GPS定位坐标系统和时间系统分析

定位坐标系和时间标准讲义定位坐标系和时间标准是在地理和天文领域中广泛使用的工具，用于确定地球表面上的位置和测量时间。

本讲义将介绍三种常用的定位坐标系和一些常见的时间标准。

一、地理坐标系地理坐标系是用经度和纬度来描述地球表面上任意位置的一种坐标系统。

经度是指一个位置相对于东西方经线的角度，以0度为本初子午线。

纬度是指一个位置相对于南北方纬线的角度，以赤道为基准。

地理坐标系可以通过全球定位系统（GPS）等技术来测量和确定位置。

例如，北京的经度为116.4度东经，纬度为39.9度北纬。

二、UTM坐标系UTM（Universal Transverse Mercator）坐标系是一种基于横轴墨卡托投影的坐标系统，将地球划分为60个标准带和20个副带。

每个标准带宽度6度，以中央经线为基准。

UTM坐标系采用东北方向的坐标表示位置，适用于大规模的地图制作和测量工程。

例如，北京的UTM坐标为50KU 414547 4400879，其中50KU表示所在的标准带，414547和4400879分别表示东北方向的坐标。

三、国家格网坐标系国家格网坐标系是在UTM坐标系基础上，根据各国的需要制定的一种坐标系统。

每个国家或地区都有自己的国家格网，包括分带、投影方式和坐标体系等。

国家格网坐标系广泛用于地理信息系统（GIS）和空间数据管理。

在中国，国家格网坐标系为2000年国家大地坐标系，采用了高斯-克吕格投影，最常用的带号为3度带。

例如，北京的国家格网坐标为带号33N，X坐标为3407765，Y坐标为439512。

四、时间标准时间标准用于统一和测量时间，使世界各地的时间保持一致。

其中，国际原子时（TAI）是以原子频率标准为基础，提供高精度的时间计量。

协调世界时（UTC）是基于国际原子时，并根据地球自转的变化进行调整的时间标准，通常以格林威治时间（GMT）为参考。

全球定位系统（GPS）时间是由GPS卫星提供的一种时间标准，用于卫星导航定位。

GPS时间系统概述和世界时系统6．1 GPS时间系统概述 时间包含“时刻”和“时间间隔”2个概念。

所谓时刻，即发⽣某⼀现象的瞬间。

在天⽂学和卫星定位中、与所获数据对应的时刻也称为历元。

时间间隔则是指发⽣某⼀现象所经历的过程，是这⼀过程始末的时刻之差。

所以，时间间隔测量也称为相对时间测量，⽽时刻测量相应地称为绝对时间测量。

要测量时间，必须建⽴⼀个测量基准，即时间的单位（尺度）和原点（起始历元）其中，时间的尺度是关键．⽽原点可以根据实际应⽤加以选定。

⼀般地，任何⼀个可观察的周期运动现象，只要符合以下要求．都可以⽤做确定时问的基推： （1）运动应是连续的，周期性的。

（2）运动的周期应具有充分的稳定性。

（3）运动的周期必须具有复现性、即要求在任何地⽅和时间，都可以通过观测和实验，复现这种周期性运动。

时间测量基准不同，则描述的时刻和时间间隔都不相同，从⽽得到了不同的时间系统。

在天⽂学和空间科学技术中，时间系统是精确描述天体和⼈造卫星运⾏位置及其相互关系的重要基准，因⽽也是⼈类利⽤卫星进⾏定位的重要基难。

在GPS卫星定位中，时间系统的重要意义主要表现为如下⼏点。

（1）GPS卫星作为⼀个⾼空观测⽬标，其位置是不断变化的。

因此，在给出卫星运⾏位置的同时．必须给出相应的瞬间时刻。

例如，当要求GPS卫星的位置误差⼩于1M时，则相应的时刻误差应⼩于2．6xl0。

（2）GPS定位是通过接收和处理GPS卫星发射的⽆线电信号来确定⽤户接收机（即观测站）⾄卫星间的距离（或距离差），进⽽确定观测站的位置的。

因此，准确地测定观测站⾄卫星的距离，必须精密地测定信号的传播时间。

若要求其距离误差⼩于1M，则信号传播时间的测定误差应⼩于3xlo—10。

（3）由于地球的⾃转，地球上点在天球坐标系中的位置是不断交化的。

若要求⾚道上⼀点的位置误差不超过1cm，则时间的测定误差应⼩于2x10-5s。

显然，利⽤GPS进⾏精密的导航与测量，应尽可能获得⾼精度的时间信息。

GPS测量原理及应用各章知识点总结桂林理工大学测绘08-1 JL（纯手打）第一章绪论1、GPS系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。

能为各个用户提供三维坐标和时间。

2、GPS卫星位置采用WGS-84大地坐标系3、GPS经历了方案论证、系统论证、生产试验三个阶段。

整个系统包括卫星星座、地面监控部分、用户接收机部分。

4、GPS基本参数为：卫星颗数为21+3，卫星轨道面个数为6，卫星高度为20200km，轨道倾角为55度，卫星运行周期为11小时58分，在地球表面任何时刻，在高度较为15度以上，平均可同时观测到6颗有效卫星，最多可以达到9颗。

5、应用双定位系统的优越性：能同时接收到GPS和GLONASS卫星信号的接收机，简称为双系统卫星接收机。

（1）增加接收卫星数。

这样有利于在山区和城市有障碍物遮挡的地区作业（2）提高效率。

观测卫星数增加，所以求解整周模糊度的时间缩短，从而减少野外作业时间，提高了生产效率。

（3）提高定位的可靠性和精度。

因观测的卫星数增加，用于定位计算的卫星数增加，卫星几何分布也更好，所以提高了定位的可靠性和精度。

6、在GPS信号导航的定位时，为了解算测站的三维坐标，必须观测4颗（以上）卫星，称为定位星座。

7、PRN----------卫星所采用的伪随机噪声码8、在导航定位测量中，一般采用PRN编号。

9、用于捕获信号和粗略定位的为随机码叫做C/A码（又叫S码），用于精密定位的精密测距码叫P码10、GPS系统中各组成部分的作用：卫星星座1、向广大用户发送导航定位信息。

2、接收注入站发送到卫星的导航电文和其他相关信息，并通过GPS信号电路，适时的发送给广大用户。

3、接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时的改正运行偏差和启用备用时钟等。

地面监控系统地面监控系统包括1个主控站，3个注入站和5个监测站。

1、监测和控制卫星上的设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行。

GPS测量的坐标系统与时间系统全球定位系统（GPS）是一种由美国政府运营的卫星导航系统，可提供全球定位、导航和时间服务。

它是许多现代技术和应用的基础，例如车辆导航、飞行导航、航海、地图绘制等。

GPS测量提供了一种在地球上确定位置的精确方法，但是它的坐标系统和时间系统需要特定的标准和约定来确保精度。

本文将介绍GPS测量中使用的坐标系统和时间系统，并讨论它们与其他GPS应用和技术的关系。

坐标系统GPS测量使用经纬度和高度来确定位置，这是因为它可以提供全球范围内的定位。

经度是一个位置相对于本初子午线的度数，可以从0度到360度，东经为正，西经为负。

纬度是一个位置相对于赤道的度数，可以从-90度到90度，北纬为正，南纬为负。

高度是一个位置相对于海平面的高度。

GPS测量使用的坐标系统是WGS 84（World Geodetic System 1984），这是一种由美国国防部和国家海洋和大气管理局发展的全球定位系统坐标系统。

WGS 84使用地球模型作为椭球体，将地球视为一个近似椭球体。

这个椭球体的参数被称为参考椭球体，在WGS 84中，参考椭球体的参数为a=6378137.0 m，f=1/298.257223563。

WGS 84是GPS定位用的最通用的地理坐标系，在大多数现代地图上都采用了WGS 84坐标。

此外，许多其他地理信息系统（GIS）和工程应用也使用WGS 84坐标系来表示地球上的位置。

时间系统在GPS测量中，时间系统也是至关重要的。

GPS测量使用一个基于原子钟的时间系统来测量信号的传播时间，并计算出接收器的位置。

原子钟比基于机械振荡器的钟表更为精确，可以维持极高的准确性。

GPS测量使用的时间系统是GPS时间，它是由GPS卫星提供的21个原子钟的平均值。

GPS时间以UTC（协调世界时）为基础，但它使用了其他一些修正来保持与UTC同步。

UTC是一个国际标准时间系统，它基于原子钟的时间，但考虑了地球自转的变化。