GPS定位的坐标系统及时间系统解析

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gps定位坐标

GPS定位坐标
1. 介绍
GPS（Global Positioning System）是一种全球定位系统，利用卫星信号来确定地球上任何一个点的位置。

它通过三个或更多的卫星发射的信号，用来测量接收器的距离和位置。

GPS定位坐标是通过这些卫星信号计算得出的经度和纬度坐标。

2. GPS的工作原理
GPS系统主要由三个部分组成：卫星系统、控制系统和用户接收器。

卫星系统由一组维持在大约20200公里轨道上的卫星组成，它们不断地向地面发射信号。

控制系统负责维护卫星的轨道、状态和时间的准确性。

用户接收器则接收来自卫星的信号，并通过计算接收器与卫星之间的距离来确定接收器的位置。

GPS定位坐标是通过测量接收器与至少四颗卫星之间的距离来计算得出的。

接收器接收到卫星发射的信号后，会测量信号发送和接收之间的时间延迟。

由于光速是已知的，接收器可以使用这个延迟时间来计算信号传播的距离。

通过测量与多个卫星的距离，接收器可以使用几何定位原理来计算自己的准确位置。

3. GPS定位坐标的表示方法
GPS定位坐标使用经度和纬度来表示一个地点的位置。

经度表示东西方向上的位置，范围从-180度到180度，以0度经线（本初子午线）为基准。

东经表示正数，西经表示负数。

纬度表示南北方向上的位置，范围从-90度到90度，以赤道为基准。

北纬表示正数，南纬表示负数。

GPS定位坐标通常使用度（°）、分（’）和秒（。

GPS导航定位原理以及定位解算算法

G P S导航定位原理以及定位解算算法TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-GPS导航定位原理以及定位解算算法全球定位系统(GPS)是英文Global Positioning System的字头缩写词的简称。

它的含义是利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。

它是由美国国防部主导开发的一套具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航定位系统。

GPS用户部分的核心是GPS接收机。

其主要由基带信号处理和导航解算两部分组成。

其中基带信号处理部分主要包括对GPS卫星信号的二维搜索、捕获、跟踪、伪距计算、导航数据解码等工作。

导航解算部分主要包括根据导航数据中的星历参数实时进行各可视卫星位置计算；根据导航数据中各误差参数进行星钟误差、相对论效应误差、地球自转影响、信号传输误差(主要包括电离层实时传输误差及对流层实时传输误差)等各种实时误差的计算，并将其从伪距中消除；根据上述结果进行接收机PVT（位置、速度、时间）的解算；对各精度因子(DOP)进行实时计算和监测以确定定位解的精度。

本文中重点讨论GPS接收机的导航解算部分，基带信号处理部分可参看有关资料。

本文讨论的假设前提是GPS接收机已经对GPS卫星信号进行了有效捕获和跟踪，对伪距进行了计算，并对导航数据进行了解码工作。

1 地球坐标系简述要描述一个物体的位置必须要有相关联的坐标系，地球表面的GPS接收机的位置是相对于地球而言的。

因此，要描述GPS接收机的位置，需要采用固联于地球上随同地球转动的坐标系、即地球坐标系作为参照系。

地球坐标系有两种几何表达形式，即地球直角坐标系和地球大地坐标系。

地球直角坐标系的定义是：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向地球赤道面与格林威治子午圈的交点(即0经度方向)，Y轴在赤道平面里与XOZ 构成右手坐标系(即指向东经90度方向)。

四种卫星定位导航系统的坐标系统与时间系统以及他们的转换关系

GLONASS
坐标系统名：PE-90 时间系统名：GLONASS时
-4-
定义
GLONASS坐标系统：采用的是基于Parameters of the Earth 1990框架的PE-90大地坐标系，其几何定义为：原点位于地球质心，Z轴指向IERS 推荐的协议地球极（CTP）方向,即1900-1905年的平均北极，X指向地球赤道与BH定义的零点子午线交点，Y轴满足右手坐标系。 GLONASS时间系统：采用原子时AT1秒长作为时间基准，是基于前苏联莫斯科的协调世界时 UTC(SU)，采用的UTC时并含有跳秒改正。
GPS
坐标系统名：WGS-84 时间系统名：GPS时
-1-
定义
GPST规定它的起点在1980年1月6日UTC的0点, 它的秒长始终与主控站的原子钟同步,启动之后不采用跳秒调整。根据对GPS时间系统起点的规定, 知道GPST与国际原子时有固定19秒的常数差,而且在1980年之后与UTC另外还有随时间不断变化的常数差。如1985年12月,常数差为4秒。 GPST=UTC十4秒总结原点:1980年1月6日UTC零时秒长：原子时秒长不跳秒
Galileo
坐标系统名：ITRS 时间系统名：伽利略系统时间
-6-
定义
伽利略地球参考框架（Galileo Terrestrial Reference Frame，GTRF）是实现伽利略所有产品和服务的基础，它由伽利略大地测量服务原型（GGSP）负责定义、建立、维持与精化。GTRF符合ITRS定义，并与ITRF对准，它的维持主要基于GTRF周解。除GTRF外，GGSP还提供地球自转参数、卫星轨道、卫星和测站钟差改正等产品。 GTRF的发展早在2011年10月首批Galileo卫星升空前， GTRF就完成了它的初始实现（2007年）。它采用了42 个位于伽利略跟踪站（GSS）附近的IGS站、33个其他 IGS站和13个伽利略实验站（GESS）从2006年11月至 2007年6月的GPS观测数据。后续的GTRF将由使用 GPS/Galileo数据逐步过渡到只使用Galileo数据。从2013 年4颗Galileo卫星组网并开始提供导航服务以来，GTRF 每年都会发布新的版本并进行2~3次更新。

GPS定位坐标系统和时间系统分析

•岁差（Precession） •章动（ Nutation）
GPS定位坐标系统和时间系统分析
岁差（Precession）
•岁差：地球形状接近于一个两极扁平赤道隆起的椭球体，在日月引力和其它天体引力的作用下，使得春分点在黄道上产生缓慢西移现象，称为岁差
球坐标系，这种共同确定的坐标系就称为协议坐标系。 –协议惯性坐标系 –协议地球坐标系
GPS定位坐标系统和时间系统分析
2 GPS使用的时间系统
• 天体和卫星都是高速运行的运动体，时间系统是精确描述天体和卫星运行位置及其相互关系的重要基准，也是利用卫星进行导航定位的重要基准
• 测量时间也需要先定义时间基准，即定义时间的原点和单位尺度
（1）GPS卫星作为高空已知点，其位置是瞬息万变的。时间度量的精度就意味着空间位置精度。例如，若定轨误差要小于1cm，则要求时间精度至少达到 2.6*10-6s
（2）GPS定位中站星距离是通过测定电磁波信号传播时间来确定的。时间误差与站星距离误差之间的关系是一个线性函数
（3）惯性系与地固系之间的坐标转换需要精确的时间尺度。地球在不断地作自转运动，地球上的点位在惯性坐标系中的坐标也以相同的速度变化。时间误差在0.01s，该坐标误差可以达到5m
•天球空间直角坐标系定义：原点O位于天球中心；Z轴指向北天极（ NCP ）； X 轴指向春分点； Y 轴垂直于 XOZ 平面，与 X 和 Z 轴构成右手坐标系 •任意空间点的坐标可表达为（x,y,z）
GPS定位坐标系统和时间系统分析
天球球面坐标系的定义
•天轴（Celestial Axis）—地球自转轴所在的直线 •天极（Celestial Poles）—天轴与天球的两个交点。

GPS测量原理及应用：02 时间系统与坐标系统

22
协调世界时（Universal Time Coordinated）
建立UTC的原因：
满足高精度时间间隔测量的要求时刻与UT基本一致
定义
秒长与AT相同通过跳（闰）秒，与UT的差值保持在0.9秒内（通常在6
月30日24h或12月31日24h进行跳秒）正闰秒（增加1秒）与负闰秒（减少1秒）
2
1. 有关时间系统的一些基本概念
3
时间是什么？
是事物存在或延续的过程与长度、质量一同称为宏观物质世界的三个基本量是四维空间中的一维具有绝对和相对两方面的特性
时刻（历元）时间间隔
4
时间系统-规定时间测量的标准
时间系统的要素：参考基准（起点）、尺度时间系统：由定义和相应的规定从理论上进行阐述时间系统框架：通过守时、授时以及时间频率测量
17
世界时（Universal Time）
定义：格林尼治零子午线（本初子午线）处的民用时称为世界时。
UT0、UT1、UT2
问题的引出：极移和地球自转的不均匀（长期趋势变缓，且存在短周期变化和季节性变化）
UT0：未改正的世界时 UT1：引入极移改正的世界时 UT2：引入极移改正和地球自转速度的季节改正的世界
太阳时属于地方时
14
真太阳时与平太阳时
真太阳时
参考点：太阳中心尺度定义：太阳中心连续两次经过当地上子午圈的时间
间隔为一个真太阳日。数值定义：太阳中心相对于本地子午圈的时角，中午为
0h，子夜为12h 特点
优点：容易测定缺点：尺度不稳定（由于地球绕日公转时的速度不同，以及黄
赤交角的存在，导致不同时间的真太阳时时长不同）
春分点两次经过地方上子午圈（上中天）的时间间隔为一恒星日。并由此派生出“时”、“分”、“秒”等单位。

2-1GPS定位的坐标系统(GPS)

2 2 2
}
Z − N (1 − e 2 ) sin B
在采用上式进行转换时，需要采用迭代的方法，在采用上式进行转换时，需要采用迭代的方法，先求出，最后在确定H 将B求出，最后在确定H。
3、地心空间直角坐标系与站心（左手）地平直角坐标系、地心空间直角坐标系与站心（左手）（1）地心空间直角坐标系与站心赤道直角坐标系关系地心空间直角坐标系与站心赤道直角坐标系关系 O—XYZ：球心空间直角坐标系（地心） P1— X Y Z：站心赤道直角坐标系（站赤）
a = 6378245m f = 1 / 298.3
第二章 GPS 定位的坐标系统 §2-1 GPS坐标系统
该坐标系的高程异常是以前苏联1955年该坐标系的高程异常是以前苏联1955年大地水准面重新平差的结果为起算值，大地水准面重新平差的结果为起算值，该椭球并未依据当时我国的天文观测资料进行重新定位，料进行重新定位，而是由前苏联西伯利亚地区的一等锁，亚地区的一等锁，经我国的东北地区传算过来的，1954年北京坐标系存在着很算过来的，1954年北京坐标系存在着很多缺点。
第二章 GPS 定位的坐标系统 §2-1 GPS坐标系统
四、1980年西安坐标系 1980年西安坐标系
1980年西安大地坐标系统的地球椭球参数的 1980 年西安大地坐标系统的地球椭球参数的四个几何和物理参数采用了IAG 1975年的推四个几何和物理参数采用了IAG 1975年的推 a = 6378140m 荐值，荐值，
（2）站心赤道直角坐标系与站心地平直角坐标系关系） P1— X Y Z：站心赤道直角坐标系（站赤）站心赤道直角坐标系（站心赤道直角坐标系站赤） P1— xyz : 站心地平直角坐标系（地平）站心地平直角坐标系（地平）

GPS测量坐标系

GPS测量坐标系GPS（全球定位系统）是一种全球性的卫星导航系统，广泛应用于定位、导航和时间同步等领域。

在GPS测量中，坐标系起着至关重要的作用。

本文将介绍GPS测量中常用的坐标系及其应用。

1. 地球坐标系（WGS84）地球坐标系是GPS测量中使用最广泛的坐标系，也是全球通用的地理坐标系。

它使用经度（longitude）和纬度（latitude）来描述地球上的位置。

经度指的是某位置距离本初子午线的东西方向距离，纬度指的是某位置距离地球赤道的南北方向距离。

WGS84坐标系是一种基于椭球面模型的坐标系，能够准确地描述地球上的各个位置。

它通常用于GPS设备和地理信息系统（GIS）中，用于定位和导航。

2. 地心坐标系（ENU）地心坐标系又称为局部大地坐标系，是一种以地球为中心的坐标系。

在地心坐标系中，地球的中心被定义为原点，x轴指向经度0°的点，y轴指向经度90°的点，z轴指向北极。

该坐标系在GPS测量中通常用于计算测量点之间的距离和方位角。

地心坐标系可以通过将地球坐标系（WGS84）中的经纬度转换为直角坐标来获得。

它具有较小的误差，适用于短距离测量和小范围应用。

3. 大地坐标系（Geodetic）大地坐标系是一种以地球为基准的坐标系，用于描述地球上的位置和形状。

它通过考虑地球的椭球形状和重力场来获得更准确的位置信息。

大地坐标系通常采用大地水准面和大地椭球体来描述地球表面的形状。

在GPS测量中，大地坐标系常用于计算测量点之间的高程差和斜距离。

4. 本地坐标系（Local）本地坐标系是一种以测量点为中心的坐标系，用于描述测量点周围的相对位置。

它是相对于地心坐标系或大地坐标系的一种局部坐标系。

本地坐标系通常用于图纸、工程测量和地理信息系统中，用于精确测量和定位。

它可以通过在地心坐标系中定义一个起始点和坐标轴方向来创建。

5. 投影坐标系（Projection）投影坐标系是将三维地理坐标映射到二维平面上的一种方式。

第二章GPS定位时间系统与坐标系统

（2）天文坐标系
（3）站心坐标系
（4）高斯平面直角坐标系等
如果测量工作以测站为原点，则所构成的坐标系称为测站中心
坐标系（简你站心坐标系）。站心坐标系分为站心地平直角
坐标系和站心极坐标系。
站心地平直角坐标系是以测站的椭球法线方向为Z轴，以测站
大地子午线北端与大地地平面的交线为X轴，大地平行圈（
东方向）与大地地平面的交线为Y轴，构成左手坐标系。
GPS相对定位确定的是点之问的相对位置，一般用空间直角
坐标差 X,Y,Z 或大地坐标差 B,L,H 表示。如果建立以
已知点为 X0,Y0, Z0 为原点的站心地平直角坐标系．则其他点
在该坐标系内的坐标 x, y, z 与基线向量的关系为
x
sin
B
L
sin
B
L
B

X

j
0cos
0
协议天球坐标系
影响的动坐标系，某时刻t对应所对应的瞬
时平北天极，瞬时平赤道，瞬时平春分点来
确定的天球坐标系。
瞬时真天球坐标系:既考虑岁差影响又考虑
章动影响。 t时刻对应所对应的瞬时真北天
极，瞬时真赤道，瞬时真春分点来确定的天
球坐标系.
协议天球坐标系：由国际协议规定确定
的特殊时刻t0作为标准历元，此时刻所
根据协议地球坐标系和协议天球坐标系的定义可知：
（1）两坐标系的原点均位于地球的质心，故其原点位置相
同。
（2）瞬时天球坐标系的z轴与瞬时地球坐标系的Z轴指向相
同。
（3）两瞬时坐标系x轴与X轴的指向不同，其间夹角为春分点
的格林尼治恒星时。
二者的转换过程如下：
此外，地球坐标系还有其它表示形式：

坐标系统与时间系统

可推得GALILEO系统与GPS系统间的转换系数为:
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二
时间系统
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1.时间系统——GPS
GPS时间系统采用原子时AT1秒长作时间基准，秒长定义为铯原子CS133基态的两个超精细能级间跃迁幅射振荡192631170 周所持续的时间，时间起算的原点定义在1980年1月6日世界协调时 UTC0时，启动后不跳秒，保证时间的连续。以后随着时间积累， GPS时与UTC时的整秒差以及秒以下的差异通过时间服务部门定期公布。目前，GPS卫星广播星历采用WGS-84（G873）世界大地坐标系，其起始时元为1996年9月29日，而它的坐标基准时元是 1997.0。【6】
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3
1.坐标系统——GPS
WGS-84坐标系是目前GPS所采用的坐标系统，GPS所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。WGS-84坐标系统的全称是World Geodetic System(世界大地坐标系-84)，它是一个地心地固坐标系统。 WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当时GPS 所采用的坐标系统―WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。 WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心，Ｚ轴指向BIH1984.0定义的协议地球极方向,X轴指向BIH984.0的起始子午面和赤道的交点，Y 轴与X轴和Ｚ轴构成右手系。采用椭球参数为：ａ=6 378 137ｍｆ=1/298.257 223 563 【2】
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5.坐标系统转换
在GPS与GLONASS之间的坐标系转换，即为WGS—84 与PE—90间的转换。俄罗斯MCC(Russian Mision Control Center)的Mitrikas等人经过长期实验与精确计算，所提出的且已经应用于GPS/GLONASS组合型接收机中的转换参数，被认为是目前最精确的坐标转换参数，其表达式为：

GPS定位系统原理简明讲解

卫星越多,定位越准确；
一般, GPS接收机可同时收到的4-11颗卫星的。位置信息。
差分定位技术
• 如果使用载波差分或同时使用载波差分及伪距差分则定位精度可达 5 - 10 mm
A
B
什么是RTK技术
常规GPS的测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分(Real - time kinematic)方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值，相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机。
三、GPS定位系统的应用
GPS在道路工程中的应用随着高等级公路的迅速发展，对勘测技术提出了更高的要求，由于线路长，已知点少，因此，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。目前，国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网，然后用常规方法布设导线加密。实践证明，在几十公里范围内的点位误差只有2厘米左右，达到了常规方法难以实现的精度。 GPS技术也同样应用于特大桥梁的控制测量中，可以提高点位精度，同时对检测常规测量的支点也非常有效。
三、GPS定位系统的应用
GPS预警器 GPS预警器是通过GPS卫星在GPS预警器中设定坐标来完成的，比如遇到一个电子眼，然后通过相关设备在电子眼的正下方设立一个坐标，这样，使得装上这个坐标点数据的预警器到达这个点时，在达到坐标点的前300米左右就会开始预警，告诉车主前面有电子眼测速，不能超速驾驶，这样就起到一个预警作用。 GPStar智能GPS系统主要由两大部分组成，即：本地的监控中心软件管理平台和远程的GPS智能车载终端。远程的GPS智能车载终端将车辆所处的位置信息、运行速度、运行轨迹等数据传回到监控中心，监控中心接收到这些数据后，会立即进行分析、比对等处理，并将处理结果以正常信息或者报警信息两类形式显示给管理员，由管理员决定是否要对目标车辆采取必要措施。

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图2-2 直角坐标系和大地坐标系
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
直角坐标系与大地坐标系参数间的转换
对同一空间点，直角坐标系与大地坐标系参数间有如下转换关系：
X ( N H ) cos B cos L Y ( N H ) cos B sin L
L arctan(Y / X )
天球球面坐标系的定义：地球质心O为坐标原点，春分点轴与天轴所在平面为天球经度（赤经）测量基准——基准子午面，赤道为天球纬度测量基准而建立球面坐标。空间点的位置在天球坐标系下的表述为（r，α，δ）。天球空间直角坐标系与天球球面坐标系的关系可用图2-1表示：
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
1980年国家大地坐标系（GDZ80）坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。参考椭球：1975年国际椭球。平差方法：天文大地网整体平差。特点：（1）采用1975年国际椭球。（2）参心大地坐标系是在1954年北京坐标系基础上建立起来的。（3）椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，是多点定位。（4）定向明确。（5）大地原点地处我国中部。（6）大地高程基准采用1956年黄海高程。
固定极天球坐标系——平天球坐标系
选择某一历元时刻，以此瞬间的地球自转轴和春分点方向分别扣除此瞬间的章动值作为z轴和x轴指向，y轴按构成右手坐标系取向，建立天球坐标系—— 平天球坐标系，坐标系原点与真天球坐标系相同。瞬时极天球坐标系与历元平天球坐标系之间的坐标变换通过下面两次变换来实现。岁差旋转变换 ZM（t0)表示历元J2000.0年平天球坐标系z轴指向，ZM（t）表示所论历元时刻t真天球坐标系z轴指向。两个坐标系间的变换式为： x x (2-11)
Rz ( Z A ) Ry ( A ) Rz ( A ) y y z M (t ) z M ( t0 )
式中：ζA ，θA，ZA为岁差参数。章动旋转变换 x 类似地有章动旋转变换式：
y z c (t )
x Rx ( ) Rz ( ) Rx ( ) 及时间系统
新1954年北京坐标系（BJ54新）
新1954年北京坐标系（BJ54新）是由1980年国家大地坐标（GDZ80）转换得来的。坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。参考椭球：克拉索夫斯基椭球。平差方法：天文大地网整体平差。 BJ54新的特点：（1）采用克拉索夫斯基椭球。（2）是综合GDZ80和BJ54旧建立起来的参心坐标系。（3）采用多点定位。但椭球面与大地水准面在我国境内不是最佳拟合。（4）定向明确。（5）大地原点与GDZ80相同，但大地起算数据不同。（6）大地高程基准采用1956年黄海高程。（7）与BJ54旧相比，所采用的椭球参数相同，其定位相近，但定向不同。（8） BJ54旧与BJ54新无全国统一的转换参数，只能进行局部转换。
（2－3）

式中，N a / 1 e2 sin 2 B，N 为该点的卯酉圈半径； e2 (a 2 b 2 ) / a 2，a, e分别为该大地坐标系对应椭球的长半径和第一扁心率。
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
（3）、站心赤道直角坐标系与站心地平直角坐标系
站心赤道直角坐标系如图2-3， P1 _ _ _ 是测站点，O为球心。以O为原点建立球心空间直角坐标系 P1 X Y Z 。以P1 为原点建立与 O XYZ 相应坐标轴平行的坐标系 O _ _XYZ 叫站心赤道直角坐标系。 _ 显然， P1 X Y Z同 O XYZ 坐标系有简单的平移关系：
直角坐标系与其等效的天球球面坐标系参数间的转换对同一空间点，天球空间直角坐标系与其等效的天球球面坐标系参数间有如下转换关系：
X r cos cos Y r sin cos Z r sin
arct an( Y / X) 2 2 arct an( Z / X Y r X 2 Y 2 Z2
（2-12）式中：ε为所论历元的平黄赤交角，⊿ψ，⊿ε分别为黄经章动和交角章动参数。
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
固定极地球坐标系——平地球坐标系极移：地球瞬时自转轴在地球上随时间而变，称为地极移动，简称极移。瞬时极：与观测瞬间相对应的自转轴所处的位置，称为该瞬时的地球极轴，相应的极点称为瞬时极。国际协定原点CIO：采用国际上5个纬度服务站的资料，以1900.00至 1905.05年地球自转轴瞬时位置的平均位置作为地球的固定极称为国际协定原点CIO。图2-5为瞬时极与平极关系。
x x y R ( ) y z G z et z ct
（2-10）
下标et表示对应t时刻的瞬时极地球坐标系， ct表示对应t时刻的瞬时极天球坐标系。θG 为对应平格林尼治子午面的真春分点时角。
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
坐标系。
由于坐标系相对于时间的依赖性，每一类坐
标系又可划分为若干种不同定义的坐标系。不管采用什么形式，坐标系之间通过坐标平移、旋转和尺度转换，
可以将一个坐标系变换到另一个坐标系去。
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
（1）天球坐标系
天球空间直角坐标系的定义：地球质心O为坐标原点，Z轴指向天球北极，X轴指向春分点，Y轴垂直于XOZ平面，与X轴和Z轴构成右手坐标系。在此坐标系下，空间点的位置由坐标（X，Y，Z）来描述。
_ X X ( N H ) cos B cos L Y _ ( N H ) cos B sin L Y 2 Z _ N (1 e ) H sin B Z

（2-5)
2 2 2 B arctan Z ( N H ) /[ X Y ( N (1 e ) H )] （2－4） 2 H Z / sin B N (1 e )
2 Z N (1 e ) H sin B
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
站心地平直角坐标系
以P1 为原点，以P1 点的法线为z轴（指向天顶为正），以子午线方向为x 轴（向北为正），y轴与x，z垂直（向东为正）建立的坐标系叫站心地平直角坐标系。站心地平直角坐标系与站心赤道直角坐标系的转换关系如下：
_ X x sin B cos L sin L cos B cos L _ y sin B sin L cos L cos B sin L R z 180 L R（ 90 B ） P Y y y _ 0 sin B z 地平 cos B Z 站赤
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
1、天球坐标系和地球坐标系
全球定位系统（GPS）的最基本任务是确定用户在
空间的位置。而所谓用户的位置，实际上是指该用户在
特定坐标系的位置坐标，位置是相对于参考坐标系而言的，为此，首先要设立适当的坐标系。坐标系统是由原点位置、3个坐标轴的指向和尺度所定义，根据坐标轴指向的不同，可划分为两大类坐标系：天球坐标系和地球
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
平地球坐标系：取平地极为坐标原点，z轴指向CIO，x轴指向协定赤道面与格林尼治子午线的交点，y轴在协定赤道面里，与 xoz构成右手系统而成的坐标系统称为平地球坐标系。平地球坐标系与瞬时地球坐标系的转换公式：
x x y R ( x ) R ( y ) y y p x p z em z et
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
3、坐标系统之间的转换
（2-13）
, yp 为t时刻 xp 下标em表示平地球坐标系，et表示t 时的瞬时地球坐标系，以角度表示的极移值。
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
2 WGS-84坐标系和我国大地坐标系
（1）、WGS-84坐标系
WGS-84的定义：WGS-84是修正NSWC9Z-2参考系的原点和尺度变化，并旋转其参考子午面与BIH定义的零度子午面一致而得到的一个新参考系，WGS-84坐标系的原点在地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协定地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z、X轴构成右手坐标系。它是一个地固坐标系。 WGS84椭球及其有关常数：WGS-84采用的椭球是国际大地测量与地球物理联合会第17届大会大地测量常数推荐值，其四个基本参数长半径：a=6378137±2（m）；地球引力常数：GM=3986005×108m3s-2±0.6×108m3s-2；正常化二阶带谐系数：C20= -484.16685×10-6±1.3×10-9；
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
（4）卫星测量中常用坐标系
瞬时极天球坐标系与地球坐标系瞬时极天球坐标系：原点位于地球质心，z轴指向瞬时地球自转方向（真天极），x轴指向瞬时春分点（真春分点），y轴按构成右手坐标系取向。瞬时极地球坐标系：原点位于地球质心，z轴指向瞬时地球自转轴方向，x轴指向瞬时赤道面和包含瞬时地球自转轴与平均天文台赤道参考点的子午面之交点，y轴构成右手坐标系取向。瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系的关系如图2-4所示。瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系的转换关系为：
J2=108263×10-8 地球自转角速度：ω=7292115×10-11rads-1±0.150×10-11rads-1
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
（2）、国家大地坐标系 1954年北京坐标系（BJ54旧）坐标原点：前苏联的普尔科沃。参考椭球：克拉索夫斯基椭球。平差方法：分区分期局部平差。存在的问题：（1）椭球参数有较大误差。（2）参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性倾斜。（3）几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。（4）定向不明确。