坐标系统和时间系统理论分析.ppt

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1、第二章坐标系统和时间系统§2.1天球坐标系和地球坐标系§2.2WGS-84坐标系和我国的大地坐标系§2.3坐标系统之间的转换§2.4时间系统为什么提出坐标系？描述物体运动，必须有参照物,为描述物体运动而选择的所有参照物叫参照系（参考系）。参照系是粗略的，不精确的，必须建立坐标系。准确和完善的描述物体的运动，观测的结果模拟及表示或解释需要建立一个坐标系统。怎样定义一个坐标系？坐标系固连在参照系上，且与参照系同步运动。要完全定义一个三维空间直角坐标系必须明确指出：①坐标原点的位置。②三个坐标轴的指向。③长度单位。Przxyo左

2、手坐标系空间直角坐标系符合右手法则或左手法则：xyzo右手坐标系注：一经定义坐标系，空间一点对应一组坐标，坐标系不同，坐标值也不同。为什么选用空间直角坐标系？任一点的空间位置可由该点在三个坐标面的投影（X，Y，Z）唯一地确定，通过坐标平移、旋转和尺度转换，可以将一个点的位置方便的从一个坐标系转换至另一个坐标系。与某一空间直角坐标系所相应的大地坐标系（B，L，H），只是坐标表现形式不同，实质上是完全等价的，两者之间可相互转化。GPS定位采用坐标系：在GPS定位测量中，采用两类坐标系，即天球坐标系与地球坐标系，两坐标系的坐标原

3、点均在地球的质心，而坐标轴指向不同。天球坐标系是一种惯性坐标系，其坐标原点及各坐标轴指向在空间保持不变，用于描述卫星运行位置和状态。地球坐标系随同地球自转，可看作固定在地球上的坐标系，用于描述地面观测站的位置。在空间的位置和方向应保持不变，或仅作匀速直线运动。§2.1天球坐标系和地球坐标系天球：指以地球质心M为中心，半径r为任意长度的一个假想的球体。一、天球坐标系M黄道γεPnΠsΠn天球赤道Ps天轴与天极：地球自转轴的延伸直线为天轴；天轴与天球的交点Pn和Ps称为天极，其中Pn为北天极，为Ps南天极。天球赤道面与天球赤道

4、：通过地球质心M与天轴垂直的平面，称为天球赤道面。天球赤道面与天球相交的大圆，称为天球赤道。黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆。黄赤交角：黄道与赤道的夹角。黄极：通过天球中心，且垂直于黄道面的直线与天球的交点。其中靠近北天极的交点为北黄极，靠近南天极的交点为南黄极。春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点。注：春分点和天球道赤面，是建立参考系的重要的基准点和基准面。M黄道γεPnΠsΠn原点—地球质心MZ轴—指向天球北极PnX轴—指向春分点Y轴—垂直于XMZ平面，与X轴和Z轴构成右手坐标系

5、统。ZXY天球空间直角坐标（X，Y，Z）的定义：MγzPs天球赤道Pnyxsyzxαδr天球中心与地球质心M重合，赤经α为含天轴和春分点的天球子午面与过天体s的天球子午面之间的夹角，赤纬δ为原点M至天体s的连线与天球赤道面之间的夹角，向径γ为原点M至天体s的距离。天球球面坐标（α，δ，γ）的定义：对同一空间点，直角坐标系与其等效的球面坐标系参数间有如下转换关系：MγzPs天球赤道Pnxsyzxαδry岁差：地球实际上不是一个理想的球体，地球自转轴方向不再保持不变，这使春分点在黄道上产生缓慢的西移，这种现象在天文学中称为岁差

6、。岁差和章动的影响岁差产生的原因：日月和其他天体对地球赤道隆起部分的吸引。主要由日月引力引起。太阳的影响为月球影响的0.46，太阳的质量是月球的两千多万倍，为什么月球对岁差的影响反而更大呢？M黄道γεPnΠsΠn天球赤道岁差周期：25800年，每年春分点西移50.371″M黄道γεPnΠsΠn天球赤道章动：在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极将绕瞬时平北天极旋转，大致呈椭圆，这种现象称为章动。章动产生的主要原因：月球轨道面（白道）位置的变化。章动的规律章动的周期：18.6年章动椭圆的长半轴：9.2″abr＝εΠn章动椭圆岁

7、差、章动叠加Pn岁差章动的叠加效果M黄道γεPnΠsΠn天球赤道黄极天极为了研究问题的方便，我们把岁差和章动分开研究，分别研究两种现象的规律，然后再综合叠加。在岁差和章动的影响下，瞬时天球坐标系的坐标轴的指向在不断的变化，将不能直接根据牛顿力学定律来研究卫星的运动规律。瞬时天球坐标系：原点：地球质心坐标轴指向：z轴——指向瞬时地球自转轴x轴——指向瞬时春分点y轴——与x轴、z轴构成右手坐标系M黄道γεPnΠsΠnZXY协议天球坐标系：为了建立一个与惯性坐标系统相接近的坐标系，人们通常选择某一时刻，作为标准历元，并将此刻地球

8、的瞬时自转轴（指向北极）和地心至瞬时春分点的方向，经过瞬时的岁差和章动改正后，分别作为X轴和Z轴的指向，由此建立的坐标系称为协议天球坐标系。在空间的位置和方向应保持不变，或仅作匀速直线运动MγzPs天球赤道Pnyxsyzxαδr国际大地测量学会（InternationalAssociationofGeo