第二章 坐標(biāo)系統(tǒng)與時間系統(tǒng)講義

第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時間系統(tǒng)衛(wèi)星繞地球的轉(zhuǎn)動和地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，觀測站固定在地球表面，其空間位置隨同的地球的自轉(zhuǎn)而運動，我們要研究衛(wèi)星的軌道坐標(biāo)系與地面點所在坐標(biāo)系之間的相互關(guān)系，實現(xiàn)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換?？臻g直角坐標(biāo)系、地球坐標(biāo)系，描述地面點的空間位置，以地球質(zhì)心為原點建立的坐標(biāo)系，隨地球同步自轉(zhuǎn)。天球坐標(biāo)系：與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，主要描述人造地球衛(wèi)星的位置。2.1天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系便于進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，參數(shù)為三個軸的投影，定義空間直角坐標(biāo)系必須明確：①原點位置；②三個坐標(biāo)軸的指向；③長度單位；空間點和參數(shù)值必須一一對應(yīng)，不同坐標(biāo)系之間必須有唯一的轉(zhuǎn)換關(guān)系。不同的坐標(biāo)系之間通過平移、旋轉(zhuǎn)、尺度轉(zhuǎn)換進行變換。2.1.1天球坐標(biāo)系天球是指以地球質(zhì)心為中心，半徑無窮大的理想球體。天文學(xué)中通常把天體投影到天球的球面上，并在天球面上研究天體的位置，運動規(guī)律和天體間的相互作用。球面坐標(biāo)系與直角坐標(biāo)系：2.1.2地球坐標(biāo)系在大地測量中，常用大地坐標(biāo)系（通過一個參考橢球面來定義）描述地面點的位置。大地坐標(biāo)系（B，L，H）與空間直角坐標(biāo)系（X,Y,Z）關(guān)系。大地緯度B含義大地經(jīng)度L含義大地高程H兩者間轉(zhuǎn)換關(guān)系地心坐標(biāo)系和參心坐標(biāo)系：參心坐標(biāo)系（reference-ellipsoid-centriccoordinatesystem）

是以參考橢球的幾何中心為原點的大地坐標(biāo)系。通常分為：參心空間直角坐標(biāo)系（以X，Y，Z為其坐標(biāo)元素）和參心大地坐標(biāo)系（以B，L，H為其坐標(biāo)元素）。參心坐標(biāo)系是在參考橢球內(nèi)建立的O-XYZ坐標(biāo)系。原點O為參考橢球的幾何中心，X軸與赤道面和首子午面的交線重合，向東為正。Z軸與旋轉(zhuǎn)橢球的短軸重合，向北為正。Y軸與XZ平面垂直構(gòu)成右手系?！皡⑿摹币庵竻⒖紮E球的中心。在測量中，為了處理觀測成果和傳算地面控制網(wǎng)的坐標(biāo)，通常須選取一參考橢球面作為基本參考面，選一參考點作為大地測量的起算點（大地原點），利用大地原點的天文觀測量來確定參考橢球在地球內(nèi)部的位置和方向。參心大地坐標(biāo)的應(yīng)用十分廣泛，它是經(jīng)典大地測量的一種通用坐標(biāo)系。根據(jù)地圖投影理論，參心大地坐標(biāo)系可以通過高斯投影計算轉(zhuǎn)化為平面直角坐標(biāo)系，為地形測量和工程測量提供控制基礎(chǔ)。由于不同時期采用的地球橢球不同或其定位與定向不同，在我國歷史上出現(xiàn)的參心大地坐標(biāo)系主要有BJZ54（原）、GDZ80和BJZ54等三種。

地心坐標(biāo)系geocentriccoordinatesystem

以地球質(zhì)心為原點建立的空間直角坐標(biāo)系，或以球心與地球質(zhì)心重合的地球橢球面為基準(zhǔn)面所建立的大地坐標(biāo)系。

以地球質(zhì)心(總橢球的幾何中心)為原點的大地坐標(biāo)系。通常分為地心空間直角坐標(biāo)系(以X，Y，Z為其坐標(biāo)元素)和地心大地坐標(biāo)系(以B，L，H為其坐標(biāo)元素)。地心坐標(biāo)系是在大地體內(nèi)建立的O-XYZ坐標(biāo)系。原點O設(shè)在大地體的質(zhì)量中心，用相互垂直的X，Y，Z三個軸來表示，X軸與首子午面與赤道面的交線重合，向東為正。Z軸與地球旋轉(zhuǎn)軸重合，向北為正。Y軸與XZ平面垂直構(gòu)成右手系。2.1.3站心赤道直角坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系用天球坐標(biāo)系描述衛(wèi)星的位置，地球坐標(biāo)系描述地面點位置，兩坐標(biāo)系要相互變換。1.瞬時極天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系瞬時極天球坐標(biāo)系也稱真天球（赤道）坐標(biāo)系：原點位于地球質(zhì)心，z軸指向瞬時地球自轉(zhuǎn)方向（真天極），x軸指向瞬時春分點（真春分點），y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向。瞬時極地球坐標(biāo)系：原點位于地球質(zhì)心，z軸指向瞬時地球自轉(zhuǎn)軸方向，x軸指向瞬時赤道面和包含瞬時地球自轉(zhuǎn)軸與平均天文臺赤道參考點的子午面之交點，y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向。2.1.4衛(wèi)星測量常用坐標(biāo)系天軸和天極天軸是指地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線，天軸和天球表面的交點稱為天極P，與地球北極相應(yīng)的是北天極，與地球南極相應(yīng)的是南天極。天極并不固定，有歲差和章動的變化。扣除了章動影響的天極為平天極，包含歲差和章動的影像的瞬時位置的天極為真天極。天球赤道面和天球赤道天球赤道面是指通過地球質(zhì)心并與天軸垂直的平面。天球赤道面和天球表面的交線稱為天球赤道，天球赤道是半徑無窮大的圓周。天球子午面和天球子午圈包含天軸并通過天球面上任意一點的平面稱為天球子午面，天球子午面和天球表面相交的大圓稱為天球子午圈。時圈通過天軸的平面和天球表面相交的半個大圓稱時圈。黃道地球繞太陽公轉(zhuǎn)時的軌道平面和天球表面相交的大圓。黃道平面和天球赤道面的夾角稱為黃赤交角，約23.5度。黃極指過天球中心且垂直于黃道平面的直線和天球表面的交點。黃北極和黃南極。春分點指太陽由南天半球向北天半球運動時，所經(jīng)過的天球黃道與天球赤道的交點，春分點和天球赤道面是建立天球坐標(biāo)系的基準(zhǔn)點和基準(zhǔn)面。歲差和章動真天極平天極由于地球形狀接近一個兩級扁平赤道隆起的球體，因此在日月引力和其他天體引力的作用下，地球在繞太陽運動時，其自轉(zhuǎn)軸方向并不保持恒定，而是繞著北黃極緩慢地旋轉(zhuǎn)。地球自轉(zhuǎn)軸的變化，意味著天極的運動，即北天極繞著北黃極作緩慢的旋轉(zhuǎn)運動。天極運動由于受到引力場不均勻變化的影響而十分復(fù)雜，天文學(xué)把天極的運動分解為一種長周期運動—歲差，和一種短周期運動—章動。天極是變化的，天文學(xué)中把天極的瞬時位置稱為真天極。與真天極對應(yīng)的，把扣除章動影響后的天極稱為平天極。歲差指平北天極以北黃極為中心，以黃赤交角ε為半徑的一種順時針圓周運動。天球赤道面變化，反應(yīng)出來春分點位置變化。章動是指真北天極繞平北天極所作的順時針橢圓運動。綜合歲差和章動的影響，真北天極繞北黃極的旋轉(zhuǎn)運動。瞬時極天球坐標(biāo)系和瞬時極地球坐標(biāo)系瞬時極天球坐標(biāo)系也稱真天球（赤道）坐標(biāo)坐標(biāo)系：原點位于地球的質(zhì)心，z軸指向瞬時地球自轉(zhuǎn)軸方向（真天極），x軸指向瞬時春分點（真春分點），y軸按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向。瞬時極地球坐標(biāo)系：原點位于地球質(zhì)心，z軸指向瞬時地球自轉(zhuǎn)軸方向，x軸指向瞬時赤道面和包含瞬時地球自轉(zhuǎn)軸與平均天文臺赤道參考點的子午面之交點，y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向。10.固定極天球坐標(biāo)系-平天球坐標(biāo)系建立三軸固定的穩(wěn)定坐標(biāo)系，應(yīng)與瞬時極地球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換方便。國際協(xié)定原點CIO平地球坐標(biāo)系極移歷元平天球坐標(biāo)系（簡稱平天球坐標(biāo)系）就是三軸指向不變的坐標(biāo)系。選擇一個歷元時刻（即時刻的起算點），以此瞬間的地球自轉(zhuǎn)軸和春分點方向分別扣除此瞬間的章動值作為瞬時極天球坐標(biāo)系與歷元平天球坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換可以通過歲差與章動兩次旋轉(zhuǎn)變換實現(xiàn)。4坐標(biāo)系兩種定義方式與協(xié)定坐標(biāo)系坐標(biāo)系的理論定義協(xié)定坐標(biāo)系GPS所采用的坐標(biāo)系2.2WGS-84坐標(biāo)系和我國大地坐標(biāo)系2.2.1WGS-84大地坐標(biāo)系WGS84大地水準(zhǔn)面高N2.2.2國家大地坐標(biāo)系北京54坐標(biāo)系采用克拉索夫斯基橢球元素（），并與前蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系進行聯(lián)測，通過計算建立了我國大地坐標(biāo)系，定名為1954年北京坐標(biāo)系，但又不完全是前蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系，如大地點高程是以1956年青島驗潮站求出的黃海平均海水面為基準(zhǔn)，高程異常是以前蘇聯(lián)1955年大地水準(zhǔn)面重新平差結(jié)果為起算值，按我國天文水準(zhǔn)路線推算出來的。1954北京坐標(biāo)系缺點：（1）因1954年原北京坐標(biāo)系采用了克拉索夫斯基橢球，與現(xiàn)在的精確橢球參數(shù)相比，長半軸約長109m。（2）參考橢球面與我國所在地區(qū)的大地水準(zhǔn)面不能達到最佳擬合，在我國東部地區(qū)大地水準(zhǔn)面差距自西向東增加最大達+68m。（3）幾何大地測量和物理大地測量應(yīng)用的參考面不統(tǒng)一。我國在處理重力數(shù)據(jù)時采用赫爾默特1900-1909年正常重力公式，與公式相適應(yīng)的赫爾默特扁球與克拉索夫斯基橢球不一致。（4）定向不明確。橢球短軸未指向國際協(xié)定原點CIO，也不是我國地極原點,起始大地子午面也不是國際時局BIH所定義的格林尼治平均天文臺子午面。（5）橢球只有兩個幾何參數(shù)（長半軸，扁率），缺乏物理意義，不能全面反映地球的幾何與物理特征。1954年北京坐標(biāo)系的大地原點在普爾科沃，是與原蘇聯(lián)進行多點定位的結(jié)果。起始天文子午線:1980年國家大地坐標(biāo)系坐標(biāo)原點：陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。參考橢球：平差方法：天文大地網(wǎng)整體平差。天文水準(zhǔn):用天文大地垂線偏差推算兩點間的大地水準(zhǔn)面高差或高程異常差的方法。定義：采用1975年國際橢球橢球,橢球短軸Z軸平行于由地球地心指向1968.0地極原點（JYD）的方向；大地起始子午面平行于格林尼治平均天文臺子午面，X軸在大地起始子午面內(nèi)與Z軸垂直指向經(jīng)度零方向，Y軸與Z，X軸成右手坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)基準(zhǔn)是青島驗潮站1952-1979年確定的黃海平均海水面即1985國家高程基準(zhǔn)，平面系統(tǒng)采用天文大地網(wǎng)整體平差。1985國家高程基準(zhǔn)和1956之間差29毫米。新北京54坐標(biāo)系的產(chǎn)生原因：由于1980年西安坐標(biāo)系和1954年北京坐標(biāo)系的橢球體參數(shù)和定位均不同，因而大地控制點在兩坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)值存在較大的差異，最大差值達100m以上。所以，為了過度，產(chǎn)生了所謂的新1954年北京坐標(biāo)系。新北京54坐標(biāo)系就是用舊北京54坐標(biāo)的定位和定向參數(shù)，把西安80坐標(biāo)系的成果重新統(tǒng)一平差到北京54坐標(biāo)系上。這是一個過渡坐標(biāo)系，為了讓54北京坐標(biāo)系的數(shù)據(jù)能繼續(xù)使用。北京54新的特點：3.2000國家大地坐標(biāo)系2000國家大地是由2000國家GPS大地控制網(wǎng)、2000國家重力基本網(wǎng)以及常規(guī)大地測量技術(shù)建立的國家天文大地網(wǎng)聯(lián)合平差獲得的三維地心坐標(biāo)系。天文大地網(wǎng)：我國在全國范圍內(nèi)首先建立起的一等天文大地網(wǎng)，其基本圖形為沿經(jīng)線和緯線方向布設(shè)、長度約200KM的三角形鎖段所組成的方格形的控制網(wǎng)。國家天文大地網(wǎng)（簡稱國家大地網(wǎng)）是在全國領(lǐng)土范圍內(nèi)，由互相聯(lián)系的大地測量點（簡稱大地點）構(gòu)成，大地點上設(shè)有固定標(biāo)志，以便長期保存。國家大地網(wǎng)采用逐級控制、分級布設(shè)的原則，分一、二、三、四等。主要由三角測量法布設(shè)，在西部困難地區(qū)采用導(dǎo)線測量法。一等三角鎖沿經(jīng)線和緯線布設(shè)成縱橫交叉的三角鎖系，鎖長200～250公里，構(gòu)成許多鎖環(huán)。一等三角鎖內(nèi)由近于等邊的三角形組成，邊長為20～30公里，近似等邊三角形構(gòu)成，鎖段中三角形個數(shù)約為16-20個，三角形任一角度不得小于40度，一等三角鎖各鎖段測角中誤差，由三角形按菲列羅公式計算，不得大于±。二等三角測量有兩種布網(wǎng)形式，一種是由縱橫交叉的兩條二等基本鎖將一等鎖環(huán)劃分成4個大致相等的部分，這4個空白部分用二等補充網(wǎng)填充，稱縱橫鎖系布網(wǎng)方案。另一種是在一等鎖環(huán)內(nèi)布設(shè)全面二等三角網(wǎng)，稱全面布網(wǎng)方案。二等基本鎖的邊長為20～25公里，二等網(wǎng)的平均邊長為13公里。一等鎖的兩端和二等網(wǎng)的中間，都要測定起算邊長、天文經(jīng)緯度和方位角。所以國家一、二等網(wǎng)合稱為天文大地網(wǎng)。我國天文大地網(wǎng)于1951年開始布設(shè)，1961年基本完成，1975年修補測工作全部結(jié)束，全網(wǎng)約有5萬個大地點。中國國家天文大地網(wǎng)規(guī)模之大、網(wǎng)形之佳和質(zhì)量之優(yōu)，在全世界居于前列；布設(shè)速度之快也是空前的，這是我國測繪界幾代人艱苦奮斗的結(jié)果。為了控制鎖段邊長推算誤差，在鎖段兩端交叉處測定起始邊長。為了控制鎖段方位角的傳遞誤差，在起始邊的兩個端點上測定天文方位角。為了推求垂線偏差的大小，在各起邊的端點以及鎖段中間點上，都測定該點的天文經(jīng)緯度，所以一等三角鎖系又稱為國家天文大地網(wǎng)。天文經(jīng)緯度天文經(jīng)緯度（longlatitudeofastronomy）是指以地面某點鉛垂線和地球自轉(zhuǎn)軸為基準(zhǔn)的經(jīng)緯度。包含地面某點A的鉛垂線和地球自轉(zhuǎn)軸的平面稱A點的天文子午面，此子午面與本初子午面間的夾角λ稱A點的天文經(jīng)度，A點的鉛垂線與地球赤道平面的夾角φ稱A點的天文緯度。2000國家大地坐標(biāo)系，簡稱CGCS2000.定義：原點在地球的質(zhì)心，右手地固直角坐標(biāo)系，原點在地心，Z軸為國際地球旋轉(zhuǎn)局（IERS）參考極（IRP）方向，X軸為IERS的參考子午面（IRM）與垂直于Z軸的赤道面的交線，Y軸與Z軸和X軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系。2000國家大地坐標(biāo)系是全國統(tǒng)一采用的大地基準(zhǔn)，國家平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用高斯-克呂格投影的平面坐標(biāo)系統(tǒng)，并以精度差6度和3度分帶。2.2.3地方獨立坐標(biāo)系獨立坐標(biāo)系的建立：建立地方獨立坐標(biāo)系的影響因素為什么要建立地方獨立坐標(biāo)系？當(dāng)我們在一個橢球面上布設(shè)一個測邊、測角的控制網(wǎng)，并將其投影到高斯平面上時，我們還需要完成的工作包括方向改正、距離改正和大地方位角化算為坐標(biāo)方位角三項內(nèi)容，因為方向改正和方位角化算其值都比較小，在這里不做敘述。眾所周知，地面測量的長度歸算至高斯投影平面上長度應(yīng)該加的改正數(shù)表示如下：（1）其中是地面上的觀測長度，是橢球面上的距離改化到高斯平面上的改正數(shù)，為地面上觀測的距離歸算到參考橢球面上的改正數(shù)，為距離邊長在高斯平面上離中央子午線垂距的平均值，為該地區(qū)的平均曲率半徑，為觀測邊的平均大地高，在高斯投影變形中我們可以看出：（2）從公式（2）中，我們可以得出每公里的長度變形值以及相對投影變形值，假設(shè)=6375.9km高程歸化改正中我們可以看出：（3）依據(jù)公式（3）我們可以計算出每公里長度的投影值在不同高程面上的相對變形。很顯然無論從測圖、用圖還是施工放樣，都希望的改正數(shù)盡量的小，以滿足一定的精度要求，如一般施工放樣的方格網(wǎng)和建筑軸線的測量精度為萬-萬，因此，由投影歸算引起的控制網(wǎng)長度變形應(yīng)小于施工放樣允許誤差的，所以的限差應(yīng)小于萬-萬即每公里改正數(shù)不大于10cm-2.5cm。所以當(dāng)測區(qū)海拔過高或邊緣距離中央子午線過遠或兩者求和超限時，需要建立獨立坐標(biāo)系。建立獨立坐標(biāo)系的常用方法？從公式中我們可以看出兩項改正和符號相反，所以我們可以利用正負關(guān)系抵消改正值，來根據(jù)具體情況設(shè)計地方獨立坐標(biāo)系，具體方法如下：（1）通過改變的值，即選擇某一計算基準(zhǔn)面替代參考橢球面，當(dāng)測區(qū)的東西兩邊緣的跨度大于90km時，就大于2.5cm，我們可以改變的值，重新選擇一個基準(zhǔn)面，也就是改變，用以抵消高斯投影的長度變形。（2）通過改變的值，即對中央子午線做適當(dāng)?shù)淖儎?，?dāng)測區(qū)的平均大地高在150m以上時，就大于2.5cm，我們可以改變的值，把中央子午線調(diào)離測區(qū)中央的位置就改變了的值，從而帶動了的改變，用來抵消大地高帶來的歸算至參考橢球面的改正。（3）通過即改變的值，又改變的值，即選擇計算基準(zhǔn)面又變動中央子午線以兩項值的相互抵償改正。在工程測量中，無論采用以上哪一種方法建立起來的坐標(biāo)系，可綜合稱其為相對獨立平面坐標(biāo)系。獨立參考橢球的建立：設(shè)某地方獨立坐標(biāo)系位于海拔高程為h的曲面上，該地方的大地水準(zhǔn)面差距為，則該曲面離國家參考橢球的高度為：（2-18）根據(jù)假定，兩橢球的中心一致、軸向一致、扁率相等，僅長半徑有一變值，即有：（2-19）此處a為國家參考橢球長半徑，N為相應(yīng)于該橢球的地方獨立控制網(wǎng)原點的卯酉圈曲率半徑。這樣，使得地方參考橢球的長半徑為：和分別為地方參考橢球和國家參考橢球的扁率。中心一致：（2-20）軸向一致：（2-21）扁率相等：（2-22）長半徑有一增量：（2-23）2.2.4ITRF坐標(biāo)系框架國際地球參考框架ITRF（InternationalTerreetrialReferecceFrame的縮寫）是一個地心參考框架，是國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)IERS（InternationalEarthRotationService）的地面參考框架。由于章動、極移影響，國際協(xié)定地極原點CIO變化，所以ITRF框架每年要發(fā)生變化。根據(jù)不同的時間定義不同的ITRF框架，如ITRF-93框架，ITRF-94框架，ITRF-96框架（1996年7月1日以后的IGS星歷都是在此框架下給出的）等。它們的尺度和定向參數(shù)由激光測距、干涉測量和IERS公布的地球定向參數(shù)序列確定。WGS-84參考橢球，為GPS定位測量提供較好的參考系，廣泛應(yīng)用于地球動力學(xué)研究、高精度、大區(qū)域控制網(wǎng)的建立。例如：深圳框架建立時，選用了96國家A級網(wǎng)的貴陽、廣州、武漢三個A級站（武漢為IGS永久跟蹤站），96A級網(wǎng)參考框架為ITRF-93框架。所以在應(yīng)用精密星歷進行GPS數(shù)據(jù)處理時，應(yīng)當(dāng)注意所提供的精密星歷的參考框架問題。大地測量參考框架（GeodeticReferenceFrame)是大地測量參考系統(tǒng)的具體實現(xiàn)，是通過大地測量手段確定的固定在地面上的控制網(wǎng)（點）所構(gòu)建的，分為坐標(biāo)參考框架、高程參考框架、重力參考框架。1）國家平面控制網(wǎng)是全國進行測量工作的平面位置的參考框架，國家平面控制網(wǎng)是按控制等級和施測精度分為一、二、三、四等網(wǎng)。目前提供使用的國家平面控制網(wǎng)含三角點、導(dǎo)線點共154348個。2）國家高程控制網(wǎng)是全國進行測量工作的高程參考框架，按控制等級和施測精度分為一、二、三、四等網(wǎng)，目前提供使用的1985國家高程系統(tǒng)共有水準(zhǔn)點成果114041個，水準(zhǔn)路線長度為4166191公里。3）國家重力基本網(wǎng)是確定我國重力加速度數(shù)值的參考框架，目前提供使用的2000國家重力基本網(wǎng)包括21個重力基準(zhǔn)點和126個重力基本點?！?000國家GPS控制網(wǎng)”由國家測繪局布設(shè)的高精度GPSA、B級網(wǎng)，總參布設(shè)的GPS一、二級網(wǎng)，地震局、總參測繪局、科學(xué)院、國家測繪局共建的中國地殼運動觀測網(wǎng)組成，該控制網(wǎng)整合了上述三個大型的有重要影響力的GPS觀測網(wǎng)的成果，共2609個點，通過聯(lián)合處理將其歸于一個坐標(biāo)參考框架，可滿足現(xiàn)代測量技術(shù)對地心坐標(biāo)的需求，是我國新一代的地心坐標(biāo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)框架．2.2.5GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用PZ-901993年以前采用蘇聯(lián)的1985地心坐標(biāo)系，1993年后改用PZ-90坐標(biāo)系。定義：坐標(biāo)原點位于地球質(zhì)心，Z軸指向國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)局（IERS）推薦的協(xié)議地極原點，即1900-1905年的平均北極，X軸指向地球赤道和BIH定義的零子午線的交點，Y軸按右手坐標(biāo)系定義。關(guān)于PZ-90和WGS-84轉(zhuǎn)換參數(shù)進行說明。一個角的弧度數(shù)可以這樣來求：弧度數(shù)=弧長/半徑，2.3坐標(biāo)系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)換不同參心大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參心大地坐標(biāo)系與地心大地坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換大地坐標(biāo)系與高斯平面坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換2.3.1不同空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)換重合點三個，布爾薩7參數(shù)。2.3.2不同大地坐標(biāo)系的換算9參數(shù)，多兩個地球橢球參數(shù)（橢球長半徑，扁率）2.3.3將大地坐標(biāo)（B,L）轉(zhuǎn)換為高斯平面坐標(biāo)垂線偏差野外測量以測站點鉛垂線為基準(zhǔn)線，而測量計算則以橢球面上的相應(yīng)點的法線作為基準(zhǔn)線。鉛垂線方向?qū)嶋H是重力方向，由于地殼內(nèi)部的質(zhì)量分布不均勻，引起了重力方向不規(guī)則變化。所以在地面上各點的鉛垂線同法線存在著偏差，而且偏差的大小和方向隨著點位的不同出現(xiàn)不規(guī)則變化。地面上一點，鉛垂線方向和相應(yīng)的橢球面法線方向之間的夾角，稱為該點的垂線偏差。大地方位角是大地坐標(biāo)系中表示方向的角量，是參考橢球面上過某點的子午圈與過該點某一方向的大地線間的夾角，大地方位角由子午圈北方向起按順時針方向計算,通常用A表示。它不能直接測得,而是由天文方位角按拉普拉斯方程換算而得。天文經(jīng)緯度（longlatitudeofastronomy）是指以地面某點鉛垂線和地球自轉(zhuǎn)軸為基準(zhǔn)的經(jīng)緯度。包含地面某點A的鉛垂線和地球自轉(zhuǎn)軸的平面稱A點的天文子午面，此子午面與本初子午面間的夾角λ稱A點的天文經(jīng)度，A點的鉛垂線與地球赤道平面的夾角φ稱A點的天文緯度。大地經(jīng)緯度（geodeticlongitudeandlatitude）是大地經(jīng)度與大地緯度的合稱。地球表面是不規(guī)則面，為了能用數(shù)學(xué)方法表示，把它設(shè)想成一個大小和扁率與地球最為接近的旋轉(zhuǎn)橢球體，稱為地球橢球體。通過地球橢球體中心，并同其旋轉(zhuǎn)軸垂直的平面，稱為橢球體赤道面，它與地球表面相交的線，稱為赤道；通過地面A點和地球橢球體旋轉(zhuǎn)軸的平面，稱A點的大地子午面。A點的大地子午面與起始大地子午面（本初子午面）間的夾角L，稱為大地經(jīng)度。通過A點的地球橢球體的法線與赤道平面的夾角B，稱為大地緯度。地面點的天文經(jīng)緯度是通過觀測得到的，其依據(jù)是鉛垂線；橢球上一點的大地經(jīng)緯度是通過計算得到，其依據(jù)是橢球面的法線。所以通過比較一點的天文和大地經(jīng)緯度，推證出垂線偏差公式以及天文方位角和大地方位角的關(guān)系式，就可以求取點的垂線偏差和大地方位角。天文方位角過某點的重力線在大地水準(zhǔn)面上交點的天球子午面和過另一點的重力線在大地水準(zhǔn)面上的交點所組成的平面的夾角。大地方位角和坐標(biāo)方位角真北與坐標(biāo)北的區(qū)別，真北是指子午面與北極的交線（經(jīng)線），坐標(biāo)北是指地圖上坐標(biāo)的正北方向，至于方位角就是x軸（真北，坐標(biāo)北）順時針的夾角。這是橢球大地測量學(xué)的內(nèi)容之一。大地方位角是大地坐標(biāo)系中表示方向的角量，是參考橢球面上過某點的子午圈與過該點某一方向的大地線間的夾角，大地方位角由子午圈北方向起按順時針方向計算,通常用A表示。它不能直接測得,而是由天文方位角按拉普拉斯方程換算而得。2.4時間系統(tǒng)概述在GPS衛(wèi)星定位中，時間系統(tǒng)有著重要的意義。各國各地區(qū)由于民族、文化和地理位置的差異，計時的方法和單位有所不同，但都以地球繞太陽公轉(zhuǎn)、月球繞地球運轉(zhuǎn)和地球自轉(zhuǎn)的運動周期為基礎(chǔ)，因而都用年、月、日來計時。大多數(shù)國家都以地球自轉(zhuǎn)軸運轉(zhuǎn)一周的平均時間叫做一日，以地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周的平均時間長度365.2425日叫做一年，這就是人們所稱的公元年，這種計時的起點是公元元年1月1日。我國采用格里歷并采用公元紀年是在1949年10月1日中華人民共和國成立的那天起開始。衛(wèi)星的位置（方向、距離、高度）時刻變化跟蹤站定軌：每給出衛(wèi)星位置的同時，必須給出瞬時時刻，當(dāng)要求GPS的位置誤差小于1cm時，相應(yīng)的時刻誤差應(yīng)小于2.6us。測站測距：距離誤差小于1cm時，信號傳播時間誤差小于0.03ns。時間系統(tǒng)：尺度原點。尺度單位：任何一個周期運動，只要他的運動是連續(xù)的，其周期是恒定的，并且是可觀測和用實驗復(fù)現(xiàn)的，都可以作為時間尺度（單位）。2.4.1恒星時ST以春分點為參考點，由春分點的周日視運動所定義的時間系統(tǒng)為恒星時系統(tǒng)。其時間尺度為：春分點連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間間隔為一恒星日，一恒星日分為24恒星時，恒星時以春分點通過本地上子午圈時刻為起算原點，所以恒星時在數(shù)值上等于春分點相對于本子子午圈時角，同一瞬間對不同測站的恒星時是不同的，所以也稱為地方恒星時。真恒星時和平恒星時2.4.2平太陽時MTMT（meansolartime），簡稱“平時”，也就是我們?nèi)粘Ｉ钪兴褂玫臅r間。以平太陽為參考點，由平太陽的周日視運動所定義的時間系統(tǒng)為平太陽時系統(tǒng)。其時間尺度為：平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間間隔為一平太陽日，一平太陽日分為24平太陽時。平太陽時以平太陽通過本地上子午圈時刻為起算原點，所以平太陽時在數(shù)值上等于平太陽相對于本地子午圈的時角。因此具有地方性，故常稱其為地方平太陽時或地方平時。太陽連續(xù)兩次經(jīng)過上中天的時間間隔，稱為真太陽日。我們知道，地球沿著橢圓形軌道運動的，太陽位于該橢圓的一個焦點上，因此，在一年中，日地距離不斷改變。根據(jù)開普勒第二定律，行星在軌道上運動的方式是它和太陽所聯(lián)結(jié)的直線在相同時間內(nèi)所劃過的面積相等，可見，地球在軌道上做的是不等速運動，這樣一來，一年之內(nèi)真太陽日的長度便不斷改變，不易選做計時單位，于是引進平太陽的概念。天文學(xué)上假定由一個太陽（平太陽）在天赤道上（而不是在黃赤道上）作等速運行，其速度等于運行在黃赤道上真太陽的平均速度，這個假想的太陽連續(xù)兩次經(jīng)過上中天的時間間隔，叫做一個平太陽日，這也相當(dāng)于把一年中真太陽日的平均稱為平太陽日，并且把1/24平太陽日取為1平太陽時。通常所謂的“日”和“時”，就是平太陽日和平太陽時的簡稱。平太陽時在數(shù)值上等于平太陽相對本地子午圈的時角，具有地方性，故常稱其為地方平太陽或地方平時。2.4.3世界時UT格林尼治所在地的標(biāo)準(zhǔn)時間?，F(xiàn)在不光是天文學(xué)家使用格林尼治時間，就是在新聞報刊上也經(jīng)常出現(xiàn)這個名詞。我們知道各地都有各地的地方時間。如果對國際上某一重大事情，用地方時間來記錄，就會感到復(fù)雜不便．而且將來日子一長容易搞錯。因此，天文學(xué)家就提出一個大家都能接受且又方便的記錄方法，那就是以格林尼治的地方時間為標(biāo)準(zhǔn)。格林尼治是英國