(高清版)GBT 39787-2021 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)坐標系

ICS07.040CCSA75GB/T39787—2021北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)坐標系國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會GB/T39787—2021 I 3術語、定義和縮略語 3.2縮略語 24坐標系定義 2 24.2參考橢球 34.2.1一般規(guī)定 34.2.2定義常數(shù) 34.2.3特殊應用常數(shù) 34.2.4其他常數(shù) 44.3相關主要模型和參數(shù) 45北斗坐標系實現(xiàn)要求 45.1一般概念 45.2北斗參考站要求 45.3北斗觀測數(shù)據要求 45.4數(shù)據處理要求 56北斗參考框架維持與更新要求 56.1北斗參考框架維持要求 56.1.1一般概念 56.1.2維持要求 6.2北斗參考框架更新要求 56.2.1一般概念 56.2.2更新要求 5 67.1轉換類型 67.2轉換模型及要求 67.3公共點選取 6附錄A(規(guī)范性)導出幾何常數(shù)公式 8附錄B(規(guī)范性)導出物理常數(shù)公式 IGB/T39787—2021本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別這些專利的責任。本文件由中央軍委裝備發(fā)展部提出。本文件由全國北斗衛(wèi)星導航標準化技術委員會(SAC/TC544)歸口。王維嘉。1GB/T39787—2021北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)坐標系1范圍本文件規(guī)定了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)坐標系的定義、實現(xiàn)、維持與更新的要求，以及北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)坐標系與其他地心坐標系的轉換方法。本文件適用于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設、運行和應用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T39267—2020北斗衛(wèi)星導航術語GB/T39267—2020界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.1.1國際地球參考框架internationalterrestrialreferenceframe;ITRF3.1.2參考橢球referenceellipsoid大小和形狀由赤道長半軸和扁率定義，代表地球體并經定位定向的旋轉橢球體。3.1.3地球重力場earth'sgravityfield3.1.42000中國大地坐標系統(tǒng)Chinageodeticcoordinatesystem2000;CGCS2000中國建立的大地坐標系。其坐標系的原點位于地球質心，Z軸指向國際地球自轉服務組織(IERS)定義的參考極(IRP)方向，X軸為IERS定義的參考子午面(IRM)與通過原點且同Z軸正交的赤道面3.1.5北斗坐標系BeiDoucoordinatesystem;BDCS北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)坐標系coordinatesystemofBeiDounavigationsatellitesystem北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BDS)采用的大地坐標系。BDCS的定義符合國際地球自轉服務(IERS)規(guī)范，與CGCS2000的定義一致。[來源：GB/T39267—2020,2.2.6,有修改]2GB/T39787—20213.1.6用于實現(xiàn)北斗坐標系的一組跟蹤北斗衛(wèi)星的北斗地面觀測站。3.1.7體現(xiàn)北斗坐標系的北斗參考站的坐標和速度。注：北斗參考框架的表示方法為：BDCS(YYYY.DOY),YYYY代表年份，DOY代表年積日。BDCS(YYYY.DOY)表示該框架從YYYY年第DOY天UTC0時啟用。下列縮略語適用于本文件。BDS:北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BeiDouNavigationSatelliteSystem)BIH:國際時間局(BereauInternationaldel'Heure)GNSS:全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GlobalNavigationSatelliteSystem)GLONASS:格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GlobalNavigationSatelliteSystem)GPS:全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem)TCG:地心坐標時(GeocentricCoordinateTime)WGS84:1984世界大地坐標系(WorldGeodeticSystem1984)BDCS的定義與CGCS2000的定義一致。原點、尺度、坐標軸的定向及其時間演變定義符合以下b)尺度：長度單位為米(m)。這一尺度同地心局部框架的TCG時間坐標一致；c)定向：在1984.0時初始定向與BIH的定向一致；d)定向時間演變：定向隨時間的演變相對于整個地球的水平構造運動無整體旋轉。BDCS為一右手直角坐標系。原點位于地球質量中心，Z軸指向IERS參考極方向，X軸為IERS參考子午面與通過原點且同Z軸正交的赤道面的交線，Y軸完成右手直角坐標系，見圖1。3GB/T39787—2021zzIERS參考極IERS參考子午面0地球質心參考橢球BDCS參考橢球與CGCS2000參考橢球一致，其幾何中心與BDCS的原點重合，旋轉軸與BDCS的Z軸一致。BDCS參考橢球也是表面為正常重力場的等位面的正常橢球，由四個常數(shù)(a,μ,f,w)定義，幾何常數(shù)和物理常數(shù)導出公式及數(shù)值應符合附錄A和附錄B。BDCS參考橢球的定義常數(shù)如下：b)包含大氣的地心引力常數(shù)GM(亦可用μ表示):μ=3986004.418×10?m3/s2;北斗坐標系采用的特殊應用常數(shù)見表1。應用常數(shù)名稱值不包括大氣的地球引力常數(shù)GM'/(m3/s2)GM′=3986000.9×108地球大氣的引力常數(shù)GMA/(m3/s2)GMA=3.5×108在進動參考架中地球角速度w*/(rad/s)w*=7292115.8553×10-1+4.3×10-15Tu式中：Tu——自J2000.0的儒略世紀數(shù)，Tu=dy/36525;du——自JD2451545.0UT1的世界時(UT)的天數(shù)，取值士0.5,±1.5,±2.5…,du=JD-2451545。4GB/T39787—2021北斗坐標系采用的其他常數(shù)見表2。表2其他常數(shù)的值其他常數(shù)名稱大地水準面的位W?/(m2/s2)Wo=62636856.0±0.5地球位尺度因子R?/mR?=GM/W?=6363672.6±0.1動力學扁率HH=1/305.4413地球的主慣性矩A、B、C/(kg·m2)A=8.0091029×1037B=8.0092559×1037C=8.0354872×10374.3相關主要模型和參數(shù)北斗坐標系宜采用IERS推薦的相關模型和參數(shù)，見表3。表3BDCS推薦的模型和參數(shù)模型種類模型名稱地球重力場模型EGM2008模型地球定向參數(shù)IERS地球定向參數(shù)歲差一章動模型IAU2000/2006模型固體潮IERS模型海潮模型FES2004模型行星歷表DE4215北斗坐標系實現(xiàn)要求5.1一般概念北斗坐標系的實現(xiàn)應采用專用的軟件、算法和模型通過處理分布在全球的北斗參考站觀測數(shù)據，獲得北斗參考站高精度的坐標，實現(xiàn)過程應符合北斗參考站、觀測數(shù)據和數(shù)據處理等要求。5.2北斗參考站要求北斗參考站建設應遵守如下要求：a)參考站的觀測墩建在穩(wěn)固的基巖上，避開因地基不穩(wěn)定而產生沉降和位移的地區(qū)；對無法建在b)參考站宜盡量全球均勻分布。5.3北斗觀測數(shù)據要求北斗參考站觀測數(shù)據應符合如下要求：5GB/T39787—2021a)采用BDS/GNSS接收機連續(xù)觀測；b)參考站觀測視場內障礙物高度角不超過15°;參考站遠離大功率發(fā)射源，遠離高壓線和微波無線電信號傳送通道及電磁場較強的地區(qū)；避開雷擊區(qū)及多路徑效應嚴重的環(huán)境；c)觀測儀器應強制對中。5.4數(shù)據處理要求北斗坐標系實現(xiàn)的數(shù)據處理應遵守如下要求：a)采用兩套獨立軟件進行數(shù)據處理并比對；b)從ITRF參考站中選取若干全球均勻分布、穩(wěn)定、可靠、具有較長觀測時間的參考站作為基準站(基準站一經選取宜盡量保持不變);d)構建包含北斗參考站和ITRF站的全球網；f)采用通用基準約束方法，對全球網施加約束，實現(xiàn)與最新的ITRF框架對準，獲得北斗參考站g)精度評估。6北斗參考框架維持與更新要求6.1北斗參考框架維持要求北斗參考框架維持是指對構建的全球網數(shù)據進行處理，分析北斗參考站坐標時間序列，研究坐標變北斗參考框架的維持應遵守如下要求：a)采用兩套獨立軟件進行數(shù)據處理并比對；b)收集數(shù)據：參考站歷年坐標時間序列、當前參考站觀測數(shù)據、當前ITRF站觀測數(shù)據；c)采用松約束解算當前構建的全球網，獲得松弛解；d)采用通用基準約束方法，對當前全球網施加約束，實現(xiàn)與當前采用的ITRF框架對準，獲得北斗參考站坐標；e)合并參考站所有坐標時間序列并進行分析和處理，獲得參考站速度；h)精度評估；f)利用解算獲得的速度，獲得參考站在不同解算歷元的坐標。6.2北斗參考框架更新要求北斗參考框架更新是指通過對歷年北斗參考站數(shù)據進行處理，獲得對準于最新的ITRF框架的北斗參考站坐標及其速度。北斗參考框架更新應遵守如下要求：6GB/T39787—2021a)采用兩套獨立軟件進行數(shù)據處理并比對。c)特殊更新：當通過維持解算得到的參考站(一個或者幾個)坐標與當前使用的坐標分量超過限值3cm,即進行更新。d)當模型或參數(shù)發(fā)生較大變化時的框架更新：3)采用通用基準約束方法，對全球網施加約束，實現(xiàn)與最新的ITRF框架對準，獲得北斗參e)當模型或參數(shù)未發(fā)生較大變化時的框架更新：3)采用國際通用基準約束方法，對所有全球網施加約束，實現(xiàn)與最新的ITRF框架對準，獲得北斗參考站坐標；7坐標轉換之間的轉換。從坐標系1變換到坐標系2,采用七參數(shù)模型，見公式(1)。七參數(shù)模型的適用范圍，取決于坐標精度的一致性或者網的均勻性。如果變換的兩個坐標系中各不同的轉換參數(shù)。公共點選取應滿足如下要求：a)優(yōu)先選用具有兩種坐標系下的高精度的地面點坐標作為公共點；7GB/T39787—2021b)其次選用具有兩種坐標系下的高精度衛(wèi)星位置作為公共點；c)也可采用具有兩種坐標系下的高精度精密星歷解算的地面點作為公共點；d)或可采用具有兩種坐標系下的廣播星歷解算的地面點作為公共點。8(規(guī)范性)導出幾何常數(shù)公式導出幾何常數(shù)公式包括：a)子午橢圓第一偏心率：BDCS參考橢球子午橢圓第一偏心率根據公式(A.1)采用迭代方式計算：J?——地球重力場的2階帶諧系數(shù)b)幾何扁率：BDCS參考橢球幾何扁率根據公式(A.2)計算：f=1—(1-e2)1/2或f=(a—b)/a……(A.2)c)短半軸：BDCS參考橢球短半軸根據公式(A.3)計算：b=a(1—e2)1/2…………(A.3)d)線偏心率：BDC參考橢球線偏心率根據公式(A.4)計算：E=ae或E=(a2—b2)1/2e)極曲率半徑：BDCS參考橢球極曲率半徑根據公式(A.5)計算：c=a(1—e2)-1/2或c=a2/bf)從赤道到極的子午圈弧長：BDCS參考橢球從赤道到極的子午圈弧長根據如下公式(A.6)計算：式中：g)橢球體積：BDCS參考橢球體積根據公式(A.7)計算：h)橢球表面積：BDCS參考橢球表面積根據公式(A.8)計算：i)算術平均半徑：BDCS參考橢球算術平均半徑根據公式(A.9)計算：=a[2+(1-e2)1/2]/3j)同面積之球半徑：BDCS參考橢球同面積之球半徑根據公式(A.10)計算：9GB/T39787—2021R?=a(1—e2)1/6或R?=(a2b)1/3……(A.11)根據上述公式和常數(shù)得到的BDCS參考橢球幾何常數(shù)數(shù)值見表A.1。常數(shù)名值常數(shù)名值短半軸b/m扁率倒數(shù)1/f線偏心率E/m軸比b/a0.996647189319極曲率半徑c/m子午圈一象限弧長Q/m第一偏心率e0.081819191042782橢球體積V/km3第一偏心率平方e20.00669438002290橢球表面積S/km2第二偏心率e'0.082094438151912算術平均半徑R?/m第二偏心率平方e'20.00673949677548同面積之球的半徑R?/m0.00335281068118同體積之球的半徑R?/m(規(guī)范性)導出物理常數(shù)公式導出物理常數(shù)公式包括：a)參考橢球的正常位：BDCS參考橢球的正常位根據公式(B.1)計算：…………(B.1)b)正常引力位(重力位U減去離心力位):BDCS參考橢球正常引力位根據公式(B.2)計算：…………(B.2)r——向徑，單位為米(m);θ極距，單位為弧度(rad);P?n---2n階勒讓德函數(shù)，用下式(B.3)遞推：……(B.3)J?——地球重力場的2階帶諧系數(shù)，定義常數(shù)。2階以上偶階帶諧系數(shù)用下式(B.4)遞推：……(B.4)c)赤道正常重力和極正常重力：BDCS參考橢球赤道正常重力Ye和極正常重力Yp根據公式(B.5)計算：…………(B.5)式中：d)重力扁率：BDCS參考橢球重力扁率根據公式(B.6)計算：…………(B.6)e)幾何扁率和重力扁率滿足的關系：BDCS參考橢球幾何扁率和重力扁率滿足以下關系(克萊勞定理),見公式(B.7):…………(B.7)f)橢球面重力的平均值：BDCS參考橢球面重力的平均值，見公式(B.8)和公式(B.9):……………(B.8)GB/T39787—2021式中：…………(B.9)g)地球質量：