•p19
3、站心坐标系
•站心赤道直角坐标系 •站心地平直角坐标系
•p12
第三节 坐标系统之间的转换
•区分 坐标变换——在不同坐标系表示形
式之间进行变换 坐标转换——在不同的参考基准间
进行变换（基准的转换）
•p19
一、坐标系的变换
空间大地坐标系 •—〉空间直角坐标系
空间直角坐标系 •—〉空间大地坐标系
•(x,y)1 —— (x,y)2
•(X,Y,Z)1 —— (X,Y,Z)2
空间直角坐标系的转换
布尔沙模型
•P20，公式 2-20
布尔沙模型
•P20，公式 2-21
2、转换参数的计算
如果不知道两坐标系的转换参数，而是知道部分点 在两个坐标系的坐标，称公共点，须通过公共点的两 组坐标求得转换参数
空间大地坐标系 •—〉高斯平面直角坐标系
1、(B L H)——〉(X Y Z)
•需要哪些参数？
2、(X Y Z)——〉(B L H)
•需要哪些参数？
3、(B L)——〉(x y)
•高斯投影的计算公式：
•需要哪些参数？
二、坐标转换的基本方法
• BJ54
WGS84
•(B,L)1 —— (B,L)2
•常见的坐标系统 空间直角坐标系 大地坐标系 平面直角坐标系
1、复习
•建立测量坐标系的基准面是什么？
参考椭球面和参心坐标系
参考椭球面
•地球表面 •陆地
•海洋 •大地水准面 •参考椭球
2、参心坐标系的特点
我国的大地坐标系
1954年北京坐标系
•N •N
•类型：参心坐标系 •建立：与苏联1942年普尔科沃坐标系联测 •椭球：克拉索夫斯基椭球
•天轴:地球 自转轴的延
伸线
黄道和春分点
黄道：地球公转的轨道面 与天球相交的大圆，即地球 公转时，地球上的观测者所 见到的太阳在天球上的轨道
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
2、天球坐标系的两种表示方法
天球球面坐标系 • (赤经，赤纬，向径)
天球空间直角坐标系 • (X,Y,Z)
时
❖长期变化：潮汐影响使地球自转速度变慢；
❖季节性变化：大气层中的气团岁季节变化；
❖不规则变化：地球内部的物质运动；
•UT
•极移改正
•UT1
•地球自转 •速度改正
•UT2
2、原子时ATI
❖原子时秒长——位于海平面的铯133原子基态两 个超精细能级，在零磁场中跃迁辐射震荡 9192631770周所持续的时间，为一原子时秒。 ❖国际原子时——国际上约100座原子钟，通过相 互比对，经数据处理推算出统一的原子时系统。
•2、仅改变椭球中心位置，并不改 变定向及元素 •3、改变长半径及偏心率,不改变椭 •球p18定位和定向
2、ITRF参考框架
International Terrestrial Reference Frame 产生:综合了SLR、VLBI、LLR观测数据，得到观 测站的数据集，通过联合解算得到统一的数据集， 定义出的一个地心参考框架 实质:地心地固系的具体体现
•瞬时地球坐标系 •极移改正
•协议地球坐标系
•岁差
•标准历元的 •平天球坐标系
•时间的单位尺 度不同；
•度量时间的时 钟不同
常用的几类时间系统
恒星时和太阳时 历书时 原子时
•地球的周 期性自转
•地球的周 期性公转
•原子核外电子 能级跃迁时辐射 的电磁波的频率
1、世界时系统
•世界时系统 •根据天体的周日视运 动反映地球的自转；
•恒星时 •太阳时 •平太阳时
•春分点 •太阳 •平太阳
二、地球坐标系
•空间技术和远程武器的发展，要求提供高精度的地心坐标
1、地心坐标系的定义
地心空间直 角坐标系
地心大地坐 标系
•P12图2-2
•思考：和参心坐标系统的定义有何区别？
•1900.00~1905
2、建立地球坐标系的问题：极移•00年地. 球自转
轴 •的瞬时平均位
置
极移——地球自 转轴相对于地球 体的位置不是固 定的，因而地极 点在地球表面的 位置是随时间而 变化的，这种现 象称为极移。
测距误差<1cm，要求信号传播时间的 测量误差，应不超过3x10-11秒；
一、时间系统
时间：包含时刻和时间间隔两种意义
时间系统：作为测时的基准，包含时间尺度 （单位）和原点（起始历元），一般来说任何 一个可观测的周期运动现象，只要满足：连续 性，稳定性，复现性均可作为时间基准
二、常用的时间系统
世界上现在通用的时间系统时什么？
•椭球参数 •（B L H）BJ54/STATE80
•投影参数
•（x y）高斯平面
•长半轴之差： -108
•扁率之差：
+0.00480795
•原点平移参数： +15
•
-150
•
-90
第四节 时间系统
时间系统 常用的时间系统 GPS时间系统 时间系统间的转换
意义：
卫星的位置误差<1cm，要求相应的时 刻误差应小于2.6x10-6秒；
恒星时 •参照于遥远星体的地球自转周期
•参考点：一个 天体或天球上某
个特殊点
❖恒星时——选取春分点作为参考 点，用它的周日视运动周期来描 述时间的时间计量系统。
•测站点子 午圈
•参考 点连 续两 次经 过测 站点 子午 圈的 时间
段
太阳时 –参照于太阳的地球自转周期
❖太阳时——选取太阳作为参 考点，用它的周日视运动周 期来描述时间的时间计量系 统。
天球坐标系与地球坐标系
联系
•（1）原点都位于地球的质心
•（2）瞬时自转轴和瞬时天轴重合；即瞬时天球坐标系和瞬时地球 坐标系的Z轴重合
•（3）X轴分别指向春分点和格林尼治天文子午面和赤道的交点， 两瞬时坐标系的X轴夹角为春分点的格林尼治恒星时GAST
转换 •瞬时天球坐标系
•章动 •瞬时平天球坐标系
•GAST •旋转
•瞬时平天极
•P15
•瞬时真天极
三种天球坐标系
瞬时真天球坐标系
•——〉瞬时真天极、瞬时真赤道面、瞬时真春分点 •——〉坐标轴指向随时间变化
瞬时平天球坐标系
•——〉瞬时平天极、瞬时平赤道面、瞬时平春分点 •——〉经过了章动改正
标准历元的平天球坐标系
•——〉相应标准历元（2000.1.15）的一个特定时刻的平天球 坐标系 •——〉经过了标准历元到观测历元的岁差改正
•p11
3、建立天球坐标系的两个问题
实际地球的形状近似一个赤道隆起的椭球体，因此 在日月引力和其他天体对隆起部分的作用下，地球 在绕太阳运行时，自转轴的方向不再保持不变而使 春分点在黄道上产生缓慢的西移——岁差、章动
•P14、15
4、三种天球坐标系
•一个特定时刻，即 标准历元：
2000.1.15：的瞬时 平天极
为什么讨论地方参考椭球？
•1、为什么GPS控制网要选择地方参考椭球 参数？而常规控制网计算时只强调投影面？
如何确定地方参考椭球的参数？
•1、仅改变已知椭球的长半径
•1）直接以投影面到椭球面距离H为 长 半径变化量 •2）由测区平均曲率半径的变动量求长半 径 •3）以测区卯酉圈曲率半径的变化量求长 半径变化量
第二节 卫星定位中的坐标系
描述卫星的位置——天球坐标系 描述地球上的点的位置——地球坐标系
一、天球和天球坐标系
•天球——以地球质心 为中心，半径为任意长 度的一个假想球体。
1、天球
天球子 午面：包 含天轴,并 通过天球 上任何一 点的平面
天极:天轴 与天球的交 点
天球赤道 面：通过地 球质心，与 天轴垂直的 平面
求转换参数的模型
•P20，公式 2-22
转换参数的求解方法
•三点法：对转换参数的要求精度不高，或只 有三个公共点时，可用三个点的9个坐标，列 出9个方程，取其中的7个方程求解
•多点法：由公共点在两个坐标系中的坐标， 按照转换模型，以转换参数为未知数写出误差 方程
三、WGS-84坐标系—我国国家坐标系
•
7时59分59秒——7时59分60秒——8时00分00秒。
•UT1
三、GPS时间系统
GPST属于原子时系统——秒长与原子时相同 原点：1980年1月6日的UTC零时 没有跳秒
•1958. 0
•1972.0 •Δt
•19s
•1980.1. 6 •Δt
•IAT
•GPST •UTC
•UT1
思考
❖试比较参心坐标系和地心坐标系。 ❖各类天球坐标系和地球坐标系的关系是什 么?如何转换？ ❖不同的参心坐标系之间的转换和参心坐标 系到地心坐标系之间的转换有不同吗？ ❖不同类型的时间系统有哪些特点和区别？ 联系是什么？
• BJ54 •(x,y)1 •(B,L)1
•(X,Y,Z)1
WGS84 (x,y)2 (B,L)2
(X,Y,Z)2
转换中的参数设置
•椭球参数
•（B L H）WGS-84
•（X Y Z）WGS-84 •提供转换参数
•七参数
•（X Y Z）BJ54/STATE80
•三个平移 •椭球参数差 •（化简）
•O2 •O1
•问题：参考椭球面与我国大地水准面符合不好 1980年国家大地坐标系
•GEOID
•类型：参心坐标系
•建立：进行了我国的天文大地网整体平差，采用新的椭球元 素，进行了定位和定向
•大地原点：陕西省泾阳县永乐镇
•椭球：1975年国际大地测量与地球物理联合会第16届年会
•P17
3、平面直角坐标系的建立