第二章大地測量學(xué)基礎(chǔ)

1、 2.1 地球的運動地球的運動 從不同的角度，地球的運轉(zhuǎn)可分為四類：從不同的角度，地球的運轉(zhuǎn)可分為四類：天文學(xué)的基本概念天文學(xué)的基本概念（預(yù)備知識）（預(yù)備知識） 與銀河系一起在宇宙中運動與銀河系一起在宇宙中運動 在銀河系內(nèi)與太陽一起旋轉(zhuǎn)在銀河系內(nèi)與太陽一起旋轉(zhuǎn) 與其它行星一起繞太陽旋轉(zhuǎn)（公轉(zhuǎn)）與其它行星一起繞太陽旋轉(zhuǎn)（公轉(zhuǎn)） 地球的自轉(zhuǎn)（周日視運動地球的自轉(zhuǎn)（周日視運動）第二章第二章 坐標與時間系統(tǒng)坐標與時間系統(tǒng)預(yù)備知識預(yù)備知識l天球的基本概念天球的基本概念 所謂天球，是指以地球質(zhì)心所謂天球，是指以地球質(zhì)心O為中心，半為中心，半徑徑 r為任意長度的一個假想的球體。在天文學(xué)為任意長度的一個假想的

2、球體。在天文學(xué)中，通常均把天體投影到天球的球面上，并中，通常均把天體投影到天球的球面上，并利用球面坐標來表達或研究天體的位置及天利用球面坐標來表達或研究天體的位置及天體之間的關(guān)系。體之間的關(guān)系。 建立球面坐標系統(tǒng)，如圖建立球面坐標系統(tǒng)，如圖21所示所示.l 參考點、線、面和圈參考點、線、面和圈天球的概念天球的概念 天軸與天極天軸與天極 地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線為地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線為天軸天軸，天軸與天球的交點，天軸與天球的交點 PN 和和 PS 稱為稱為天極天極，其中，其中 PN 稱為北天極，稱為北天極， PS 為南天極。為南天極。 天球赤道面與天球赤道天球赤道面與天球赤道 通過地球質(zhì)心通過地球質(zhì)

3、心 O 與天軸垂直的平面稱為天球赤道面。與天軸垂直的平面稱為天球赤道面。天球赤道面與地球赤道面相重合。該赤道面與天球相天球赤道面與地球赤道面相重合。該赤道面與天球相交的大圓稱為交的大圓稱為天球赤道天球赤道。 天球子午面與子午圈天球子午面與子午圈 含天軸并通過任一點的平面，稱為含天軸并通過任一點的平面，稱為天球子午面天球子午面. 天球子午面與天球相交的大圓稱為天球子午面與天球相交的大圓稱為天球子午圈天球子午圈。 時圈時圈 通過天軸的平面與天球相交的大圓均稱為時圈。通過天軸的平面與天球相交的大圓均稱為時圈。 黃道黃道 地球公轉(zhuǎn)的軌道面地球公轉(zhuǎn)的軌道面(黃道面黃道面)與天球相交的大圓稱為與天球相交的

4、大圓稱為黃道黃道。 黃道面與赤道面的夾角稱為黃道面與赤道面的夾角稱為黃赤交角黃赤交角，約為，約為23.5度。度。 黃極黃極 通過天球中心，且垂直于黃道面的直線與天球的交點，通過天球中心，且垂直于黃道面的直線與天球的交點，稱為稱為黃極黃極。其中靠近北天極的交點稱為。其中靠近北天極的交點稱為北黃極北黃極，靠近南，靠近南天極的交點稱為天極的交點稱為南黃極南黃極。 春分點與秋分點春分點與秋分點 黃道與赤道的兩個交點稱為黃道與赤道的兩個交點稱為春分點春分點和和秋分點秋分點。視太。視太陽在黃道上從南半球向北半球運動時，黃道與天球陽在黃道上從南半球向北半球運動時，黃道與天球赤道的交點稱為春分點，用赤道的交點

5、稱為春分點，用 表示。表示。 在天文學(xué)中和研究衛(wèi)星運動時，在天文學(xué)中和研究衛(wèi)星運動時，春分點春分點和和天球赤道天球赤道面面，是建立參考系的重要，是建立參考系的重要基準點基準點和和基準面基準面 赤經(jīng)與赤緯赤經(jīng)與赤緯 地球的中心至天體的連線與天球赤道面的夾角稱為地球的中心至天體的連線與天球赤道面的夾角稱為赤緯赤緯,春分點的天球子午面與過天體的天球子午面的春分點的天球子午面與過天體的天球子午面的夾角為夾角為赤經(jīng)赤經(jīng)。 地球的公轉(zhuǎn)：地球的公轉(zhuǎn)：開普勒三大運動定律開普勒三大運動定律： 運動的軌跡是橢圓，太陽位于其橢圓的一個焦點上；運動的軌跡是橢圓，太陽位于其橢圓的一個焦點上； 在單位時間內(nèi)掃過的面積相等

6、；在單位時間內(nèi)掃過的面積相等； 運動的周期的平方與軌道的長半軸的立方的比為常數(shù)。運動的周期的平方與軌道的長半軸的立方的比為常數(shù)。 地球的自轉(zhuǎn)地球的自轉(zhuǎn) 的特征：的特征： (1) 地軸方向相對于空間的變化（歲差和章動）地軸方向相對于空間的變化（歲差和章動） 歲差：地球自轉(zhuǎn)軸在空間的變化，是日月引力歲差：地球自轉(zhuǎn)軸在空間的變化，是日月引力的共同結(jié)果。假設(shè)月球的引力及其運行軌道是固定不的共同結(jié)果。假設(shè)月球的引力及其運行軌道是固定不變的變的,由于日、月等天體的影響，地球的旋轉(zhuǎn)軸在空間由于日、月等天體的影響，地球的旋轉(zhuǎn)軸在空間圍繞黃極發(fā)生緩慢旋轉(zhuǎn)，形成一個倒圓錐體（見下圍繞黃極發(fā)生緩慢旋轉(zhuǎn)，形成一個倒圓

7、錐體（見下圖），其錐角等于黃赤交角圖），其錐角等于黃赤交角=23.5 ，旋轉(zhuǎn)周期為，旋轉(zhuǎn)周期為26000年，這種運動稱為年，這種運動稱為歲差歲差，是地軸方向相對于空，是地軸方向相對于空間的間的長周期運動長周期運動。歲差使春分點每年向西移動。歲差使春分點每年向西移動50.3考慮歲差和章動的共同影響：考慮歲差和章動的共同影響：真旋轉(zhuǎn)軸、瞬時真天極、真天真旋轉(zhuǎn)軸、瞬時真天極、真天球赤道、瞬時真春分點。球赤道、瞬時真春分點?？紤]歲差的影響：考慮歲差的影響：瞬時平天極、瞬時平天球赤道、瞬時平春瞬時平天極、瞬時平天球赤道、瞬時平春分點。分點。 北天極在天球上繞黃極旋轉(zhuǎn)的軌道不是平滑的小園，北天極在天球上繞

8、黃極旋轉(zhuǎn)的軌道不是平滑的小園，而是類似圓的波浪曲線運動，即地球旋轉(zhuǎn)軸在歲差的基礎(chǔ)上而是類似圓的波浪曲線運動，即地球旋轉(zhuǎn)軸在歲差的基礎(chǔ)上疊加周期為疊加周期為18.6年，且振幅為年，且振幅為9.21的的短周期運動短周期運動。這種現(xiàn)象這種現(xiàn)象稱為稱為章動。章動。真赤道真赤道: 某一時刻的赤道某一時刻的赤道。( (由于歲差和章動的影響由于歲差和章動的影響, ,每一時刻赤每一時刻赤道的位置不同道的位置不同) )平赤道平赤道:只有歲差影響時的赤道。只有歲差影響時的赤道。黃經(jīng)章動黃經(jīng)章動:章動引起的黃經(jīng)變化章動引起的黃經(jīng)變化。即平春分點與真春點的角距。即平春分點與真春點的角距。交角章動交角章動:章動引起的黃

9、赤交角的變化。章動引起的黃赤交角的變化。章動影響章動影響 (2)地軸相對于地球本身相對位置變化（極移）地軸相對于地球本身相對位置變化（極移） 地球自轉(zhuǎn)軸存在相對于地球體自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對地球自轉(zhuǎn)軸存在相對于地球體自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對位置變化，從而導(dǎo)致極點在地球表面上的位置隨時間而位置變化，從而導(dǎo)致極點在地球表面上的位置隨時間而變化，這種現(xiàn)象稱為變化，這種現(xiàn)象稱為極移極移。 某一觀測瞬間地球極所在的位置稱為某一觀測瞬間地球極所在的位置稱為瞬時極瞬時極，某段，某段時間內(nèi)地極的平均位置稱為時間內(nèi)地極的平均位置稱為平極平極。地球極點的變化，導(dǎo)。地球極點的變化，導(dǎo)致地面點的緯度發(fā)生變化。致地面點的緯度發(fā)生

10、變化。 天文聯(lián)合會天文聯(lián)合會(IAU)和大地測量與地球物理聯(lián)合會和大地測量與地球物理聯(lián)合會(IUGG) 建議采用國際上建議采用國際上5個緯度服務(wù)個緯度服務(wù)(ILS)站以站以19001905年的年的平均緯度所確定的平極作為基準點，通常稱為平均緯度所確定的平極作為基準點，通常稱為國際協(xié)議國際協(xié)議原點原點CIO (Conventional International Origin) 。也稱協(xié)。也稱協(xié)議地球極議地球極CTP。 國際極移服務(wù)國際極移服務(wù) ( IPMS ) 和國際時間局和國際時間局( BIH )等機構(gòu)等機構(gòu)分別用不同的方法得到地極原點。分別用不同的方法得到地極原點。國際時間局國際時間局BI

11、HBIH的的CIOCIO有：有：BIH1968.0BIH1968.0，BIH1979.0BIH1979.0，BIH1984.0BIH1984.0與與CIOCIO相應(yīng)的地球赤道面稱為相應(yīng)的地球赤道面稱為平赤道面或協(xié)議赤道面平赤道面或協(xié)議赤道面 。地極坐標系地極坐標系：以：以CIO為原點，為原點，零子午線方向為零子午線方向為X軸，以零軸，以零子午線以西為了描述子午線以西為了描述90子子午線為午線為y y軸。軸。 用來描述極移規(guī)律。用來描述極移規(guī)律。地球自轉(zhuǎn)不但不均勻，而且還有季節(jié)性和短期性的變化。地球自轉(zhuǎn)不但不均勻，而且還有季節(jié)性和短期性的變化?，F(xiàn)已弄清的有以下幾種原因：現(xiàn)已弄清的有以下幾種原因：

12、 地球自轉(zhuǎn)長期減慢的現(xiàn)象地球自轉(zhuǎn)長期減慢的現(xiàn)象引起長期減慢的原因，一般認為是受潮汐磨擦力的影響。引起長期減慢的原因，一般認為是受潮汐磨擦力的影響。日長大約在日長大約在100100年內(nèi)增長年內(nèi)增長0 0s s.0016.0016。 地球自轉(zhuǎn)不規(guī)則的變化地球自轉(zhuǎn)不規(guī)則的變化地球自轉(zhuǎn)有時快有時慢。在快慢交替的時候，變化相當?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)有時快有時慢。在快慢交替的時候，變化相當顯著，變化量將超過地球自轉(zhuǎn)在顯著，變化量將超過地球自轉(zhuǎn)在100100年內(nèi)長期減慢所積累年內(nèi)長期減慢所積累起的數(shù)值。起的數(shù)值。原因：多方面，原因：多方面，內(nèi)部物質(zhì)的移動；內(nèi)部物質(zhì)的移動；太陽光斑噴射的太陽光斑噴射的微粒子流與地球磁場耦合

13、而產(chǎn)生得阻尼影響。微粒子流與地球磁場耦合而產(chǎn)生得阻尼影響。(3)(3)地球自轉(zhuǎn)速度變化（日長變化）地球自轉(zhuǎn)速度變化（日長變化） 地球自轉(zhuǎn)的季節(jié)性變化地球自轉(zhuǎn)的季節(jié)性變化周期較短，變化周期為一年和半年，變化振幅最大可達周期較短，變化周期為一年和半年，變化振幅最大可達0 0s s.03.03左右。左右。原因：科學(xué)家們認為是由大氣環(huán)流的季節(jié)性變化造成的。原因：科學(xué)家們認為是由大氣環(huán)流的季節(jié)性變化造成的。 地球自轉(zhuǎn)的短周期變換地球自轉(zhuǎn)的短周期變換周期為一個月和半個月，振幅在周期為一個月和半個月，振幅在1 1毫秒以下，全部積累起來毫秒以下，全部積累起來的影響在最大時也不超過的影響在最大時也不超過3 3毫

14、秒。毫秒。 極移極移地球除自轉(zhuǎn)速度不均勻外，地極在地球表面上地球除自轉(zhuǎn)速度不均勻外，地極在地球表面上2424米米2424米米范圍之內(nèi)作反時針近似圓形螺旋曲線的周期運動，這種現(xiàn)范圍之內(nèi)作反時針近似圓形螺旋曲線的周期運動，這種現(xiàn)象稱為象稱為“極移極移”。周期約為一年。由于。周期約為一年。由于“極移極移”導(dǎo)致各地導(dǎo)致各地的經(jīng)、緯度不同，從而各地天文臺所測的世界時稍有差異。的經(jīng)、緯度不同，從而各地天文臺所測的世界時稍有差異。 描述上述三種地球自轉(zhuǎn)運動規(guī)律的參數(shù)稱為描述上述三種地球自轉(zhuǎn)運動規(guī)律的參數(shù)稱為地球定向地球定向參數(shù)參數(shù) (EOP)，描述地球自轉(zhuǎn)速度變化的參數(shù)和描述極移的，描述地球自轉(zhuǎn)速度變化的參

15、數(shù)和描述極移的參數(shù)稱為參數(shù)稱為地球自轉(zhuǎn)參數(shù)地球自轉(zhuǎn)參數(shù)(ERP)，EOP 即為即為 ERP 加上歲差加上歲差和章動和章動，其數(shù)值可以在國際地球旋轉(zhuǎn)服務(wù)，其數(shù)值可以在國際地球旋轉(zhuǎn)服務(wù)(IERS)網(wǎng)站網(wǎng)站( )上得到。上得到。v 時間的描述包括時間時間的描述包括時間原點、單位（尺度）兩大要素原點、單位（尺度）兩大要素。 時間是物質(zhì)運動過程的連續(xù)的表現(xiàn)，選擇測量時間單時間是物質(zhì)運動過程的連續(xù)的表現(xiàn)，選擇測量時間單位的基本原則是選取一種物質(zhì)的運動。時間的特點是位的基本原則是選取一種物質(zhì)的運動。時間的特點是連續(xù)、均勻，故一種物質(zhì)的運動也應(yīng)該連續(xù)、均勻。連續(xù)、均勻，故一種物質(zhì)的運

16、動也應(yīng)該連續(xù)、均勻。v 周期運動滿足如下三項要求，可以作為計量時間的方周期運動滿足如下三項要求，可以作為計量時間的方法。法。 運動是連續(xù)的；運動是連續(xù)的； 運動的周期具有足夠的穩(wěn)定性；運動的周期具有足夠的穩(wěn)定性； 運動是可觀測的。運動是可觀測的。v 選取的物理對象不同，時間的定義不同選取的物理對象不同，時間的定義不同: 地球的自轉(zhuǎn)運動、地球的公轉(zhuǎn)、物質(zhì)的振動等。地球的自轉(zhuǎn)運動、地球的公轉(zhuǎn)、物質(zhì)的振動等。 2.2 2.2 時間系統(tǒng)時間系統(tǒng) 恒星時恒星時(ST)v 以春分點作為基本參考點，由春分點周日視運動確定的以春分點作為基本參考點，由春分點周日視運動確定的時間，稱為時間，稱為恒星時恒星時。v

17、春分點連續(xù)兩次經(jīng)過同一子午圈春分點連續(xù)兩次經(jīng)過同一子午圈上中天上中天的時間間隔為一的時間間隔為一個個恒星日恒星日，分為，分為24個恒星時，某一地點的地方恒星時，個恒星時，某一地點的地方恒星時，在數(shù)值上等于春分點相對于這一地方子午圈的時角。在數(shù)值上等于春分點相對于這一地方子午圈的時角。 v 地方真恒星時地方真恒星時、平恒星時平恒星時、格林尼治真恒星時格林尼治真恒星時、 格林格林尼治平恒星時尼治平恒星時之間的關(guān)系：之間的關(guān)系：362102 . 6093104. 0812866.864018454841.2411010027379093. 1cosTTTUTGMSTLASTGASTLMSTGMSTG

18、MSTGASTLMSTLASTsSSs 平太陽時平太陽時MTv 以真太陽作為基本參考點，由其周日視運動確定的以真太陽作為基本參考點，由其周日視運動確定的時間，稱為時間，稱為真太陽時真太陽時。一個。一個真太陽日真太陽日就是真太陽連續(xù)就是真太陽連續(xù)兩次經(jīng)過某地的上中天（上子午圈）所經(jīng)歷的時間。兩次經(jīng)過某地的上中天（上子午圈）所經(jīng)歷的時間。 地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度不均勻。近日點快、遠日地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度不均勻。近日點快、遠日點慢。真太陽日在近日點最長、遠日點最短點慢。真太陽日在近日點最長、遠日點最短。v 假設(shè)以平太陽作為參考點，其速度等于真太陽周年假設(shè)以平太陽作為參考點，其速度等于真太陽周年運動的平

19、均速度。平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過同一子午圈運動的平均速度。平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過同一子午圈的時間間隔，稱為一個的時間間隔，稱為一個平太陽日平太陽日平太陽日是以平子夜的瞬時作為時間的起算零點，如果平太陽日是以平子夜的瞬時作為時間的起算零點，如果LAMT LAMT 表示平太陽時角，則某地的平太陽時表示平太陽時角，則某地的平太陽時 MT = LAMT + 12 ( MT = LAMT + 12 (平子夜與平正午差平子夜與平正午差1212小時）小時） 世界時世界時UT： 以格林尼治平子夜為零時起算的平太陽時稱為以格林尼治平子夜為零時起算的平太陽時稱為世界時世界時。 UT = GAMT + 12 GAMT 代表格

20、林尼治平太陽時角。代表格林尼治平太陽時角。世界時世界時世界時世界時UTUT可分為以下三類：可分為以下三類：UT0UT0：直接由天文觀測得到的世界時。由于極移的影：直接由天文觀測得到的世界時。由于極移的影響使各地測得的響使各地測得的UT0UT0有微小的差別，所以不宜作統(tǒng)一的有微小的差別，所以不宜作統(tǒng)一的時間。時間。 UT1UT1：是由：是由UT0UT0經(jīng)過極移改正后得出的時間，稱為世經(jīng)過極移改正后得出的時間，稱為世界時。這是真正反映地球自轉(zhuǎn)的統(tǒng)一時間。也是天文界時。這是真正反映地球自轉(zhuǎn)的統(tǒng)一時間。也是天文航海所用的時間。航海所用的時間。 UT1=UT0+UT2UT2：是由：是由UT1UT1經(jīng)過季

21、節(jié)性改正后得出的世界時間。這是經(jīng)過季節(jié)性改正后得出的世界時間。這是19721972年以前國際公認的時間標準。但是，由于它仍舊存在年以前國際公認的時間標準。但是，由于它仍舊存在著無法預(yù)測的長期減慢和不規(guī)則變化等因素的影響，所以著無法預(yù)測的長期減慢和不規(guī)則變化等因素的影響，所以在對時間精度提出更高要求的情況下，在對時間精度提出更高要求的情況下，UT2UT2也就不能作為也就不能作為均勻的時間標準了。均勻的時間標準了。 UT2=UT1+TUT2=UT1+T 歷書時歷書時ET與力學(xué)時與力學(xué)時 DTv 由于地球自轉(zhuǎn)速度不均勻，導(dǎo)致用其測得的時間不均由于地球自轉(zhuǎn)速度不均勻，導(dǎo)致用其測得的時間不均勻。勻。19

22、58年第年第10屆屆IAU決定，自決定，自1960年起開始年起開始以地球以地球公轉(zhuǎn)運動為基準公轉(zhuǎn)運動為基準的歷書時來量度時間，用歷書時系統(tǒng)的歷書時來量度時間，用歷書時系統(tǒng)代替世界時。代替世界時。v 歷書時的秒長規(guī)定為歷書時的秒長規(guī)定為1900年年1月月1日日12時整回歸年長度時整回歸年長度的的131556925.9747v在天文學(xué)中，天體的星歷是根據(jù)天體動力學(xué)理論建立在天文學(xué)中，天體的星歷是根據(jù)天體動力學(xué)理論建立的運動方程而編寫的，其中采用的獨立變量是時間參數(shù)的運動方程而編寫的，其中采用的獨立變量是時間參數(shù)T,T,其變量被定義為力學(xué)時，力學(xué)時是均勻的。其變量被定義為力學(xué)時，力學(xué)時是均勻的。參考

23、點不同，力學(xué)時分為兩種：參考點不同，力學(xué)時分為兩種： 1) 1) 太陽系質(zhì)心力學(xué)時太陽系質(zhì)心力學(xué)時TDBTDB 2) 2) 地球質(zhì)心力學(xué)時地球質(zhì)心力學(xué)時TDTTDTv TDT和和TDB可以看作是可以看作是ET分別在兩個坐標系中的實現(xiàn)，分別在兩個坐標系中的實現(xiàn)，TDT代替了過去的代替了過去的ETv 地球質(zhì)心力學(xué)時的基本單位國際秒制，與原子時的尺地球質(zhì)心力學(xué)時的基本單位國際秒制，與原子時的尺度相同。度相同。IGU規(guī)定：規(guī)定：1977年年1月月1日原子時（日原子時（TAI) 0時與時與地球力學(xué)時嚴格對應(yīng)為：地球力學(xué)時嚴格對應(yīng)為： TDT=TAI+32.184 原子時原子時(AT) 原子時是一種以原子

24、諧振信號周期為標準。原子時的原子時是一種以原子諧振信號周期為標準。原子時的基本單位是原子時秒，定義為：在零磁場下，位于?；締挝皇窃訒r秒，定義為：在零磁場下，位于海平面的銫原子基態(tài)兩個超精細能級間躍遷輻射平面的銫原子基態(tài)兩個超精細能級間躍遷輻射9192631770周所持續(xù)的時間為原子時秒，規(guī)定為國際周所持續(xù)的時間為原子時秒，規(guī)定為國際單位制中的時間單位。單位制中的時間單位。 原子時的原點定義：原子時的原點定義：1958年年1月月1日日UT2的的0時。時。 AT=UT20.0039(s) 地球自轉(zhuǎn)的不均性，原子時與世界時的誤差逐年積累。地球自轉(zhuǎn)的不均性，原子時與世界時的誤差逐年積累。 協(xié)調(diào)世界

25、時協(xié)調(diào)世界時(UTC)v 原子時與地球自轉(zhuǎn)沒有直接聯(lián)系，由于地球自轉(zhuǎn)速度原子時與地球自轉(zhuǎn)沒有直接聯(lián)系，由于地球自轉(zhuǎn)速度長期變慢的趨勢，原子時與世界時的差異將逐漸變大，長期變慢的趨勢，原子時與世界時的差異將逐漸變大，秒長不等，大約每年相差秒長不等，大約每年相差1秒，便于日常使用，協(xié)調(diào)秒，便于日常使用，協(xié)調(diào)好兩者的關(guān)系，建立以原子時秒長為計量單位、在時好兩者的關(guān)系，建立以原子時秒長為計量單位、在時刻上與平太陽時之差小于刻上與平太陽時之差小于0.9秒的時間系統(tǒng)，秒的時間系統(tǒng)，稱之為稱之為世界協(xié)調(diào)時世界協(xié)調(diào)時(UTC)。v 當大于當大于0.9秒，采用秒，采用12月月31日或日或6月月30日調(diào)秒。調(diào)秒由

26、日調(diào)秒。調(diào)秒由國際計量局來確定公布。國際計量局來確定公布。v 世界各國發(fā)布的時號均以世界各國發(fā)布的時號均以UTC為準。為準。 GPS時間系統(tǒng)時間系統(tǒng)v 時間的計量對于衛(wèi)星定軌、地面點與衛(wèi)星之間距離測量時間的計量對于衛(wèi)星定軌、地面點與衛(wèi)星之間距離測量至關(guān)重要，精確定時設(shè)備是導(dǎo)航定位衛(wèi)星的重要組成部至關(guān)重要，精確定時設(shè)備是導(dǎo)航定位衛(wèi)星的重要組成部分。分。v GPS的時間系統(tǒng)采用基于美國海軍觀測實驗室的時間系統(tǒng)采用基于美國海軍觀測實驗室USNO維維持的原子時稱為持的原子時稱為GPST。v GPST的起點，規(guī)定的起點，規(guī)定1980年年1月月6日日0時時GPS與與UTC相等。相等。GPST = UTC

27、+ n2.3 坐標系統(tǒng)坐標系統(tǒng)一、基本概念一、基本概念1 1、大地基準：地球橢球、大地基準：地球橢球橢球參數(shù)橢球參數(shù): :長半徑和扁率。長半徑和扁率。橢球定向橢球定向: :橢球旋轉(zhuǎn)軸平行于地球旋轉(zhuǎn)軸橢球旋轉(zhuǎn)軸平行于地球旋轉(zhuǎn)軸, ,橢球起始橢球起始 子午面平行于地球起始子午面。子午面平行于地球起始子午面。橢球定位橢球定位: :確定橢球中心與地球中心的相對位置。確定橢球中心與地球中心的相對位置。 2 2、大地測量參考系、大地測量參考系天球坐標系：天球坐標系：用于用于研究天體和人造衛(wèi)星的定位與運動。研究天體和人造衛(wèi)星的定位與運動。地球坐標系：地球坐標系： 用于研究地球上物體的定位與運動，是用于研究地

28、球上物體的定位與運動，是以旋轉(zhuǎn)橢球為參照體建立的坐標系統(tǒng)。以旋轉(zhuǎn)橢球為參照體建立的坐標系統(tǒng)。坐標參考系統(tǒng)：天球坐標系、地球坐標系坐標參考系統(tǒng)：天球坐標系、地球坐標系點的坐標可用（點的坐標可用（x,y,zx,y,z）表示，也可用（）表示，也可用（L，B，H）表示。）表示?；鶞驶鶞屎秃妥鴺讼底鴺讼祪煞矫嬉貥?gòu)成了完整的兩方面要素構(gòu)成了完整的坐標參考系統(tǒng)坐標參考系統(tǒng)! !高程參考系統(tǒng)高程參考系統(tǒng) 正正常常HH正高正高: 以大地水準面為參考面以大地水準面為參考面PH正正HN正常高正常高: 以似大地水準為參考面以似大地水準為參考面NHH 正正重力參考系統(tǒng)：重力觀測的參考系統(tǒng)。重力參考系統(tǒng)：重力觀測的參考

29、系統(tǒng)。3 3、大地測量的參考框架、大地測量的參考框架大地測量參考系統(tǒng)的具體實現(xiàn)，是通過布設(shè)大地控制網(wǎng)大地測量參考系統(tǒng)的具體實現(xiàn)，是通過布設(shè)大地控制網(wǎng)( (點點) ) 構(gòu)建構(gòu)建坐標參考框架、高程參考框架、重力參考框架坐標參考框架、高程參考框架、重力參考框架。、坐標參考框架：、坐標參考框架： 具體實現(xiàn)：國家平面控制網(wǎng)，具體實現(xiàn)：國家平面控制網(wǎng)，GPSGPS網(wǎng)網(wǎng)、高程參考框架、高程參考框架: 具體實現(xiàn)：國家高程控制網(wǎng)（水準網(wǎng)）具體實現(xiàn)：國家高程控制網(wǎng)（水準網(wǎng)）、重力參考框架：、重力參考框架： 具體實現(xiàn)：國家重力基本（控制）網(wǎng)具體實現(xiàn)：國家重力基本（控制）網(wǎng)4 4、橢球定位和定向概念、橢球定位和定向概

30、念橢球定位橢球定位：確定橢球中心的位置。：確定橢球中心的位置。地心定位地心定位：橢球面與大地水準面全球最佳符合。橢球中：橢球面與大地水準面全球最佳符合。橢球中心與地球質(zhì)心一致或最為接近。心與地球質(zhì)心一致或最為接近。局部定位局部定位：橢球面與大地水準面局部最佳符合。：橢球面與大地水準面局部最佳符合。橢球定向橢球定向：確定旋轉(zhuǎn)軸和起始子午面的方向。：確定旋轉(zhuǎn)軸和起始子午面的方向。 a.a.橢球短軸平行于地球旋轉(zhuǎn)軸；橢球短軸平行于地球旋轉(zhuǎn)軸； b.b.大地起始子午面平行于天文起始子午面。大地起始子午面平行于天文起始子午面。參考橢球參考橢球：具有確定參數(shù)：具有確定參數(shù)( (a, , ),),經(jīng)過局部定

31、位和定向經(jīng)過局部定位和定向 的地球橢球。的地球橢球。總地球橢球總地球橢球：具有確定參數(shù)：具有確定參數(shù)( (a, , ),),經(jīng)過地心定位和定向，經(jīng)過地心定位和定向，與全球大地水準面最為密合的地球橢球。與全球大地水準面最為密合的地球橢球。二、慣性坐標系二、慣性坐標系(CIS)(CIS)與協(xié)議天球坐標系與協(xié)議天球坐標系1 1、慣性坐標系（、慣性坐標系（CIS）與協(xié)議天球坐標系定義）與協(xié)議天球坐標系定義慣性坐標系（慣性坐標系（CISCIS）：在空間不動或做勻速直線運動的坐：在空間不動或做勻速直線運動的坐標系。標系。 協(xié)議天球坐標系協(xié)議天球坐標系：以某一約定時刻：以某一約定時刻t t0 0作為參考歷元

32、，作為參考歷元， 把該時刻對應(yīng)的瞬時自轉(zhuǎn)軸經(jīng)歲差和章動改正后把該時刻對應(yīng)的瞬時自轉(zhuǎn)軸經(jīng)歲差和章動改正后 作為作為Z Z軸，以對應(yīng)的春分點為軸，以對應(yīng)的春分點為X X軸的指向點，以軸的指向點，以XOZXOZ 的垂直方向為的垂直方向為Y Y軸方向建立的天球坐標系。軸方向建立的天球坐標系。 是一種近似的慣性坐標系。是一種近似的慣性坐標系。 目前采用的協(xié)議天球坐標系是以標目前采用的協(xié)議天球坐標系是以標準歷元準歷元J2000.0（2000年年1月月15日）的日）的平赤道和平春分點為依據(jù)的。平赤道和平春分點為依據(jù)的。XYZoP春春分分點點黃道黃道天球天球赤道赤道 瞬時平天球坐標系瞬時平天球坐標系：以某一瞬

33、時平天球赤道和對應(yīng)的：以某一瞬時平天球赤道和對應(yīng)的春分點為依據(jù)。春分點為依據(jù)。 瞬時真天球坐標系瞬時真天球坐標系：以某一瞬時北天極和對應(yīng)的真春：以某一瞬時北天極和對應(yīng)的真春分點為依據(jù)。分點為依據(jù)。2 2、協(xié)議天球坐標系轉(zhuǎn)換到瞬時真天球坐標系、協(xié)議天球坐標系轉(zhuǎn)換到瞬時真天球坐標系、協(xié)議天球坐標系轉(zhuǎn)換到瞬時平天球坐標系、協(xié)議天球坐標系轉(zhuǎn)換到瞬時平天球坐標系CISMtzyxPzyx AZAYAZRRZRP 1000cossin0sincoscos0sin010sin0cos1000cossin0sincosAAAAAZAAAAAYAAAAAZRRZZZZZR其中其中ZA，A，A為歲差參數(shù)為歲差參數(shù)P

34、0Pir0ri標準歷元平赤道標準歷元平赤道瞬時平赤道瞬時平赤道ZYXZYXAAzA323232041833.042665.03109.2004018203.009468.12181.2306017998.030188.02181.2306TTTTTTZTTTAAA36525/ )0 .2451545)(tJDT)(tJD為觀測歷元為觀測歷元 t t 的的儒略日儒略日。、瞬時平天球坐標轉(zhuǎn)換到瞬時真天球坐標、瞬時平天球坐標轉(zhuǎn)換到瞬時真天球坐標MttzyxNzyx xZxRRRN 黃道黃道平赤道平赤道真赤道真赤道平春分點平春分點真春分點真春分點 ZYXZYX cossin0sincos0001100

35、0cossin0sincoscossin0sincos0001xZxRRR其中其中，為黃赤交角，交角章動，黃經(jīng)章動為黃赤交角，交角章動，黃經(jīng)章動進而有：進而有：CIStzyxNPzyx三、地固坐標系（地球坐標系）三、地固坐標系（地球坐標系）地固坐標系地固坐標系：原點：原點O O與地心（參心）重合，與地心（參心）重合，Z Z軸指向地球北軸指向地球北 極，極，X X軸指向地球赤道面與格林尼治子午圈的交點，軸指向地球赤道面與格林尼治子午圈的交點，Y Y 軸在赤道平面里與軸在赤道平面里與XOZXOZ構(gòu)成右手坐標系。構(gòu)成右手坐標系。地心坐標系地心坐標系：以總橢球為基準：以總橢球為基準參心坐標系參心坐標系

36、：以參考橢球為基準：以參考橢球為基準XYZoP地球赤地球赤道道首首子子午午線線LB協(xié)議地球坐標系（協(xié)議地球坐標系（CTS）：以：以協(xié)議地極協(xié)議地極CTP為為Z軸方向。大多軸方向。大多采用采用CIO為為Z軸指向點。以對應(yīng)軸指向點。以對應(yīng)赤道面與起始子午圈的交點為赤道面與起始子午圈的交點為X軸指向。軸指向。瞬時地球坐標系瞬時地球坐標系：以瞬時極為：以瞬時極為Z軸方向。軸方向。1 1、協(xié)議地球坐標系與瞬時地球坐標系之間的轉(zhuǎn)換、協(xié)議地球坐標系與瞬時地球坐標系之間的轉(zhuǎn)換二者差異由于極移的影響產(chǎn)生。極移參數(shù)國際地球自轉(zhuǎn)二者差異由于極移的影響產(chǎn)生。極移參數(shù)國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)組織服務(wù)組織IERSIERS根據(jù)所屬

37、臺站的觀測推算得到以公報形式根據(jù)所屬臺站的觀測推算得到以公報形式發(fā)布。發(fā)布。0ZCTSYCTSXCTSZt YtXt協(xié)議赤道協(xié)議赤道瞬時赤道瞬時赤道格林尼治格林尼治平子午線平子午線xpypCTPttCTSZYXMZYX pXpYyRxRM 僅取至一次項有僅取至一次項有 11001ppppyxyxM2 2、協(xié)議地球坐標系與協(xié)議天球坐標系的關(guān)系、協(xié)議地球坐標系與協(xié)議天球坐標系的關(guān)系、瞬時地球坐標系與瞬時天球坐標系之間的轉(zhuǎn)換、瞬時地球坐標系與瞬時天球坐標系之間的轉(zhuǎn)換ttzyxEZYX100cossin0sincosGASTGASTGASTGASTGASTREz真春分點真春分點起始子午線起始子午線赤道

38、赤道GASTxyzXYZ二者二者z z軸重合，軸重合，x x軸間差格林尼治真恒星時時角軸間差格林尼治真恒星時時角GASTGAST。、協(xié)議地球坐標系與協(xié)議天球坐標系之間的轉(zhuǎn)換、協(xié)議地球坐標系與協(xié)議天球坐標系之間的轉(zhuǎn)換tCTStCTSzyxMEZYXZYXMZYX CISCTSCIStzyxMENPZYXzyxNPzyx 3.3.地球參心坐標系地球參心坐標系、建立參心坐標系的工作、建立參心坐標系的工作a.a.確定橢球的幾何參數(shù)（長半徑確定橢球的幾何參數(shù)（長半徑a和扁率和扁率）一般采用國際橢球參數(shù)。一般采用國際橢球參數(shù)。b.b.橢球定位橢球定位c.c.椐球定向：平行條件椐球定向：平行條件d.d.建立

39、大地原點建立大地原點如圖兩個坐標系的關(guān)系參數(shù)：如圖兩個坐標系的關(guān)系參數(shù)：三個平移參數(shù)三個平移參數(shù)( (X0 0, ,Y0 0, ,Z0 0) )三個旋轉(zhuǎn)參數(shù)三個旋轉(zhuǎn)參數(shù)X X , ,Y Y , ,Z Z根據(jù)橢球定向平行條件有：根據(jù)橢球定向平行條件有：X X=0=0、Y Y=0=0、Z Z=0=0、大地原點和大地起算數(shù)據(jù)、大地原點和大地起算數(shù)據(jù)選定某一適宜的點選定某一適宜的點K K作為大地原點，觀測其天文經(jīng)度作為大地原點，觀測其天文經(jīng)度K，天文，天文緯度緯度K，正高，正高H H正正K，至某相鄰點的天文方位角，至某相鄰點的天文方位角K，然后再換，然后再換算成大地經(jīng)度算成大地經(jīng)度L LK，大地緯度，

40、大地緯度B BK，大地方位角，大地方位角A AK，大地高，大地高H HK。L LK，B BK，A AK稱為稱為大地起算數(shù)據(jù)大地起算數(shù)據(jù)，大地原點又稱，大地原點又稱大地起算點大地起算點。KXKYKKKKXKYKKKZKXKYKKKKABLsec)cossin(tan)coscos(tan)cossin(SECKKKKKKKKKKKKKKABLtanSEC2(cossin)sincosKKKYkXkKkkHHNN e正根據(jù)廣義垂線偏差公式和廣義拉普拉斯方程有：根據(jù)廣義垂線偏差公式和廣義拉普拉斯方程有：顧及顧及 X=0，Y=0 ，Z=0，有：，有：KKKNHH正K K大地原點垂線偏差子午分量大地原點

41、垂線偏差子午分量K K大地原點垂線偏差卯酉分量大地原點垂線偏差卯酉分量 N NK K大地水準面差距大地水準面差距、參考橢球的定位和定向、參考橢球的定位和定向0,00KKKNv一點定位一點定位如果選擇大地原點如果選擇大地原點：則大地原點的坐標為：則大地原點的坐標為：,KKKKKKKKLBAHH正v多點定位多點定位：在全國范圍內(nèi)觀測許多點的天文經(jīng)度：在全國范圍內(nèi)觀測許多點的天文經(jīng)度，天，天文緯度文緯度，天文方位角，天文方位角（這樣的點稱為拉普拉斯點）。（這樣的點稱為拉普拉斯點）。利用這些觀測成果和已有的橢球參數(shù)，根據(jù)最佳擬合條件利用這些觀測成果和已有的橢球參數(shù)，根據(jù)最佳擬合條件N 2 2=min=

42、min（或（或2 2=min=min），采用最小二乘原理，求出橢球），采用最小二乘原理，求出橢球定位參數(shù)定位參數(shù)X0 0，Y0 0，Z0 0，旋轉(zhuǎn)參數(shù)，旋轉(zhuǎn)參數(shù)X X，y y，Z Z，橢球，橢球幾何參數(shù)的改正數(shù)幾何參數(shù)的改正數(shù)a，（a新新= =a舊舊+ + a，新新= =舊舊+ +）以及以及新新, ,新新，N新新。舊舊舊舊舊新新新NBBLaBBeMBeaNBBNMBeMBBeaNMNmBeNBBeMNLBBNeLBNeLLBLBLBZYXBLBLBHMBHMLBHMLBHNLHNLNZYXcossinsin11sin1cossin1sin2cossin00sin1cossin00coscoss

43、insincossin0cossinsinsinsincossinsinsincoscoscoscossinsincossin0cossin2222222222222000求出大地原點求出大地原點新的大地起算數(shù)據(jù)新的大地起算數(shù)據(jù): 參考橢球參數(shù)和大地起算數(shù)據(jù)是一個參心坐標系建成的標參考橢球參數(shù)和大地起算數(shù)據(jù)是一個參心坐標系建成的標志，一定的參考橢球和一定的大地起算數(shù)據(jù)確定了一定的坐標志，一定的參考橢球和一定的大地起算數(shù)據(jù)確定了一定的坐標系。系。KXKYKKKKXKYKKKZKXKYKKKKABLsec)cossin(tan)coscos(tan)cossin(SECKKK2(cossin)si

44、ncosKKKYkXkKkkHHNN e正、19541954年北京坐標系（年北京坐標系（BJ54BJ54舊）舊）、采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)，通過與前蘇聯(lián)、采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)，通過與前蘇聯(lián)19421942年坐標年坐標系聯(lián)測而建立的坐標系。大地原點在前蘇聯(lián)的普爾科沃。系聯(lián)測而建立的坐標系。大地原點在前蘇聯(lián)的普爾科沃。存在的主要缺陷：存在的主要缺陷：a a、橢球參數(shù)有較大誤差。、橢球參數(shù)有較大誤差。b b、參考橢球面與我國的大地水準面有明顯自西向東的系統(tǒng)性、參考橢球面與我國的大地水準面有明顯自西向東的系統(tǒng)性傾斜。傾斜。C C、幾何大地測量和物理大地測量應(yīng)用的參考面不統(tǒng)一。、幾何大地測量和物理大

45、地測量應(yīng)用的參考面不統(tǒng)一。 幾何幾何：克拉索夫斯基橢球：克拉索夫斯基橢球 物理物理： 赫爾默特扁球赫爾默特扁球d d、定向不明確。短軸指向不是、定向不明確。短軸指向不是CIOCIO，也不是我國的地極原點，也不是我國的地極原點JYDJYD1968.01968.0、19801980年國家大地坐標系（年國家大地坐標系（GDZ80GDZ80）西安坐標系）西安坐標系采用采用IUGGIUGG 19751975年大會推薦的地球橢球（年大會推薦的地球橢球（IAG-75IAG-75）參數(shù)：）參數(shù)： a=6378140m=6378140m；GM=3.986005GM=3.98600510101414m m3 3/

46、s/s2 2；J2=1.08263J2=1.082631010-3-3；=7.292115=7.2921151010-5-5rad/srad/s 。定向：定向：“雙平行雙平行”。極點采納我國在。極點采納我國在19491949到到19771977年期間年期間3636個臺站的觀測資料歸算得到的個臺站的觀測資料歸算得到的19681968年極原點，即年極原點，即JYDJYD1968.01968.0 。大地原點在我國陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。大地原點在我國陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。采用多點定位，根據(jù)采用多點定位，根據(jù)2 2GDZ80GDZ80=min=min求出參數(shù)求出參數(shù)X0 0, ,Y0 0，Z0 0，a，。B

47、J54BJ542BJ5422BJ54220BJ540BJ54BJ540BJ54BJ54GDZ80sin)sin1 (1)sin1 (sinsincoscoscosBBeMaBeaNZBYLBXLB大地高程基準采用大地高程基準采用19561956年黃海高程系。年黃海高程系。 在在19541954年北京坐標系基礎(chǔ)上建立的，通過全國天文大地年北京坐標系基礎(chǔ)上建立的，通過全國天文大地網(wǎng)整體平差。網(wǎng)整體平差。Geodetic origin,PR ChinaGeodetic origin,PR ChinaTriangulation and traverse points 4843348433Laplaci

48、an pointsLaplacian points458458458458Starting linesStarting lines467467467467Geodetic network of China (horizontal datum)、新、新19541954年北京坐標系（年北京坐標系（BJ54BJ54新）新）將將GDZ80GDZ80大地坐標系的空間直角坐標經(jīng)過三個平移參數(shù)平大地坐標系的空間直角坐標經(jīng)過三個平移參數(shù)平移變換至克拉索夫斯基橢球中心，橢球參數(shù)保持與移變換至克拉索夫斯基橢球中心，橢球參數(shù)保持與19541954年年北京坐標系相同。北京坐標系相同。兩者坐標關(guān)系是：兩者坐標關(guān)系是：0

49、80540805408054ZZZYYYXXXGDZBJGDZBJGDZBJ新新新HHHBBBLLLGDZBJGDZBJGDZBJ805480548054新新新 aBBeMBeaNBBNMBeMBBeaNMNZYXBLBLBHMBHMLBHMLBHNLHNLHBLGDZ8022222222000GDZ80sinsin11sin1cossin1sin2cossin00sinsincoscoscoscossinsincossin0cossin新新，BJ54GDZ80BJ54GDZ80aaa4 4、地心坐標系、地心坐標系l定義：定義：原點原點O O與地球質(zhì)心重與地球質(zhì)心重合，合，Z Z軸指向地球北極

50、，軸指向地球北極，X X軸軸指向格林尼治平均子午面與指向格林尼治平均子午面與地球赤道的交點，地球赤道的交點，Y Y軸垂直于軸垂直于XOZXOZ平面構(gòu)成右手坐標系。平面構(gòu)成右手坐標系。l種類：種類：地球北極是地心地固坐標系的基準指向點，地球地球北極是地心地固坐標系的基準指向點，地球北極點的變動將引起坐標軸方向的變化。基準指向點的指北極點的變動將引起坐標軸方向的變化?；鶞手赶螯c的指向不同，可分為向不同，可分為瞬時地心坐標系瞬時地心坐標系與與協(xié)議地心坐標系協(xié)議地心坐標系。l在大地測量中采用的地心地固坐標系大多采用協(xié)議地極在大地測量中采用的地心地固坐標系大多采用協(xié)議地極原點原點CIOCIO為指向點。為

51、指向點。間接法間接法: :通過一定的資料通過一定的資料( (包括地心系統(tǒng)和參心系統(tǒng)的資料包括地心系統(tǒng)和參心系統(tǒng)的資料) )，求得，求得地心和參心坐標系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，然后按其轉(zhuǎn)換參數(shù)和地心和參心坐標系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，然后按其轉(zhuǎn)換參數(shù)和參心坐標，間接求得點的地心坐標的方法。參心坐標，間接求得點的地心坐標的方法。l空間直角坐標與大地坐標的關(guān)系空間直角坐標與大地坐標的關(guān)系XYZM0XYZLnBPQHPBHeNZLBHNYLBHNXsin)1(sincos)(coscos)(2 直接法直接法: :通過一定的觀測資料通過一定的觀測資料( (如天文、重力資料、衛(wèi)星觀測資料如天文、重力資料、衛(wèi)星觀測資料等等

52、) )，直接求得點的地心坐標的方法。，直接求得點的地心坐標的方法。、地心地固坐標系的建立方法、地心地固坐標系的建立方法WGS-84WGS-84是是CTS, CTS, 坐標系的原點是地球的質(zhì)心，坐標系的原點是地球的質(zhì)心，Z Z 軸指向軸指向 BIHBIH1984.0 1984.0 CTPCTP方向，方向，X X軸指向軸指向 BIHBIH1984.01984.0零子午面和零子午面和 CTP CTP 赤赤道的交點，道的交點，Y Y 軸和軸和 Z Z、X X 軸構(gòu)成右手坐標系。軸構(gòu)成右手坐標系。 5 5個基本參數(shù)個基本參數(shù) a =6 378 137m =6 378 137m e e2=2=0.0066

53、9437990130.0066943799013 GM =3 986 005GM =3 986 00510108 8m m3 3s s-2-2 C C2,02,0=-484.166 85=-484.166 851010-6-6 =7 292 115 =7 292 1151010-11-11rad/srad/s、WGS-84WGS-84世界大地坐標系世界大地坐標系、國際地球參考系統(tǒng)（、國際地球參考系統(tǒng)（ITRSITRS）與國際地球參考框架（）與國際地球參考框架（ITRFITRF）國際地球參考系統(tǒng)（國際地球參考系統(tǒng)（ITRSITRS）原點為地心，是包括海洋和大氣在內(nèi)的地球質(zhì)心。原點為地心，是包括海

54、洋和大氣在內(nèi)的地球質(zhì)心。長度單位為米，在廣義相對論框架下定義。長度單位為米，在廣義相對論框架下定義。Z Z軸從地心指向軸從地心指向BIH1984.0BIH1984.0定義的協(xié)議地極定義的協(xié)議地極CTPCTP。X X軸從地心指向格林尼治平均子午面與軸從地心指向格林尼治平均子午面與CTPCTP赤道的交點。赤道的交點。Y Y軸與軸與XOZXOZ平面垂直，構(gòu)成右手坐標系。平面垂直，構(gòu)成右手坐標系。國際地球參考框架（國際地球參考框架（ITRFITRF）是國際地球參考系統(tǒng)（是國際地球參考系統(tǒng)（ITRSITRS）的具體實現(xiàn)。是通過）的具體實現(xiàn)。是通過ITRSITRS分分布全球的跟蹤站的坐標和速度場來維持的。

55、布全球的跟蹤站的坐標和速度場來維持的。站心坐標系：站心坐標系：以測站為原點，測站上的法線（或垂線）為以測站為原點，測站上的法線（或垂線）為Z Z軸軸方向，方向，X X軸指向子午線的北方向，軸指向子午線的北方向，Y Y軸垂直平面軸垂直平面XOZXOZ并指向東。并指向東。5 5、站心坐標系、站心坐標系、垂線站心直角坐標系：、垂線站心直角坐標系：以測站以測站P P為原點，為原點，P P點的垂線為點的垂線為z z軸軸( (指向天頂為正指向天頂為正),),子午線方向子午線方向為為x x軸軸( (向北為正向北為正) )，y y軸與軸與x x，z z軸軸垂直垂直( (向東為正向東為正) )構(gòu)成左手坐標系。構(gòu)

56、成左手坐標系。這種坐標系稱為垂線站心直角坐這種坐標系稱為垂線站心直角坐標系，或稱為站心天文坐標系。標系，或稱為站心天文坐標系。Z(天頂天頂)Y(東東)PZQ QdX(北北)Q Q空間任意一點空間任意一點Q Q相對于相對于P P的位置可通的位置可通過地面觀測量過地面觀測量-斜距斜距d d、天文方位、天文方位角角和天頂距和天頂距Z Z來確定來確定cossinsinsincosPQxdzydzzdz 垂線站心直角坐標系與地心（參心）坐標系之間的換算公式垂線站心直角坐標系與地心（參心）坐標系之間的換算公式 sincossincoscossinsincoscossincos0sinQPQPQPPQXXx

57、YYyZZz 、法線站心直角坐標系：、法線站心直角坐標系：以測站以測站P P點為原點，點為原點，P P點的法線方點的法線方向為向為z* *軸軸( (指向天頂為正指向天頂為正) )，子午，子午 線北方向為線北方向為x* *軸，軸，y y* *軸與軸與x* *,z,z* *軸軸垂直，構(gòu)成左手坐標系。這種坐垂直，構(gòu)成左手坐標系。這種坐標系就稱為法線站心直角坐標系，標系就稱為法線站心直角坐標系，或站心橢球坐標系?；蛘拘臋E球坐標系。PQPQPQPQZZYYXXzyxsinsincoscoscos0cossincossinsincossinsincossincos cossinsin coscos sin

58、cos0 sinQPQPPQPQXxXBLLBLYYBLLBLyBBZzZ sincossinsincossin cos0coscoscossinsinQPQPQPPQXXxBLBLByLLYYBLBLBzZZ 法線站心直角坐標與地心法線站心直角坐標與地心( (參心參心) )直角坐標的關(guān)系直角坐標的關(guān)系: :v 按坐標原點的不同分類按坐標原點的不同分類 地心坐標系統(tǒng)（地心空間直角坐標系、地心大地心坐標系統(tǒng)（地心空間直角坐標系、地心大地直角坐標系地直角坐標系 ） 參心坐標系統(tǒng)（參心空間直角坐標系、參心大參心坐標系統(tǒng)（參心空間直角坐標系、參心大地直角坐標系地直角坐標系 ） 站心坐標系統(tǒng)（站心直角坐

59、標系站心坐標系統(tǒng)（站心直角坐標系 、站心極坐標、站心極坐標系系 ） 四、四、坐標系換算坐標系換算 1 ) 歐勒角與旋轉(zhuǎn)矩陣歐勒角與旋轉(zhuǎn)矩陣 兩個直角坐標系進行相互變換的旋轉(zhuǎn)角稱為歐勒角兩個直角坐標系進行相互變換的旋轉(zhuǎn)角稱為歐勒角 。 二維直角坐標系旋轉(zhuǎn)二維直角坐標系旋轉(zhuǎn) 2121cossinsincosxxyy21OPOPa.繞繞z軸旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)zx1x0y1y0z1(z1)zz3cossin0()sincos0001ZZZZZR 三維空間直角坐標系的旋轉(zhuǎn)三維空間直角坐標系的旋轉(zhuǎn)o- -x1 1y1 1z1 1 到到o- -x2 2y2 2z2 2的變換的變換y0(y0)x0z1x2z0yyb.繞繞y軸旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)y2cos0sin()010sincosYYYYR1100()0cossin0sincosXXXXXR)()()(3210ZYXRRRR1110111321222)()()(ZYXRZYXRRRZYXZYXc.繞繞x軸旋轉(zhuǎn)