第2章卫星大地测量基本知识.ppt

第二章 卫星大地测量基本知识 一、坐标系统  一、坐标系统 基本概念： 天球：以地球质心为球心，以无穷大为半径的一个假想球体，与天球相比，地球可以看成是无限小的点。 天极：地球自转轴的延长线（也称天轴）与天球的两个交点，即北天极和南天极。 赤道面：通过地球质心且与天轴垂直的平面。 黄道：地球绕太阳公转的轨道面与天球相交的大圆。 春分点：黄道与天球赤道有两个交点，其中太阳的视位置由南向北通过赤道的交点。另外一点则称为秋分点。 天球 1、天球坐标系与地球坐标系 天球坐标系 坐标原点:地心O; Z轴:指向北天极; X轴:指向春分点; Y轴:垂直XOZ轴,并构成右手坐标系。 一、坐标系统 球面坐标系 原点:与空间直角坐标系原点重合; 第一参数:原点O至空间点P的距离r; 第二参数:OP与OZ轴的夹角? ; 第三参数:ZOX平面与ZOP平面的夹角?，自ZOX平面起算右旋为正。 一、坐标系统 地球坐标系 原点:地心O； X轴：指向地球赤道面与格林威治 子午面交线的方向； Y轴:垂直XOZ轴,并构成右手坐标系； Z轴：地球自转轴。 一、坐标系统 大地坐标系 旋转椭球面：以长半轴为a、短半轴为b，几何中心与直角坐标系原点重合。 第一个参数（大地纬度B）：过空间点P的椭球面法线与XOY平面的夹角，自XOY面向OZ轴方向量取为正。 第二参数（大地经度L）：ZOX平面与ZOP平面的夹角，自ZOX平面起算右旋为正。 第三个参数（大地高程H）：过P点的椭球面法线自椭球面至P点的距离，以远离椭球面中心方向为正。 一、坐标系统 坐标系间的转换关系 一、坐标系统 一、坐标系统 一、坐标系统 站心赤道直角坐标系 ： P1是测站点，O为球心。以P1为原点，坐标轴与球心空间直角坐标系O—XYZ相平行（P1 ）。 一、坐标系统 P1? xyz 同O?XYZ 坐标系简单的平移关系： 一、坐标系统 旋转变换 —— 地平直角坐标系变换为站心赤道直角坐标系： 先将y轴反向得y’。绕y’轴旋转（90o?B），再绕z轴 旋转（180o?L），即可将P1?xyz化为P1?。 一、坐标系统 将上式代入式（2.5）可得出站心左手地平直角坐标系与球心空间直角坐标系的关系式： 一、坐标系统 站心地平极坐标系P1?rAh r ： 测站P1至卫星s的距离 A：测站P1至卫星的方位角（zox平面与zos的夹角） h ：测站P1至卫星的高度角（os与xoy平面的夹角） 一、坐标系统 3. 卫星测量中的常用坐标系 （1）瞬时天球坐标系与地球坐标系 附图：顺时天球与地球坐标系 一、坐标系统 瞬时地球坐标系与瞬时天球坐标系的转换关系 一、坐标系统 （2）协议天球坐标系——平天球坐标系 一、坐标系统 岁差：地球在绕太阳运行时，地球自转轴的方向在天球上缓慢地移动，春分点在黄道上随之缓慢移动的现象。北天极以顺时针方向每年西移约50.37秒，周期大约为25800年，这种缓慢移动的北天极称为平北天极。 ①日月岁差：春分点因地球自转轴方向变动而引起的变化。 ②行星岁差：春分点因黄道的缓慢变动（行星引力对地球绕日运动轨道的摄动）而变化。 一、坐标系统 瞬时天球坐标系：它的坐标轴指向是不断变化的，即一个不断旋转的坐标系。 平天球坐标系 ：三轴指向不变的坐标系。选择某一个历元时刻（即时刻的起算点），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，坐标系原点与真天球坐标系相同。这样的坐标系称为该历元时刻的平天球坐标系。 一、坐标系统 瞬时天球坐标系与协议天球坐标系之间的坐标变换： ——通过岁差与章动两次旋转变换来实现 一、坐标系统 章动旋转变换 ： 一、坐标系统 （3）协议地球坐标系——平地球坐标系 一、坐标系统 瞬时极与平极的关系 一、坐标系统 （4）坐标系两种定义方式与协议坐标系 一、坐标系统 瞬时地球坐标系←→瞬时天球坐标系 ↑ 　　　　　　　　　↑ ↓　　　　　　　　　 ↓ 协议地球坐标系　　　协议天球坐标系 （Z轴指向国际协议原点）（三轴指向不变的点） 二、WGS—84坐标系和 我国大地坐标系 二、WGS—84坐标系和我国大地坐标系 1、 WGS—84大地坐标系 几何定义： 原点：位于地球质心； Z轴：指向BIH1984.0定义的协议地球极（CTP）方向； X轴：指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点； Y轴：与Z，X轴构成右手坐标系； WGS—84椭球：对应于WGS—84大地坐标系。 二、WGS—84坐标系和我国大地坐标系 四个基本常数 ： （1）长半轴 a=6378137?2m； （2）地心引力常数（含