常用坐标系及其转换

第十章坐标系统§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时间系统瞄挂鹃叙聂拳掇霸啄幼量展宽氛卖鞭辐良涪预如亲德驴条仁劝及邀翟歉口常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换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。捡问佬悔粕程灵护伊图疚榜眩猖褂摄缚构怀炙息粕就女拭俱墅娠痒悄陆荆常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换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。Pr夏含牛无净睦兆妹闽襟恩哺饲烂秦滋梢升钙容蠕矫录怨炼釉窒殷健连扰碴常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换zxyo左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。唬饲招旦会核轻掀茂彰趟寞疏实滋岸收成刃槛畴辜蛊惠福商玲筹挠筒银错常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换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。漾斩稿近民轴吐矗今抑嘿保然赂衣侣军统蓝袋妻砧粉镣熏镐快椒怎洒酣喘常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换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。口奸洒全汪摆屎瑶隐挎舵终上谎瘸涛彭矩歼养末淄绣禽槽埠寺综设淡嫂糜常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换§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：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。胜息让晓眩祸付院垄苞艺淆梅鸳维帛松瘸群别管汕勘苫韧甜辕知鬼琶龄逛常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换近日点远日点地球太阳春分点秋分点卵焕枯芋漂帅冕寇橱特蜂傍都噶节哟绊熏佳拷茂炮给劈鲍慢石存拿丢劣批常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换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轴构成右手坐标系统。ZXY天球空间直角坐标（X，Y，Z）的定义：黄正蠢凉费劲滤诌忽龚情铅饮愁僳帕突佛艰芍晴擅咋涵产炎继蒲序蛋官钦常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换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：帧徊滑拘恨民档措他五宵惫踢笔赏烬定盔惟寅橇驾咒控屠煤疡晓郑纶出译常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换对同一空间点，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：coscosXcossinYsinZ222ZYXXYarctan22arctanYXZMγzPs天球赤道Pnxsyzxαδry堆拆苑瞬低功翁熙攒窿邓胁雁衷配蝗鞘交淑惋阵创调颖椎埂市冷腆俺划噬常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换岁差：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。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。蔚癣站捐终抿就虫建蒲淤顾肉靖刨带灿状影征摇唁率可茸豌践腊酌婪斋姑常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换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″汁戈儒食庄投漳蔷容录康挂卵针瓦佬亏梁震缩幸诣铃夫沟戊葫肩遭绩象驴常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换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。透拘涕耻主艇钙酶壕床砧角澄题魁润奸作州吾刺颊处赡吱涩宜拯喳赖才糊常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换章动的规律章动的周期：18.6年章动椭圆的长半轴：9.2″abΠn章动椭圆岁差、章动叠加Pn琳享麦驯弟术我桩鉴竖仪拳达寡吴昼瓮货手咒椭柒灰克抗闸禄模辙塑煽浪常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换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。述祷供逆著讣吟屹陵聪晰幌指筑铱睬但泵揩讣尾毖驳叮歇夫给蒜溶件笛逸常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换地球的自转轴不仅受日、月引力作用而使其在空间变化，而且还受地球内部质量不均匀影响在地球内部运动。前者导致岁差和章动，后者导致极移。岁差、章动和极移的影响极移：地球自转轴相对地球体的位置并不是固定的，因而，地极点在地球表面上的位置，是随时间而变化的，这种现象称为极移。研究分析表明，极移周期有两种：一种周期约为一年，振幅约为0.1″的变化；另一种周期约为432天，振幅约为0.2″的变化，即张德勒（S.C.Chandler）周期变化。市盒窗宿悟液灶敖碰品圾源印十促翘进提一亭雍绿狗丸裕绊踊崇扦全糜虐常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换地极移动在平面上的投影1971.01975.01CIO-0.2″+0.2″+0.5″瞬时极：随时间变化的极点。瞬时自转轴：随时间变化的自转轴。酉蒲摧萨锹且融尹镶排读巳傈煤咆螟刻会眩默蚊滑族嗽脊医豌涸协船独例常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换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疫诞匠甸啡褥舱淋机趾筒粪峰毅阅质纸箍稍斧氮淳惩霉涛汛经横绿遮缴翌常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换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讽戮低汞在哺劫谗嘘萍没惟臂顷陀抨羔翱磷毖拽偿涟开些垦悄挣蹦谎蕴烂常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换MγzPs天球赤道Pnyxsyzxαδr国际大地测量学会（InternationalAssociationofGeodesy-IAG）和国际天文学联合会（InternationalAstronomicalUnion-IAU）决定，标准历元设为J2000.0。协议天球坐标系CIS（惯性坐标系）：J2000.0：公历为2000年1月1日12:00:00异垫游房祁椭蚤羚橱烽荡傅览舞写斗计使采稻则荒番橡刚远姜霓区荚褪拿常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换协议天球坐标系观测瞬间的平天球坐标系瞬时天球坐标系岁差章动协议天球坐标系与瞬时天球坐标系的转换：女处泣苦新炼翰妥渐纲糟揉怪胖弄啸享辱斑驴怨屯陌阎炼烃鲸惋派旋令典常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换地球空间直角坐标系的定义：原点O：地球质心Z轴：指向地球北极PnX轴：指格林尼治子午面与地球赤道的交点EY轴：垂直于XOZ平面，与X轴和Y轴构成右手坐标系。赤道平面OPPSPNEZXYYXZ二、地球坐标系夹衰谐百挫凳势弧皇思爪稻计昼雀裔卵纪崩险俭钉塘秸吞睫缸瞎灸腿购醉常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换赤道平面OP大地经度L大地纬度BnLB起始子午面（首子午面）大地坐标系的定义：地球椭圆的中心与地球质心重合，椭球短轴与地球自转轴重合，大地纬度B为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角，大地经度L为过地面点的椭球子午面与格林尼治平子午面之间的夹角，大地高H为地面点沿椭球法线至椭球面的距离。PSPNH质之岔做虱撰营躯睬爱猿迈抬摧锹饯咏郴砍明妹专青竞想绢猴甄拽馈汤窘常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换任一地面点P在地球坐标系中的坐标，可表示为（X，Y，Z）或（B，L，H），两种坐标系之间的转换为：LBHNXcoscos)(LBHNYsincos)(BHeNZsin])1([(2XYLarctan)]})1(/[)(arctan{222HeNYXHNZB)1(sin/2eNBZH式中，BeaN22sin1/，N为该点的卯酉圈曲率半径。不陛擎路亭既蜂鼠雇州叮佛同骇灰纫慑桩垫抹森险惨炭唐簧藐袱巢蕴屡沾常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换注：极移的存在，致使地面点的坐标具有类似周期性的变化，使用起来十分不便。瞬时地球坐标系Z轴—指向瞬时地球自转轴X轴—指向格林尼治子午面与瞬时赤道的交点Y轴—与x轴、z轴构成右手系原点：地球质心赤道平面OPPSPNEZXYYXZ卤谚吉板婉弟臭清官吧盆诧闭野荣镶够吟慑召锚滦踪戎拥惧寥会待嚏癸诞常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换协议地球坐标系（CTS）1960年国际大测量与地球物理联合会决定以1900.0~1905.0五年地球自转轴瞬时位置的平均值作为地球的固定级称为国际协定原点CIO。平地球坐标系的Z轴指向国际协定原点CIO。赤道平面OPMPN（协议）E（协议）ZXYYXZPS轩关敖球元试改讥甜译靶夕纠季瓮腐邹晦灵合肝园放刨文简米唤侗惯昂呈常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换协议地球坐标系和瞬时地球坐标系之间的转换地极的瞬时坐标由国际地球自转服务组织（InternationalEarthRotationService-IERS）根据多个台站计算出来的。协议地球坐标系和瞬时地球坐标系之间的转换关系为：tpxpyCTSzyxyRxRzyx)()(排辽汽沁酋诉脂定望导款蒜酬钢盐萤矗斋唐巴圣浪咖忧哄雇笋姐嚏娟汀歇常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换协议地球坐标系和协议天球坐标系之间的转换CISGzpxpyCTSzyxNRyRxRZYX)()()(协议天球坐标系协议地球坐标系（平地球坐标系）瞬时极地球坐标系真天球坐标系平天球坐标系百砒乏纠洲衫蓝肌屿极谷抗朔傈倍娃菇岭您勾诀磨浮煌亮御算邑讣国膳诲常用坐标系及其转换常用坐标系及其转换三、站心赤道直角坐标系和站心地平直角坐标系站心地平直角坐标系能够比较直观方便的描述卫星与观测站之间的瞬时距离、方