衛(wèi)星導(dǎo)航定位算法與程序設(shè)計(jì)-第8課坐標(biāo)系

主講：劉暉副教授武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心衛(wèi)星導(dǎo)航定位算法與程序設(shè)計(jì)單點(diǎn)定位算法的課程路線(xiàn)關(guān)于單點(diǎn)定位數(shù)據(jù)模型回顧單點(diǎn)定位總體設(shè)計(jì)GNSS中的協(xié)議矩陣函數(shù)編碼實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊時(shí)間算法坐標(biāo)算法文件I/O衛(wèi)星位置計(jì)算各項(xiàng)改正計(jì)算聯(lián)合調(diào)試提交成果第八講坐標(biāo)算法導(dǎo)航定位中的坐標(biāo)系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位定位中，坐標(biāo)系統(tǒng)在地心地固坐標(biāo)，大地坐標(biāo)，高斯投影坐標(biāo)中可以相互轉(zhuǎn)換內(nèi)容GNSS中的坐標(biāo)系統(tǒng)

概述

坐標(biāo)系統(tǒng)與參考框架GNSS定位常見(jiàn)的坐標(biāo)系統(tǒng)不同坐標(biāo)表現(xiàn)形式間的轉(zhuǎn)換不同坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換有關(guān)坐標(biāo)函數(shù)庫(kù)的程序設(shè)計(jì)概述坐標(biāo)系統(tǒng)：一種用坐標(biāo)在已知范圍空間內(nèi)表示出點(diǎn)的方法需要指定原點(diǎn)、軸的指向和長(zhǎng)度單位坐標(biāo)的表達(dá)方式線(xiàn)坐標(biāo)曲線(xiàn)坐標(biāo)極坐標(biāo)大地坐標(biāo)系統(tǒng)與參考框架（1）大地坐標(biāo)系統(tǒng)：通過(guò)定義地心、尺度、坐標(biāo)軸指向、地球旋轉(zhuǎn)速度以及參考橢球常數(shù)（橢球幾何參數(shù)和物理參數(shù)）等參數(shù)，所建立的用于描述地球表面及附近區(qū)域物體空間或物理位置的坐標(biāo)系統(tǒng)參考框架：大地坐標(biāo)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，它通過(guò)固定在地球表面上的一組特定的測(cè)量標(biāo)記及其在參考系統(tǒng)下的坐標(biāo)和其他參數(shù)體現(xiàn)。大地坐標(biāo)系統(tǒng)與參考框架（2）

衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)一般采用地心坐標(biāo)系統(tǒng)作為系統(tǒng)建立、維護(hù)、用戶(hù)定位導(dǎo)航計(jì)算等的坐標(biāo)系統(tǒng)，應(yīng)符合以下基本規(guī)定：采用三維坐標(biāo)系統(tǒng)；原點(diǎn)位于地球質(zhì)心（簡(jiǎn)稱(chēng)地心），是整個(gè)地球（包括海洋和大氣）的質(zhì)量中心；坐標(biāo)軸相互垂直，符合右手規(guī)則；各坐標(biāo)軸尺度一致，應(yīng)在相對(duì)論理論框架下得到；通過(guò)天文或其它手段確定坐標(biāo)系統(tǒng)的起始方位；應(yīng)與國(guó)際地球參考系統(tǒng)（ITRS）定義保持概念上的一致；9常用的坐標(biāo)系統(tǒng)衛(wèi)星定位導(dǎo)航中常用的坐標(biāo)系類(lèi)型笛卡爾坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系站心坐標(biāo)系平面坐標(biāo)系主要的地心坐標(biāo)系統(tǒng)ITRSITRFIGSGTRFITRF88ITRF89ITRF90ITRF91ITRF2000ITRF2005IGS96IGS97IGS00IGb00IGS05…………ITRF92ITRF93ITRF94ITRF96ITRF97WGS60WGS66WGS72G730G873G1150……一致性水平：1cm一致性水平：10cm一致性水平：2cm一致PZPZPZ..PZ90PZ90.01PZ90.02世界大地坐標(biāo)系WGS84CGCS2000CGCS2000網(wǎng)與ITRF97,歷元2000.000一致坐標(biāo)系統(tǒng)參考框架主要的參心坐標(biāo)系高程系統(tǒng)1985高程系統(tǒng)1956高程系統(tǒng)正常高系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)參考框架高斯投影方式墨卡托投影方式1954年北京坐標(biāo)系1980西安坐標(biāo)系相對(duì)獨(dú)立的平面坐標(biāo)系天文大地網(wǎng)天文大地網(wǎng)區(qū)域控制網(wǎng)參考框架內(nèi)容GNSS中的坐標(biāo)系統(tǒng)不同坐標(biāo)表現(xiàn)形式間的轉(zhuǎn)換

大地坐標(biāo)與笛卡爾坐標(biāo)地心坐標(biāo)與站心坐標(biāo)地心坐標(biāo)與高斯平面坐標(biāo)

不同坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換有關(guān)坐標(biāo)函數(shù)庫(kù)的程序設(shè)計(jì)大地坐標(biāo)與笛卡爾坐標(biāo)（1））大地坐標(biāo)B,L,H笛卡爾坐標(biāo)X,Y,Z14大地坐標(biāo)與笛卡爾坐標(biāo)（2）大地坐標(biāo)變換為笛卡爾坐標(biāo)15大地坐標(biāo)與笛卡爾坐標(biāo)（3）笛卡爾坐標(biāo)變換為大地坐標(biāo)地（參）心坐標(biāo)與站心坐標(biāo)（1）17地（參）心坐標(biāo)與站心坐標(biāo)（2）地（參）心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為站心坐標(biāo)18地（參）心坐標(biāo)與站心坐標(biāo)（3）站心直角坐標(biāo)變換為站心極坐標(biāo)地心坐標(biāo)與高斯平面坐標(biāo)（1）地心坐標(biāo)與高斯平面坐標(biāo)（2）

大地坐標(biāo)

轉(zhuǎn)換到高斯平面坐標(biāo)地心坐標(biāo)與高斯平面坐標(biāo)（3）

高斯平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)內(nèi)容GNSS中的坐標(biāo)系統(tǒng)不同坐標(biāo)表現(xiàn)形式間的轉(zhuǎn)換不同坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換

三維轉(zhuǎn)換模型

平面轉(zhuǎn)換模型有關(guān)坐標(biāo)函數(shù)庫(kù)的程序設(shè)計(jì)三維轉(zhuǎn)換模型三參數(shù)模型XYZXYZP(X,Y,Z)三維轉(zhuǎn)換模型七參數(shù)模型XYZXYZP(X,Y,Z)二維轉(zhuǎn)換模型

四參數(shù)模型XYXY內(nèi)容GNSS中的坐標(biāo)系統(tǒng)不同坐標(biāo)表現(xiàn)形式間的轉(zhuǎn)換不同坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換有關(guān)坐標(biāo)函數(shù)庫(kù)的程序設(shè)計(jì)

坐標(biāo)數(shù)據(jù)類(lèi)型的設(shè)計(jì)基本方法的設(shè)計(jì)27坐標(biāo)數(shù)據(jù)類(lèi)型的設(shè)計(jì)①笛卡爾坐標(biāo)typedefstructtagCRDCARTESIAN{ double x; double y; double z;}CRDCARTESIAN;typedef CRDCARTESIAN *PCRDCARTESIAN;publicclassECEF_XYZ{privatedouble X;privatedouble Y;privatedouble Z;}28坐標(biāo)數(shù)據(jù)類(lèi)型的設(shè)計(jì)②大地坐標(biāo)typedefstructCRDGEODETIC{ double longitude; double latitude; double height;}CRDGEODETIC;typedefCRDGEODETIC *PCRDGEODETIC;publicclassGeodetic{privatedoubleB;privatedoubleL;privatedoubleH;}29坐標(biāo)數(shù)據(jù)類(lèi)型的設(shè)計(jì)③站心地平坐標(biāo)（線(xiàn)坐標(biāo)形式）typedef structtagCRDTOPOCENTRIC{ double northing; double easting; double upping;}CRDTOPOCENTRIC;typedef CRDTOPOCENTRIC *PCRDTOPOCENTRIC;public classTOPOCENTRIC{privatedouble northing;privatedouble easting;privatedouble upping;}30坐標(biāo)數(shù)據(jù)類(lèi)型的設(shè)計(jì)④站心地平坐標(biāo)（極坐標(biāo)形式）typedef structtagCRDTOPOCENTRICPOLAR{ double range; double azimuth; double elevation;}CRDTOPOCENTRICPOLAR;typedefCRDTOPOCENTRICPOLAR *PCRDTOPOCENTRICPOLAR;publicclassTOPOCENTRICPOLAR{ privatedouble range; privatedouble azimuth; prviatedouble elevation;};坐標(biāo)類(lèi)基本方法的設(shè)計(jì)（1）

坐標(biāo)是成對(duì)輸入的，不能只輸入某一個(gè)坐標(biāo)分量，為防止出錯(cuò)，在輸入數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)采用生成類(lèi)的方式或者采用函數(shù)方式ECEF_XYZxyz=newECEF_XYZ(1122,2323,3232)

數(shù)據(jù)輸出時(shí)可以用屬性方式

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法可設(shè)計(jì)為一個(gè)全局靜態(tài)函數(shù)，其輸出和輸入應(yīng)相對(duì)獨(dú)立

與坐標(biāo)相關(guān)的是參考框架的參數(shù)，因此類(lèi)中應(yīng)包含一個(gè)參考框架的類(lèi)或結(jié)構(gòu)，還要有一個(gè)方法來(lái)插入或讀取坐標(biāo)系的參數(shù)坐標(biāo)類(lèi)基本方法的設(shè)計(jì)（2）namespaceGeodesy.Coordinates{publicclassECEF_XYZ:partial{privatedoublem_X;privatedoublem_Y;privatedoublem_Z;privateEllipsedatumm_datum;publicECEF_XYZ(doublex,doubley,doublez){this.m_X=x;this.m_Y=y;this.m_Z=z;m_datum=newWGS84();}publicdoubleX{get{returnthis.m_X;}}}坐標(biāo)類(lèi)基本方法的設(shè)計(jì)（3）namespaceGeodesy.Datum{publicabstractclassEllipseDatum{protecteddoublem_a;protecteddoublem_b;protecteddoublem_e;protecteddoublem_f; }publicclassWGS84:EllipseDatum{publicWGS84(){m_a=6378137.0;……}}publicclassCGCS2000:Elli