组坐标值。反之，该坐标系内的一组坐标值就唯一地确定了一个几何点的位置。; 2. 协定坐标系 实际测量工作中，在已知若干测站点坐标值后，通过观测又可以反过来定义该坐标系,这种由一系列的已知测站点所定义的坐标系称为协定坐标系。 事实上，点位的坐标值都是通过一定的测量手段得到的，它们总是含有误差的。由它们反过来定义的协定坐标系与原来的理论定义的坐标系会有所不同。尤其是所采用的已知点坐标值的个数多于坐标系定义所必需的参数时，只能通过平差的方法求得协定坐标系的有关参数。这种根据已知点位测定的其他点位的坐标值属于协定坐标系。 ; 2. 协定坐标系 实际测量工作中，在已知若干测站点坐标值后，通过观测又可以反过来定义该坐标系,这种由一系列的已知测站点所定义的坐标系称为协定坐标系。 事实上，点位的坐标值都是通过一定的测量手段得到的，它们总是含有误差的。由它们反过来定义的协定坐标系与原来的理论定义的坐标系会有所不同。尤其是所采用的已知点坐标值的个数多于坐标系定义所必需的参数时，只能通过平差的方法求得协定坐标系的有关参数。这种根据已知点位测定的其他点位的坐标值属于协定坐标系。 3. 协议坐标系 在全球卫星导航定位中，坐标轴的指向具有一定的选择性，为了使用上的方便，国际上都通过协议方式来确定某些全球性坐标系统的坐标轴指向。这种共同确认的坐标系称为协议坐标系。;2.1.2 坐标系统??类型 1. 按坐标系的描述对象分类 (l) 天球坐标系。是一种以天极和春分点作为天球定向基准的坐标系。为了描述天体的位置或卫星的轨道，常用天球坐标系。 (2) 地球坐标系。是指固定在地球上与地球一起旋转的坐标系。描述地球表面上的点位置，常使用的坐标系称为地球坐标系。 2. 按坐标系的固定方式分类 (1) 空固坐标系。卫星的运动理论是根据牛顿万有引力定律，在惯性坐标系统中建立起来的，而惯性坐标系统在空间的位置和方向应保持不变，或近作匀速直线运动。这类坐标系统在空间的位置是固定不变的，并且与地球自转无关。 (2) 地固坐标系。常规测量中，测站和测点都在地球表面且随地球一起自转。为了方便描述地面点的位置，把坐标系固联在地球椭球上与地球一起自转。;3. 按坐标系的原点位置分类 (l) 参心坐标系。以参考椭球的几何中心为原点建立的大地坐标系。 (2) 地心坐标系。以地球质心为原点建立的大地坐标系。;2.2.1 地球坐标系 地球坐标系也称大地坐标系，它与地球体相固联，随着地球一起自转，因而地面点的坐标不因地球自转而变化，故又被称为地固坐标系。其表达形式有空间直角坐标和大地坐标两种。按坐标系的坐标原点和坐标轴指向，可将地球坐标系分为地心坐标系、参心坐标系以及采用非国家椭球投影面或非国家统一坐标系统的地方独立坐标系。 ; 式中 ：a、b 分别表示参考椭球的长半径和短半径； N为椭球的卯酉圆曲率半径，e为椭球的第一偏心率，其计算公式分别为： ; 需要指出的是，大地纬度 B 需要通过迭代计算求取，通常经过 4 次迭代后，大地纬度 B 的精度可达 0.00001″，大地高 H 的精度可达 1mm。;2.2.2 世界大地坐标系 1. WGS-84世界大地坐标系;2. 北斗坐标系统;3. ITRF国际地球参考框架 国际地球参考框架ITRF(International Terrestrial Reference Frame)是一个地心参考框架，它是由大地测量站的坐标和运动速度等进行定义的。 该框架是综合运用甚长基线射电干涉测量（VLBI）、卫星激光测距（SLR）、地月激光测距（LLR）、GPS卫星定位和星载多普勒无线电定轨定位系统（DORIS）的测量结果而建立的地球参考框架，其原点位于地球的质心（包含海洋和大气圈），其参考椭球为WGS-84椭球，其坐标轴的定向与国际时间局BIH1984.0一致。 ITRF参考框架是国际地球自传服务IERS(International Earth Rotation Servi