第二章 坐标系统和时间系统

2.1 天球坐标系和地球坐标系

如何定义一个坐标系：原点 + 轴指向 + 单位

天球坐标系：描述卫星的运行位置和状态（与地球自转无关）

​ 原点 为地球质心

​ z轴 指向天球北极0

​ x轴 指向春分点（黄道面与赤道面交点之一）

​ y轴 垂直于z轴和x轴

是天文学上用来描绘天体在天球上位置的坐标系统

地球坐标系：描述地面观测站的位置（随同地球自转）

​ 原点 为地球质心

​ z轴 指向地球北极

​ x轴 指向格林尼治子午面与地球赤道的交点

​ y轴 垂直于z轴和x轴

通常采用空间直角坐标系进行坐标转换。用来表述地球点的位置的一种地球坐标系统。

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2.3 坐标系之间的转换

坐标变换：在不同的坐标表示形式间进行变换

基准变换：在不同的参考基准间进行变换

基准：为描述空间位置的点、线、面，在大地测量中基准是指用以描述地球形状的参考椭球的参数。

• 同一基准 坐标系的变换方法

  1. 空间直角坐标系与空间大地坐标系间的转换。
  2. 空间坐标系与平面直角坐标系间的转换。

• 不同基准 坐标系的转换方法

  不同坐标系之间的转换实质上就是不同基准间的转换，常用布尔萨七参数转换方法，3个平移参数、3个旋转参数、1个尺度参数。

  布尔萨七参数公式

  新坐标系=平移参数+尺度参数×旋转参数×旧坐标系
  $\left\{ \begin{matrix} X_{new} \\ Y_{new} \\ Z_{new} \\ \end{matrix} \right\} = \left\{ \begin{matrix} T_x \\ T_y \\ T_z \\ \end{matrix} \right\} + (1+m) \left\{ \begin{matrix} 1 & ω_z & -ω_y \\ -ω_z & 1 & ω_x \\ ω_y & -ω_x & 1 \\ \end{matrix} \right\} \left\{ \begin{matrix} X_{old} \\ Y_{old} \\ Z_{old} \\ \end{matrix} \right\}$⎩⎨⎧​Xnew​Ynew​Znew​​⎭⎬⎫​=⎩⎨⎧​Tx​Ty​Tz​​⎭⎬⎫​+(1+m)⎩⎨⎧​1−ωz​ωy​​ωz​1−ωx​​−ωy​ωx​1​⎭⎬⎫​⎩⎨⎧​Xold​Yold​Zold​​⎭⎬⎫​
  

GPS坐标⇨北京54(西安80)坐标系流程

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2.4 时间系统

时间包含时刻和时间间隔两个概念。

时刻：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成为历元。

时间间隔：发生某一现象所经历的过程，是这一过程始末的时刻之差。

时间基准包含时间原点（时刻）和时间尺度（时间段）。

各系统特点

• 恒星时：恒星时具有地方性，导致时间尺度不稳定。恒星时不具有统一的时间原点。
• 平太阳时：平太阳时具有地方性，导致时间尺度不稳定。
• 世界时：世界时虽然属全球性，但时间尺度还是不稳定。
• 原子时：原子时虽然时间尺度还是稳定，但没有统一的时间原点。
• 协调世界时：既有时间原点，也有稳定的时间尺度。

GPS时间系统

GPS系统是测时测距系统。时间在GPS测量中是一个基本的观测量。卫星的信号，卫星的运动，卫星的坐标都与时间密切相关。对时间的要求既要稳定又要连续。为此，GPS系统中卫星钟和接收机钟均采用稳定而连续的GPS时间系统。

采用原子时ATI秒长作为时间基准，时间的起算点定义在1980年1月6日的UTC0时。