2第一章GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時間系統(tǒng)

2第一章GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時間系統(tǒng)2第一章GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時間系統(tǒng)2第一章GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時間系統(tǒng)第二章

GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時間系統(tǒng)第三條工程質(zhì)量本工程質(zhì)量經(jīng)雙方研究要求達(dá)到：一．乙方必須嚴(yán)格按照雙方確認(rèn)后的設(shè)計方案、施工圖紙和國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，并接受甲方指派代表的監(jiān)督。二．由乙方提供的材料需與材料清單相符，并經(jīng)甲方抽測、核對、確認(rèn)無誤后方可用于工程。三．工程完工后，由乙方負(fù)責(zé)對工程進(jìn)行全面測試，并向甲方提供完整的測試報告。四．工程自通過驗收之日起，由乙方按合同規(guī)定，進(jìn)行為期一年的保修。第二章

GPS坐標(biāo)系統(tǒng)和時間系統(tǒng)主要內(nèi)容2.1天球及天球坐標(biāo)系2.2協(xié)議地球坐標(biāo)系2.3GPS坐標(biāo)系統(tǒng)2.4時間系統(tǒng)2.1.1天球主要點(diǎn)、線、圈2.1天球及天球坐標(biāo)系定義：以空間某一點(diǎn)為中心、半徑為無窮大的一個圓球。作用：天文學(xué)中通常把參考坐標(biāo)建立在天球上分類：站心天球、地心天球、日心天球天頂（Z）和天底（Z’）天軸（PP’）和天極（南、北天極）天球赤道面和天球赤道天球子午面和天球子午圈上子午圈和下子午圈上赤道點(diǎn)Q和下赤道點(diǎn)Q’天球上的主要點(diǎn)、線、圈子午線和東西南北點(diǎn)（E、W、S、N）時圈春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)坐標(biāo)原點(diǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)建立的三要素

z

y

x

A(X,Y,Z)

Z

Y

X

O

起始子午面

赤道

坐標(biāo)軸指向表示坐標(biāo)的參數(shù)2.1.2天球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系是以天球及天球上的點(diǎn)線圈為基礎(chǔ)所建立的坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系的定義依天球中心的不同來劃分日心坐標(biāo)系、地心坐標(biāo)系、站心坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系的分類依所依據(jù)的天球上的點(diǎn)線圈的不同來劃分時角赤道坐標(biāo)系以天球赤道、子午面和上赤道點(diǎn)為依據(jù)用赤緯

和時角t表示赤經(jīng)赤道坐標(biāo)系以天球赤道、過春分點(diǎn)的時圈和春分點(diǎn)為依據(jù)用赤經(jīng)和赤緯表示黃道坐標(biāo)系以天球黃道、過春分點(diǎn)的黃經(jīng)圈和春分點(diǎn)為依據(jù)用黃經(jīng)l和黃維

表示視差由于觀測者所處位置不同，而使觀測同一天體的方向發(fā)生變化，這種變化稱為視差。視差又有周年視差（恒星視差）、周日視差等之分。地心、站心與日心天球坐標(biāo)系的關(guān)系視差地心、站心與日心天球坐標(biāo)系的關(guān)系恒星：采用赤經(jīng)

和赤緯

表示人造地球衛(wèi)星：采用赤經(jīng)

、赤緯和距離r表示不同天體坐標(biāo)表示方法的不同天球赤道坐標(biāo)系(

,,

r)

和天球直角坐標(biāo)系(x,y,z)天球赤道坐標(biāo)系和天球直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系歲差和章動瞬時平天極、瞬時天球平赤道和瞬時平春分點(diǎn)（僅考慮歲差）歲差章動對天球坐標(biāo)的影響歲差、章動導(dǎo)致春分點(diǎn)位置發(fā)生變化瞬時真天極、瞬時天球真赤道和瞬時真春分點(diǎn)（考慮歲差和章動的綜合影響）歲差章動對天球坐標(biāo)的影響協(xié)議天球坐標(biāo)系協(xié)議天球坐標(biāo)系經(jīng)協(xié)商指定的某一特定時刻的平天球坐標(biāo)系協(xié)議天球坐標(biāo)系（CIS）(1)當(dāng)前，國際上所采用的天球坐標(biāo)系國際大地測量協(xié)會和國際天文協(xié)議聯(lián)合會確定從1984年1月1日起采用為2000年1月15日12h（J2000.0）的平天球坐標(biāo)系Z軸指向J2000.0的平北天極X軸指向J2000.0的平春分點(diǎn)Z軸指向J2000.0的平北天極X軸指向J2000.0的平春分點(diǎn)當(dāng)前，國際上所采用的天球坐標(biāo)系國際大地測量協(xié)會和國際天文協(xié)議聯(lián)合會確定從1984年1月1日起采用為2000年1月15日12h（J2000.0）的平天球坐標(biāo)系Z軸指向J2000.0的平北天極X軸指向J2000.0的平春分點(diǎn)協(xié)議天球坐標(biāo)系與真天球坐標(biāo)系間的關(guān)系進(jìn)行歲差和章動改正協(xié)議天球坐標(biāo)系（CIS）(2)特定時刻的真天球坐標(biāo)章動改正特定時刻的平天球坐標(biāo)J2000.0的平天球坐標(biāo)（協(xié)議天球坐標(biāo)）歲差改正1.地球直角坐標(biāo)系的定義

原點(diǎn)O與地球質(zhì)心重合，Z軸指向地球北極，X軸指向地球赤道面與格林尼治子午圈的交點(diǎn)，Y軸在赤道平面里與XOZ構(gòu)成右手坐標(biāo)系。2.2協(xié)議地球坐標(biāo)系圖2-2直角坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系2.地球大地坐標(biāo)系的定義地球橢球的中心與地球質(zhì)心重合橢球的短軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合?？臻g點(diǎn)位置在該坐標(biāo)系中表述為（L，B，H）。地球直角坐標(biāo)系和地球大地坐標(biāo)系可用圖2-2表示：

對同一空間點(diǎn)，直角坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系參數(shù)間有如下轉(zhuǎn)換關(guān)系：3.直角坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系參數(shù)間的轉(zhuǎn)換地心坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心地心坐標(biāo)系與參心坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)不位于地球質(zhì)心地心坐標(biāo)系和參心坐標(biāo)系的特點(diǎn)地心坐標(biāo)系適合于全球用途的應(yīng)用參心坐標(biāo)系適合于局部用途的應(yīng)用有利于使局部大地水準(zhǔn)面與參考橢球面符合更好保持國家坐標(biāo)系的穩(wěn)定有利于地心坐標(biāo)的保密定義：由于地球內(nèi)部和外部的種種動力學(xué)因素，使得地球體對于自轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生相對運(yùn)動，因而引起了地極的移動，這種現(xiàn)象稱為極移。極移極移包括Chandlar分量（周期1.2年）和周年分量極移的測定測定極移–通過測定緯度的變化ILS（后來的IPMS）和BIH國際協(xié)用原點(diǎn)CIO（1900-1905平均地極）極原點(diǎn)（JYD）（中國）歲差、章動和極移歲差、章動造成天球坐標(biāo)的變化極移造成地球坐標(biāo)的變化平地球坐標(biāo)系和瞬時（真）地球坐標(biāo)系瞬時（真）地球坐標(biāo)系Z軸與瞬時地球自轉(zhuǎn)軸重合或平行的地球坐標(biāo)系平地球坐標(biāo)系

Z軸指向空間中某一固定點(diǎn)（平極）的地球坐標(biāo)系平地球坐標(biāo)(X,Y,Z)和瞬時（真）地球坐標(biāo)(x,y,z)的轉(zhuǎn)換關(guān)系瞬時（真）地球坐標(biāo)系與瞬時天球坐標(biāo)系的關(guān)系早期的經(jīng)度零點(diǎn)1884，美，華盛頓國際經(jīng)度會議定義：通過英國Greenwich天文臺Airy儀中心的子午線為全球統(tǒng)一的起始子午線。起始子午線與赤道的交點(diǎn)稱為天文經(jīng)度零點(diǎn)。受板塊運(yùn)動、局部地殼運(yùn)動和極移的影響經(jīng)度零點(diǎn)的問題格林尼治平均子午線由多個天文臺共同維持可減少板塊運(yùn)動、局部地殼運(yùn)動和觀測誤差的影響CIO-BIH經(jīng)度零點(diǎn)通過CIO和天文經(jīng)度零點(diǎn)的子午線稱為起始子午線，其與CIO赤道的交點(diǎn)稱為赤道參考點(diǎn)或CIO-BIH經(jīng)度零點(diǎn)幾種常用坐標(biāo)系之間的關(guān)系觀測瞬間的真天球□坐標(biāo)系歲差、章動改正旋轉(zhuǎn)SG角觀測瞬間的真地球坐標(biāo)系平地球坐標(biāo)系極移改正某一歷元的平天球坐標(biāo)系WGS-84坐標(biāo)系2.3GPS坐標(biāo)系國際地球參考框架(ITRF)北京54舊坐標(biāo)系北京54新坐標(biāo)系

WGS-84橢球及其有關(guān)常數(shù)：WGS-84采用的橢球是國際大地測量與地球物理聯(lián)合會第17屆大會大地測量常數(shù)推薦值，其四個基本參數(shù)

WGS-84坐標(biāo)系

WGS-84的定義：WGS-84是修正NSWC9Z-2參考系的原點(diǎn)和尺度變化，并旋轉(zhuǎn)其參考子午面與BIH定義的零度子午面一致而得到的一個新參考系，WGS-84坐標(biāo)系的原點(diǎn)在地球質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)定地球極（CTP）方向，X軸指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，Y軸和Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。它是一個地固坐標(biāo)系。長半徑：a=6378137±2（m）；地球引力常數(shù)：GM=3986005×108m3s-2±0.6×108m3s-2；正?；A帶諧系數(shù)：C20=-484.16685×10-6±1.3×10-9；J2=108263×10-8

地球自轉(zhuǎn)角速度：

ω=7292115×10-11rads-1±0.150×10-11rads-1國際地球參考架（ITRF）國際地球參考架(ITRF)是IERS(InternationalEarthRotationService)制定，由全球數(shù)百個SLR、VLBI和GPS站所構(gòu)成–IGS精密星歷–Z軸指向CIO，利用SLR、VLBI和GPS等技術(shù)維持.–提供站坐標(biāo)及速度場信息

WGS84與ITRF的關(guān)系WGS84地面站坐標(biāo)精度為1m到2m的精度，ITRF則為厘米級精度引力常數(shù)不同WGS-84與ITRF的關(guān)系WGS84與ITRF的轉(zhuǎn)換關(guān)系（1）橢球參數(shù)有較大誤差。1954年北京坐標(biāo)系1.1954年北京坐標(biāo)系（BJ54舊）坐標(biāo)原點(diǎn)：前蘇聯(lián)的普爾科沃。參考橢球：克拉索夫斯基橢球。平差方法：分區(qū)分期局部平差。存在的問題：（2）參考橢球面與我國大地水準(zhǔn)面存在著自西

向東明顯的系統(tǒng)性傾斜。（4）定向不明確。（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。坐標(biāo)原點(diǎn)：陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。參考橢球：1975年國際橢球。1980年國家大地坐標(biāo)系（GDZ80）平差方法：天文大地網(wǎng)整體平差。特點(diǎn)：（1）采用1975年國際橢球。（2）參心大地坐標(biāo)系是在1954年北京坐標(biāo)系基礎(chǔ)上建立起來的。（3）橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國境內(nèi)最為密合，是多點(diǎn)定位。（4）定向明確。（5）大地原點(diǎn)地處我國中部。（6）大地高程基準(zhǔn)采用1956年黃海高程。

新1954年北京坐標(biāo)系（BJ54新）是由1980國家大地坐標(biāo)（GDZ80）轉(zhuǎn)換得來的。

坐標(biāo)原點(diǎn)：陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。新1954年北京坐標(biāo)系（BJ54新）

參考橢球：克拉索夫斯基橢球。

平差方法：天文大地網(wǎng)整體平差。BJ54新的特點(diǎn)：（1）采用克拉索夫斯基橢球。（2）是綜合GDZ80和BJ54舊建立起來的參心坐標(biāo)系。（3）采用多點(diǎn)定位。但橢球面與大地水準(zhǔn)面在我國境內(nèi)不是最佳擬合。（4）定向明確。（5）大地原點(diǎn)與GDZ80相同，但大地起算數(shù)據(jù)不同。（6）大地高程基準(zhǔn)采用1956年黃海高程。（7）與BJ54舊相比，所采用的橢球參數(shù)相同，其定位相近，但定向不同。（8）BJ54舊與BJ54新無全國統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換參數(shù)，只能進(jìn)行局部轉(zhuǎn)換。2.4時間系統(tǒng)沙瓶-Sandglass世界時時間系統(tǒng)的分類力學(xué)時原子時GPS時恒星時參考點(diǎn)：春分點(diǎn)定義：春分點(diǎn)兩次經(jīng)過地方上子午圈的時間間隔為一恒星日。并由此派生出“時”、“分”、“秒”等單位；屬于地方時。數(shù)值上等于春分點(diǎn)相對于本地子午圈的時角。有真恒星時與平恒星時之分格林尼治恒星時－格林尼治真恒星時（GAST-GreenwichApparentSiderealTime）與格林尼治平恒星時（GMST-GreenwichMeanSiderealTime）太陽時參考點(diǎn)：太陽定義：太陽中心連續(xù)兩次經(jīng)過地方上子午圈的時間間隔為一太陽日。并由此派生出“時”、“分”、“秒”等單位；屬于地方時。數(shù)值上等于太陽中心相對于本地子午圈的時角。正午（0h）與子夜（12h）有真太陽時（t

）與平太陽時（m），真太陽日與平太陽日平太陽–周年視運(yùn)動的軌跡在赤道面上；運(yùn)動角速度恒定，且等于真太陽的平均角速度。真太陽時與平太陽時之間的關(guān)系定義：格林尼治零子午線處的民用時稱為世界時。UT0、UT1與UT2世界時問題的引出：極移和地球自轉(zhuǎn)的不均勻（長期趨勢變緩，且存在短周期變化和季節(jié)性變化）UT0：未經(jīng)改正的世界時UT1：引入極移改正（

）的世界時UT2：引入極移改正（

）和地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)改正（Ts）的世界時定義：根據(jù)行星在太陽系中的運(yùn)動所得到的時間，稱為力學(xué)時。2.4.2力學(xué)時歷事（書）時歷書時是以太陽系內(nèi)的天體公轉(zhuǎn)運(yùn)動為基礎(chǔ)的時間系統(tǒng)，其規(guī)定1900年1月1日12h的回歸年長度的1/31556925.9747為1歷書秒。在該瞬間，歷書時與世界時在數(shù)值上相同，其后關(guān)系如下

地球動力學(xué)時太陽系質(zhì)心力學(xué)時TDB與TDT的差別是有相對論效應(yīng)所引起的定義1967年10月，第十三屆國際度量衡大會通過：位于海平面上的銫133（Cs133）原子基態(tài)兩個超精細(xì)能級間在零磁場中躍遷輻射振蕩9192631770周所持續(xù)的時間為1原子時秒。（原子時秒長的定義）2.4.3原子時原本規(guī)定AT與UT2在1958年1月1日0h時相同，但實(shí)際相差0.0039秒，即：(AT-UT2)1958.0=-0.0039秒。（原子時時刻的定義）協(xié)調(diào)世界時（UniversalTimeCoordinated–UTC）與AT秒長相同通過跳（閏）秒（LeapSeconds），與UT的差值保持在0.9秒內(nèi)（通常在6月30日24h或12月31日24h進(jìn)行跳秒）正閏秒（增加1秒）與負(fù)閏秒（去掉1秒）國際原子時（Internati