轉(zhuǎn)載 GIS、天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系max.book118.com奴璃、常用坐標(biāo)系介紹及變換PPT悉默、坐標(biāo)系統(tǒng)PPT、《數(shù)字高程模型》-李志林 朱慶苟穆、《大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)》-孔祥元
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補(bǔ)充:開(kāi)普勒軌道根數(shù)(6參數(shù))麦牺、TLE(兩行軌道數(shù)據(jù))衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)格式解析、衛(wèi)星軌道和兩行數(shù)據(jù)TLE
重點(diǎn)名詞 |
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ephemeris [星歷] |
TLE - Two-Line Orbital Element [兩行軌道數(shù)據(jù)] |
a?? - Semi-major Axis [軌道橢圓長(zhǎng)半軸] |
Celestial Sphere [天球] |
Celestial Axis [天軸] |
Celestial Poles [天極] |
Lambert_Conformal_Conic [蘭勃特等角圓錐投影] |
DATUM [大地基準(zhǔn)面] |
1737400.0 :若將月球視為標(biāo)準(zhǔn)的球體鞭缭,那么它的半徑為1737400.0m剖膳。 |
Meridian [子午線] |
Origin [原點(diǎn)] |
vernal equinox point [春分點(diǎn)] |
greenwich [格林尼治] |
BIH [國(guó)際時(shí)間局] |
perigee [近地點(diǎn)] |
TDB - Barycentric Dynamical Time [質(zhì)心動(dòng)力學(xué)時(shí)]:為相對(duì)于太陽(yáng)質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)方程給出的歷表、引數(shù)等所用的時(shí)間尺度岭辣,歲差及章動(dòng)量的計(jì)算是以此為依據(jù)的吱晒。 |
TDT - Terrestrial Dynamical Time [衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)時(shí)]:TDT為視地心歷表所用的時(shí)間尺度,它具有均勻連續(xù)的特性沦童,衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方程就是以此為獨(dú)立的時(shí)間變量仑濒。 |
CRS - Celestial Reference System [天球坐標(biāo)系,也就是天球參考系統(tǒng)] |
CIS - Conventional Inertial System [平天球坐標(biāo)系偷遗,或協(xié)議天球坐標(biāo)系墩瞳,也稱協(xié)議慣性坐標(biāo)系] |
CIO - Conventional International Origin [國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)] |
CTP - Conventional Terrestrial Pole [協(xié)議地球極]:CTP是某段期間地極的平均位置。 |
CTRS - Conventional Terrestrial Reference System [協(xié)議地球參考系] |
CTRF - Conventional Terrestrial Reference Frame [協(xié)議地球參考框架] |
WGS - World Geodetic System [世界大地坐標(biāo)系] |
ITRS - International Terrestrial Reference System [國(guó)際地球參考系] |
ITRF - International Terrestrial Reference Frame [國(guó)際地球參考框架] |
ICRS - International Celestial Reference System [國(guó)際天球參考系] |
瞬時(shí)平北天極:繞北黃極均勻移動(dòng)的北天極氏豌。 |
瞬時(shí)北天極:觀測(cè)瞬間的北天極喉酌。 |
NCP [北天極] |
NEP [北黃極] |
Polar Motion [極移]:地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于地球體的位置不是固定的,地極點(diǎn)在地球表面上的位置隨時(shí)間而變化的現(xiàn)象泵喘。 |
Mean Polar [平均地極]:采用國(guó)際上5個(gè)緯度服務(wù)站泪电,以1900-1905年的平均緯度所確定的平均地極位置作為基準(zhǔn)點(diǎn),平極的位置是相應(yīng)上述期間地球自轉(zhuǎn)軸的平均位置纪铺,通常稱為CIO(Conventional International Origin-CIO)相速。 |
潮汐鎖定 (月球總是一面對(duì)著地球,另一面背對(duì)著地球) |
坐標(biāo)系統(tǒng)[原點(diǎn)鲜锚、軸向突诬、尺度]
??由坐標(biāo)原點(diǎn)位置苫拍、坐標(biāo)軸指向和尺度所定義。
??在GPS定位中旺隙,坐標(biāo)系原點(diǎn)一般取地球質(zhì)心怯疤,而坐標(biāo)軸的指向具有一定的選擇性。
??為了使用上的方便催束,國(guó)際上都通過(guò)協(xié)議來(lái)確定某些全球性坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)軸指向,這種共同確認(rèn)的坐標(biāo)系稱為協(xié)議坐標(biāo)系(Conventional International Coordinate system) 伏社。
坐標(biāo)系與坐標(biāo)框架
坐標(biāo)系:由明確的物理概念和嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型來(lái)定義的抠刺。
坐標(biāo)框架:由一組點(diǎn)的坐標(biāo)和速度來(lái)實(shí)現(xiàn)的,是坐標(biāo)系的具體實(shí)現(xiàn)摘昌。
FK4參考系 是基于紐康姆理論中的黃道速妖、歲差和伍拉德章動(dòng)來(lái)定義的。而 FK4參考架 就是包括1535顆基本星的FK4星表聪黎。
ICRS參考系罕容,它是由遙遠(yuǎn)的河外射電源構(gòu)成無(wú)旋轉(zhuǎn)的準(zhǔn)慣性參考系,而這是由IERS分析全球VLBI觀測(cè)所得到的一組射電源的坐標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)稿饰,如RSC(WGRF)95R01锦秒。
為了描述天體在空間的運(yùn)動(dòng),一般用太陽(yáng)系質(zhì)心為原點(diǎn)的天球參考架喉镰,如ICRF旅择、依巴谷星表、FK5等侣姆。
描述地面上點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)生真,一般用以地球質(zhì)心為原點(diǎn)的地面參考架,如ITRF捺宗、NWL9D柱蟀、GRS80等 。
在討論天然衛(wèi)星蚜厉,如月球或人造衛(wèi)星LAGEOSⅠ长已、Ⅱ等運(yùn)動(dòng)時(shí),可以在太陽(yáng)系質(zhì)心參考系BRS或地心參考系GRS中討論昼牛,而天球參考架可以有運(yùn)動(dòng)學(xué)的痰哨,也可以有力學(xué)的。
隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)和國(guó)防的需要匾嘱,各國(guó)都有其自己的大地測(cè)量坐標(biāo)架斤斧,如美國(guó)國(guó)防部(DMA)在開(kāi)展DOPPLER觀測(cè)的基礎(chǔ)上,建立了NWL9D霎烙; 法國(guó)空間中心的MEDOC觀測(cè)網(wǎng)撬讽,采用了MEDOC地面參考架蕊连;我國(guó)在20世紀(jì)70年代建立的天文大地測(cè)量網(wǎng)。
大地測(cè)量基準(zhǔn)及其轉(zhuǎn)換
1.經(jīng)典大地測(cè)量基準(zhǔn)
大地測(cè)量基準(zhǔn)是由一組確定測(cè)量參考面(參考系)在地球內(nèi)部的位置和方向游昼,以及描述參考面形狀和大小的參數(shù)來(lái)表示甘苍。
一般選擇一個(gè)橢球面作為計(jì)算的參考面。同時(shí)地球作為宇宙空間的一個(gè)行星烘豌,也有重要的物理性質(zhì)
1967年國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)(IAG)推薦如下4個(gè)量來(lái)描述地球橢球的基本特征:
a——地球橢球長(zhǎng)半徑m
J2——地球重力場(chǎng)二階帶諧系數(shù)
GM——地球引力與地球質(zhì)量乘積km3s-ˉ2
?? ——地球自轉(zhuǎn)角速度rad/s
2.衛(wèi)星大地測(cè)量基準(zhǔn)
??美國(guó)國(guó)防部建立载庭,先后有WGS-60,WGS-66廊佩,WGS72囚聚,WGS84這幾個(gè)版本,世界大地坐標(biāo)系WGS屬于協(xié)議地球坐標(biāo)系CTS标锄,WGS可看成CTS的近似系統(tǒng)顽铸。 WGS84是目前GPS系統(tǒng)廣播星歷和NIMA精密星歷的參考框架。
??在全球定位系統(tǒng)中料皇,為了確定用戶接收機(jī)的位置谓松,GPS衛(wèi)星的瞬時(shí)位置通常應(yīng)化算到統(tǒng)一的地球坐標(biāo)系統(tǒng)。在GPS試驗(yàn)階段践剂,衛(wèi)星瞬間位置的計(jì)算采用了1972年世界大地坐標(biāo)系(World Geodetic System ——WGS-72)鬼譬,1987年1月10日開(kāi)始采用改進(jìn)的大地坐標(biāo)系統(tǒng)WGS-84。
??WGS-84大地坐標(biāo)系的幾何意義:原點(diǎn)位于地球質(zhì)心逊脯,Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極(CTP)方向拧簸,X軸指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交點(diǎn),Y軸與Z男窟、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系盆赤。對(duì)應(yīng)WGS-84大地坐標(biāo)系有WGS-84橢球。
WGS-84系統(tǒng) – 發(fā)展歷史
- 三次更新
??- 第一次在1994年 – WGS 84 (G730)
??- 第二次在1996年 – WGS 84 (G873)
??- 第三次在2001年 – WGS 84 (G1150)
說(shuō)明:“G”表示這些坐標(biāo)是完全采用GPS方法所確定出來(lái)的歉眷,沒(méi)有包 含多普勒數(shù)據(jù);而跟在后面的數(shù)字所表示的是牺六,在NIMA精密星歷估 計(jì)過(guò)程中,開(kāi)始使用這些坐標(biāo)時(shí)的GPS周數(shù)汗捡,如淑际,數(shù)字“873”是歷元 1996年9月29日0hUTC時(shí)的GPS周數(shù),而數(shù)字“1150”是歷元2002年 1月20日0h扇住,從這些天起春缕,用戶可以通過(guò)NIMA的GPS星歷來(lái)分別使 用WGS 84 (873)和WGS 84 (1150)。
黃道艘蹋、赤道和白道
??太陽(yáng)在天球上的“視運(yùn)動(dòng)”分為兩種情形锄贼,即“周日視運(yùn)動(dòng)” 和“周年視運(yùn)動(dòng)”∨В“周日視運(yùn)動(dòng)”即太陽(yáng)每天的東升西落現(xiàn)象宅荤,這實(shí)質(zhì)上是由于地球自轉(zhuǎn)引起的一種視覺(jué)效果屑迂;“周年視運(yùn)動(dòng)”指的是地球公轉(zhuǎn)所引起的太陽(yáng)在星座之間“穿行”的現(xiàn)象。 天文學(xué)把太陽(yáng)在天球上的周年視運(yùn)動(dòng)軌跡冯键,既太陽(yáng)在天空中穿行的視路徑的大圓惹盼,稱為“黃道”,也就是地球公轉(zhuǎn)軌道面在天球上的投影惫确。
??赤道是地球表面的點(diǎn)隨地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的軌跡中周長(zhǎng)最長(zhǎng)的圓周線手报,赤道半徑 6378.137Km ;兩極半徑 6359.752Km改化;平均半徑 6371.012Km 掩蛤;赤道周長(zhǎng) 40075.7Km。
??白道:月球繞地球公轉(zhuǎn)的軌道平面與天球相交的大圓所袁。
平天極與真天極
??天極和黃極在天球上并非固定不動(dòng)的點(diǎn),而是均在緩慢地移動(dòng)著凶掰, 但北天極的移動(dòng)比北黃極的移動(dòng)約大40倍燥爷。 從天球外面看,北天極繞北黃極緩慢地移動(dòng)懦窘,約25800年繞行一周前翎, 其軌跡為一以黃赤交角為半徑的小圓。 在這個(gè)小圓上作均勻圓周運(yùn)動(dòng)的北天極畅涂,稱為平天極(簡(jiǎn)稱平極)港华。 北天極還有另一個(gè)運(yùn)動(dòng),是沿著波浪形曲線繞著平天極作小周期(主要是18.6年的周期)的振動(dòng)午衰, 在這條曲線上移動(dòng)的天極稱為真天極(簡(jiǎn)稱真極)立宜。
歲差
??天球坐標(biāo)系(慣性坐標(biāo)系)的建立是假定地球的自轉(zhuǎn)軸在空間的方向上是固定的,春分點(diǎn)在天球上的位置保持不變臊岸。
??實(shí)際上地球接近于一個(gè)赤道隆起的橢球體橙数,在日月和其它天體引力對(duì)地球隆起部分的作用下,地球在繞太陽(yáng)運(yùn)行時(shí)帅戒,自轉(zhuǎn)軸方向不再保持不變 從而使春分點(diǎn)在黃道上產(chǎn)生緩慢西移灯帮,此現(xiàn)象在天文學(xué)上稱為歲差(precession)。
??在歲差的影響下逻住,地球自轉(zhuǎn)軸在空間繞北黃極順時(shí)針旋轉(zhuǎn)钟哥,因而使北天極以同樣方式繞北黃極順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
章動(dòng)
??在天球上瞎访,這種順時(shí)針規(guī)律運(yùn)動(dòng)的北天極稱為瞬時(shí)平北天極(簡(jiǎn)稱平北天極)腻贰,相應(yīng)的天球赤道和春分點(diǎn)稱為瞬時(shí)天球平赤道和瞬時(shí)平春分點(diǎn)。
??在太陽(yáng)和其它行星引力的影響下扒秸,月球的運(yùn)行軌道以及月地之間的距離在不斷變化银受,北天極繞北黃極順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的軌跡十分復(fù)雜践盼。如果觀測(cè)時(shí)的北天極稱為瞬時(shí)北天極(或真北天極),相應(yīng)的天球赤道和春分點(diǎn)稱為瞬時(shí)天球赤道和瞬時(shí)春分點(diǎn)(或真天球赤道和真春分點(diǎn))宾巍。
??在日月引力等因素的影響下咕幻,瞬時(shí)北天極將繞瞬時(shí)平北天極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn),軌跡大致為橢圓顶霞。這種現(xiàn)象稱為章動(dòng)(Nutation)肄程。
極移
極移:地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)地球體的位置并不是固定的,因而选浑,地極點(diǎn)在地球表面上的位置,是隨時(shí)間而變化的古徒,這種現(xiàn)象稱為極移。
產(chǎn)生的主要原因:地球內(nèi)部質(zhì)量不均勻影響自轉(zhuǎn)軸在地球內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)
一代态、天球坐標(biāo)系
1.描述衛(wèi)星(天體)的運(yùn)行位置和狀態(tài)萨驶,極其方便 |
2. 根據(jù)牛頓引力定律 |
3. 慣性參考坐標(biāo)系,與地球自轉(zhuǎn)無(wú)關(guān) |
Earth-Centred Inential Coordinate System,Earth-Centred Space-Fixed Coordinate System 核畴,英文簡(jiǎn)寫(ECI券盅,ECSF)。又稱為慣性坐標(biāo)系膛檀、空間固定的坐標(biāo)系锰镀。 |
天球指以地球質(zhì)心為中心,半徑r為任意長(zhǎng)度的一個(gè)假想球體咖刃。 |
重要名詞: 天軸泳炉、黃道(ecliptic)、春分點(diǎn)嚎杨、赤道(equator)花鹅、歲差、章動(dòng)枫浙、極移刨肃。 |
協(xié)議天球坐標(biāo)系 - CIS |
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??由于歲差和章動(dòng)的影響古拴,瞬時(shí)天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸指向不斷變化,在這種非慣性坐標(biāo)系統(tǒng)中真友,不能直接根據(jù)牛頓力學(xué)定律研究衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律黄痪。 |
??為建立一個(gè)與慣性坐標(biāo)系相接近的坐標(biāo)系,通常選擇某一時(shí)刻t0作為標(biāo)準(zhǔn)歷元盔然,并將此刻地球的瞬時(shí)自轉(zhuǎn)軸(指向北極)和地心至瞬時(shí)春分點(diǎn)的方向桅打,經(jīng)過(guò)該瞬時(shí)歲差和章動(dòng)改正后,作為z軸和x軸愈案。由此建立的坐標(biāo)系稱為所取標(biāo)準(zhǔn)歷元的協(xié)議天球坐標(biāo)系挺尾,或平天球坐標(biāo)系圾旨,也稱協(xié)議慣性坐標(biāo)系(Conventional Inertial System—CIS) |
國(guó)際天球參考系 - ICRS |
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ICRS - International Celestial Reference System |
版本: J1950.0 J2000.0 |
1980年止毕,國(guó)際大地測(cè)量學(xué)會(huì)(IAG)和國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)(IAU)決定枫耳,自1984年1月1日后啟用新標(biāo)準(zhǔn)歷元的協(xié)議天球坐標(biāo)系踊淳,以儒略日J(rèn)D=2451545.0為標(biāo)準(zhǔn)歷元,記為J2000.0钧椰,公歷為2000年1月1日12h00m00s豌熄。 |
原點(diǎn):地球質(zhì)心 |
標(biāo)準(zhǔn)歷元:2000年1月1日質(zhì)心力學(xué)時(shí)(TDB)昆码, JD=2451545.0 |
為了將協(xié)議天球坐標(biāo)系的衛(wèi)星坐標(biāo)顷歌,轉(zhuǎn)換為觀測(cè)歷元t的瞬時(shí)天球坐標(biāo)系锰蓬,通常分兩步進(jìn)行幔睬。
協(xié)議天球坐標(biāo)系 |
??? ↓歲差旋轉(zhuǎn) |
瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系 |
???↓章動(dòng)旋轉(zhuǎn) |
瞬時(shí)天球坐標(biāo)系 |
??在天文學(xué)和衛(wèi)星大地測(cè)量學(xué)中眯漩,春分點(diǎn)和天球赤道面是建立參考系的重要基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)面。在天球坐標(biāo)系中麻顶,任一天體的位置可用天球空間直角坐標(biāo)系和天球球面坐標(biāo)系來(lái)描述赦抖。
- 瞬時(shí)天球坐標(biāo)系
- 協(xié)議天球坐標(biāo)系CIS(協(xié)議慣性坐標(biāo)系)
- 天球空間直角坐標(biāo)系 (x,y辅肾,z)
- 天球球面坐標(biāo)系 (r, ??, ??)
協(xié)議天球坐標(biāo)系和瞬時(shí)天球坐標(biāo)系之間可相互轉(zhuǎn)換
二队萤、地球坐標(biāo)系
由于地球上一固定點(diǎn)在天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)隨地球自轉(zhuǎn)而變化,應(yīng)用不方便矫钓。為了描述地面觀測(cè)點(diǎn)的位置要尔,有必要建立與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系—地球坐標(biāo)系。地球坐標(biāo)系與地球固連在一起新娜,隨地球一起自轉(zhuǎn)赵辕,又稱 地固坐標(biāo)系。地球坐標(biāo)系的主要任務(wù)是用以描述地面點(diǎn)在地球上的位置概龄,也可用以描述衛(wèi)星在近地空間中的位置还惠。
地球坐標(biāo)系 |
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1. 表達(dá)地面觀測(cè)站的位置 |
2. 處理GPS觀測(cè)數(shù)據(jù) |
Earth-Centred Earth-fixed Coordinate System 地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系統(tǒng),英文簡(jiǎn)寫(ECEF私杜,CTS) 蚕键,又稱地固坐標(biāo)系救欧。
地心坐標(biāo)系:
原點(diǎn)位于地球(含大氣層)的質(zhì)量中心;Z軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合锣光,X軸和Y軸位于地球赤道面上笆怠,其中X軸指向經(jīng)度零點(diǎn),Y軸垂直于X軸和Z軸嫉晶,組成右手坐標(biāo)系骑疆。
地球空間直角坐標(biāo)系(X,Y替废,Z)箍铭、地心大地坐標(biāo)系(B,L椎镣,H)參心坐標(biāo)系統(tǒng):
原點(diǎn)位于參考橢球的中心诈火;Z軸與地球自轉(zhuǎn)軸平行,X軸和Y軸位于參考橢球的赤道面上状答,其中X軸平行于起始天文子午面冷守,Y軸垂直于X軸和Z軸,組成右手坐標(biāo)系惊科。
參心空間直角坐標(biāo)系 拍摇、參心大地坐標(biāo)系
處理觀測(cè)成果,傳算地面控制網(wǎng)的坐標(biāo)
選取一參考橢球面為參考面馆截,大地原點(diǎn)為起算點(diǎn)充活,天文測(cè)量確定參考橢球與地球的方位關(guān)系,其中心與地球質(zhì)心不重合蜡娶,只位于地球質(zhì)心附近混卵,被稱為參心坐標(biāo)系。
參心空間直角坐標(biāo)系定義:原點(diǎn)位于參考橢球中心窖张,Z軸平行于地球旋轉(zhuǎn)軸幕随,X指向起始大地子午面與參考橢球赤道的交點(diǎn),Y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系宿接。
地心空間直角坐標(biāo)系與參心空間直角坐標(biāo)系之間的區(qū)別: 原點(diǎn)位置赘淮、坐標(biāo)軸指向都不同
- 站心坐標(biāo)系統(tǒng)
垂線站心坐標(biāo)系 、法線站心坐標(biāo)系 (或者 站心地平直角坐標(biāo)系 睦霎、站心極坐標(biāo)系) - 協(xié)議地球坐標(biāo)系CTS梢卸、瞬時(shí)地球坐標(biāo)系
采用CIO作為協(xié)議地極(conventional Terrestrial Pole——CTP);
以協(xié)議地極為基準(zhǔn)點(diǎn)的地球坐標(biāo)系稱為協(xié)議地球坐標(biāo)系(Conventional Terrestrial System——CTS)碎赢;與瞬時(shí)極對(duì)應(yīng)的地球坐標(biāo)系稱為瞬時(shí)地球坐標(biāo)系低剔。
協(xié)議地球參考系統(tǒng) - CTRS |
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? 由于地面點(diǎn)在瞬時(shí)地球坐標(biāo)系(或真地球坐標(biāo)系)中的坐標(biāo)不斷發(fā)生變化,不適宜用來(lái)表示地面點(diǎn)的位置實(shí)際應(yīng)用需要一個(gè)坐標(biāo)軸的指向不隨極移改變,真正與地球固連在一起的坐標(biāo)系襟齿,協(xié)議地球坐標(biāo)系就是這樣一種坐標(biāo)系姻锁。 |
協(xié)議地球參考框架 - CTRF |
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其定義滿足坐標(biāo)原點(diǎn)位于包括海洋和大氣在內(nèi)的整個(gè)地球的質(zhì)量中心。尺度為廣義相對(duì)論意義上的局部地球框架內(nèi)的尺度猜欺。坐標(biāo)軸的指向最初是BIH1984.0來(lái)確定的坐標(biāo)軸位隶。定向隨時(shí)間的變化滿足地殼無(wú)整體旋轉(zhuǎn)這一條件。 |
國(guó)際地球參考系統(tǒng) - ITRS 和國(guó)際地球參考框架 - ITRF |
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ITRS是協(xié)議地球參考系的一種 |
ITRS和ITRF是目前國(guó)際上精度最高并被廣泛應(yīng)用的協(xié)議地球參考系統(tǒng)和參考框架 |
?ITRS與ITRF由國(guó)際地球自轉(zhuǎn)與參考系統(tǒng)服務(wù)(International Earth Rotation and Reference System Service - IERS)組織維持與更新开皿。 |
ITRF是ITRS 的具體實(shí)現(xiàn)涧黄,由IERS中心局利用VLBI、LLR赋荆、SLR笋妥、GPS和DORIS空間大地測(cè)量技術(shù)的觀測(cè)數(shù)據(jù),分析得到的一組全球站坐標(biāo)/速度和EOP參數(shù)窄潭。 |
自1988年起春宣,IERS已經(jīng)發(fā)布ITRF88、ITRF89嫉你、ITRF90月帝、ITRF91、ITRF92幽污、ITRF93嚷辅、ITRF94、ITRF96距误、ITRF2000簸搞、ITRF2005、ITRF2008等全球參考框架深寥。 ITRF是通過(guò)框架的定向攘乒、原點(diǎn)贤牛、尺度和框架時(shí)間演變基準(zhǔn)的明確定義來(lái)實(shí)現(xiàn)的惋鹅。 http://lareg.ensg.ign.fr/ITRF/solutions.html |
協(xié)議地球坐標(biāo)系CTS又稱為國(guó)際地球參考系統(tǒng)(ITRS)。
PZ-90坐標(biāo)系統(tǒng) |
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?PZ90是GLONASS衛(wèi)星廣播星歷的參考框架殉簸。原點(diǎn)為地心闰集,Z軸指向協(xié)議地極CTP,X軸指向地球赤道面和國(guó)際時(shí)間局BIH定義的零子午線的交點(diǎn)般卑,Y軸與Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系武鲁。 PZ參考框架的實(shí)現(xiàn)由26個(gè)地面跟蹤站點(diǎn)的地心坐標(biāo)和速度實(shí)現(xiàn)。 |
伽利略地球參考框架 |
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?GTRF-Galileo Terrestrial Reference Frame, 伽利略系統(tǒng)所使用的參考框架, 遵守ITRS的定義, 目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了三個(gè)版本蝠检,初步開(kāi)始為GTRF提供服務(wù) |
我國(guó)主要的坐標(biāo)系統(tǒng) |
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我國(guó)的大地坐標(biāo)系統(tǒng) |
?CGCS2000坐標(biāo)系已于2008年7月1日正式啟用沐鼠, 高精度2000國(guó)家GPS大地網(wǎng)和全國(guó)天文大地網(wǎng)。 |
全國(guó)GPS一、二級(jí)網(wǎng)(534點(diǎn))饲梭,1991-1997年布設(shè)乘盖; |
國(guó)家GPS A、B級(jí)網(wǎng)(818點(diǎn))憔涉,1991-1996年布設(shè)订框; |
地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)(336點(diǎn)),包括全國(guó)GPS地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)(21點(diǎn))兜叨; |
?中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)(1081點(diǎn))穿扳,包括基準(zhǔn)網(wǎng)(25點(diǎn))、基本網(wǎng)(56點(diǎn))和區(qū)域網(wǎng)(1000點(diǎn))国旷。 |
從定義上看矛物,協(xié)議天球坐標(biāo)系 與 協(xié)議地球坐標(biāo)系 的 區(qū)別 :
- 兩坐標(biāo)系的原點(diǎn)均位于地球的質(zhì)心,故其原點(diǎn)位置相同跪但。
- 瞬時(shí)天球坐標(biāo)系的z軸與瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的Z軸指向相同泽谨。
- 兩瞬時(shí)坐標(biāo)系x軸與X軸的指向不同,天球坐標(biāo)系指向春分點(diǎn)Y特漩,地球坐標(biāo)系指向格林尼治子午面與地球赤道的交點(diǎn)E吧雹,其間夾角為春分點(diǎn)的格林尼治恒星時(shí)。
三涂身、坐標(biāo)系系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換
在GPS測(cè)量中雄卷,經(jīng)常要進(jìn)行坐標(biāo)變換和基準(zhǔn)變換。
- 坐標(biāo)變換:在不同的坐標(biāo)表示形式間進(jìn)行變換蛤售。
- 基準(zhǔn)變換:在不同的參考基準(zhǔn)間進(jìn)行變換丁鹉。
基準(zhǔn):為描述空間位置的點(diǎn)、線悴能、面揣钦。在 大地測(cè)量中基準(zhǔn) 是指用以 描述地球形狀的參考橢球的參數(shù)。
- 坐標(biāo)系的變換方法(同一基準(zhǔn))
1漠酿、空間大地坐標(biāo)系 與 空間直角坐標(biāo)系 間的轉(zhuǎn)換冯凹。(B,L炒嘲,H) → (X宇姚,Y,Z)
2夫凸、空間坐標(biāo)系 與 平面直角坐標(biāo)系 間的轉(zhuǎn)換浑劳。(大地坐標(biāo))→(高斯平面直角坐標(biāo))- 坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換方法(不同基準(zhǔn))
不同空間直角坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換 (X,Y夭拌,Z)84 → (X魔熏,Y衷咽,Z)54
不同坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換實(shí)質(zhì)上就是不同基準(zhǔn)間的轉(zhuǎn)換,常用 布爾薩(Bursa-Wolf)七參數(shù) 轉(zhuǎn)換方法蒜绽。即3個(gè)平移參數(shù)兵罢,3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù),1個(gè)尺度參數(shù)滓窍。
通常卖词,選擇同時(shí)具有兩套坐標(biāo)的三個(gè)地面控制點(diǎn),通過(guò)平差的方法吏夯,解算七參數(shù)此蜈。若要提高參數(shù)的精度,在數(shù)據(jù)處理時(shí)噪生,常采用GPS基線向量網(wǎng)與地面網(wǎng)聯(lián)合平差裆赵。
- 協(xié)議地球坐標(biāo)系和瞬時(shí)地球坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換
- 協(xié)議地球坐標(biāo)系和協(xié)議天球坐標(biāo)系 之間的轉(zhuǎn)換
協(xié)議地球坐標(biāo)系(平地球坐標(biāo)系)---> 瞬時(shí)地球坐標(biāo)系---> 真天球坐標(biāo)系---> 平天球坐標(biāo)系---> 協(xié)議天球坐標(biāo)系
采用歲差、章動(dòng)矩陣和旋轉(zhuǎn)春分點(diǎn)時(shí)角進(jìn)行轉(zhuǎn)換跺嗽。
四战授、時(shí)間系統(tǒng)
時(shí)間的概念:包含 時(shí)刻 和 時(shí)間間隔 兩個(gè)概念。
??在天文學(xué)和衛(wèi)星定位中桨嫁,與所獲數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻也稱為歷元植兰。時(shí)間間隔測(cè)量,也稱為相對(duì)時(shí)間測(cè)量璃吧。時(shí)刻測(cè)量楣导,相應(yīng)地稱為絕對(duì)時(shí)間測(cè)量。
時(shí)間基準(zhǔn):包含 時(shí)間原點(diǎn)(時(shí)刻) 和 時(shí)間尺度(時(shí)間段) 畜挨。
??時(shí)間系統(tǒng)和坐標(biāo)系統(tǒng)一樣筒繁,應(yīng)有其尺度(時(shí)間單位)與原點(diǎn)(起始?xì)v元)。其中時(shí)間的尺度是關(guān)鍵巴元,而原點(diǎn)可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)用加以選定毡咏。不同的原點(diǎn)和尺度對(duì)應(yīng)不同的時(shí)間系統(tǒng)。任何一個(gè)可觀測(cè)的周期的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象逮刨,只要符合條件呕缭,都可用作確定時(shí)間間隔。
??GPS時(shí)間系統(tǒng)要求:全球統(tǒng)一的時(shí)間原點(diǎn)和高精度的時(shí)間尺度禀忆。衛(wèi)星的信號(hào)臊旭、衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)落恼、衛(wèi)星的坐標(biāo)都與時(shí)間密切相關(guān)箩退。采用原子時(shí)IAT秒長(zhǎng)作為時(shí)間基準(zhǔn),時(shí)間的起算點(diǎn)定義在1980年1月6日UTC 0時(shí)佳谦。
- 恒星時(shí)(Sidereal Time戴涝,ST)
真恒星時(shí)、平恒星時(shí)
恒星時(shí):以春分點(diǎn)為參考點(diǎn),由春分點(diǎn)的周日視運(yùn)動(dòng)所確定的時(shí)間啥刻。
時(shí)間尺度:春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本地子午圈的時(shí)間間隔為一恒星日奸鸯,一恒星日分為24個(gè)恒星時(shí)。
起算原點(diǎn):恒星時(shí)以春分點(diǎn)通過(guò)本地子午圈時(shí)刻為起算原點(diǎn)可帽,所以恒星時(shí)在數(shù)值上等于春分點(diǎn)相對(duì)于本地子午圈的時(shí)角娄涩。
恒星時(shí)的特性: 恒星時(shí)具有地方性,導(dǎo)致時(shí)間尺度不穩(wěn)定映跟。恒星時(shí)是以地球
自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的蓄拣,由于歲差和章動(dòng)的影響,春分點(diǎn)在天球上的位置并不確定努隙。因此球恤,恒星時(shí)不具有統(tǒng)一的時(shí)間原點(diǎn)。
- 平太陽(yáng)時(shí)(Mean Solar Time, MT)
平太陽(yáng)時(shí):以平太陽(yáng)為參考點(diǎn)荸镊,由平太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)所確定的時(shí)間咽斧。
時(shí)間尺度:平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本地子午圈的時(shí)間間隔為一平太陽(yáng)日,一平太陽(yáng)日分為24個(gè)平太陽(yáng)時(shí)躬存。
起算原點(diǎn):平太陽(yáng)時(shí)以平太陽(yáng)通過(guò)本地子午圈時(shí)刻為起算原點(diǎn)张惹,所以平太陽(yáng)時(shí)在數(shù)值上等于平太陽(yáng)相對(duì)于本地子午圈的時(shí)角。
平太陽(yáng)時(shí)的特性:平太陽(yáng)時(shí)具有地方性岭洲,導(dǎo)致時(shí)間尺度不穩(wěn)定诵叁。
- 世界時(shí)(Universal Time,UT)UT0, UT1, UT2
世界時(shí):以平子夜為零時(shí)起算的格林尼治平太陽(yáng)時(shí)钦椭。世界時(shí)與平太陽(yáng)時(shí)尺度基準(zhǔn)相同拧额,其差別僅在于起算點(diǎn)不同。
世界時(shí)的特性:世界時(shí)雖然屬全球性彪腔,但時(shí)間尺度還是不穩(wěn)定侥锦。
為了彌補(bǔ)上述缺陷,使世界時(shí)盡可能均勻德挣,從1956年開(kāi)始
– 在世界時(shí)UT0中引入了極移改正,得到世界時(shí)UT1(含有地球自轉(zhuǎn)速度變化的影響);
– 在UT1中加入地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性改正得到世界時(shí)UT2恭垦。
- 原子時(shí)(法語(yǔ) Temps Atomique International,TAI)
時(shí)間尺度:秒長(zhǎng)被定義為銫原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷輻射震蕩9192631170周所持續(xù)的時(shí)間格嗅;
起算原點(diǎn):按國(guó)際協(xié)定取為1958年1月1日0時(shí)0秒番挺,事后發(fā)現(xiàn)該瞬間原子時(shí)與世界時(shí)有差異。
原子時(shí)的特性:原子時(shí)雖然時(shí)間尺度還是穩(wěn)定屯掖,但沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)間原點(diǎn)玄柏。
- 協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)
協(xié)調(diào)世界時(shí):是原子時(shí)和世界時(shí)的結(jié)合。既有時(shí)間原點(diǎn)贴铜,也有穩(wěn)定的時(shí)間尺度粪摘。
協(xié)調(diào)世界時(shí)產(chǎn)生的原因:
1瀑晒、許多部門慣用天體作為觀測(cè)對(duì)象,確定時(shí)間徘意;
2苔悦、地球自轉(zhuǎn)的速度逐漸轉(zhuǎn)慢;
3椎咧、時(shí)間原點(diǎn)應(yīng)盡量靠近世界時(shí)玖详。
- GPS時(shí)間系統(tǒng)(GPST)
GPS系統(tǒng)是測(cè)時(shí)測(cè)距系統(tǒng)。時(shí)間在GPS測(cè)量中是一個(gè)基本的觀測(cè)量勤讽。衛(wèi)星的信號(hào)竹宋,衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng),衛(wèi)星的坐標(biāo)都與時(shí)間密切相關(guān)地技。對(duì)時(shí)間的要求既要穩(wěn)定又要連續(xù)蜈七。為此,GPS系統(tǒng)中衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘均采用穩(wěn)定而連續(xù)的GPS時(shí)間系統(tǒng)莫矗。
GPS時(shí)間系統(tǒng):采用原子時(shí)IAT秒長(zhǎng)作為時(shí)間基準(zhǔn)飒硅,時(shí)間的起算點(diǎn)定義在1980年1月6日的UTC0 時(shí)。
五作谚、高程系統(tǒng)
六三娩、衛(wèi)星的瞬時(shí)位置計(jì)算
開(kāi)普勒方程