GPS原理及其应用 4-5-第2章.ppt

1、 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院 GPSGPS原理及其应用课程组原理及其应用课程组1GPS原理及其应用原理及其应用GPS原理及其应用原理及其应用2第二章第二章时间系统与坐标系统时间系统与坐标系统GPS原理及其应用原理及其应用3时间系统时间系统GPS原理及其应用原理及其应用4世界时系统世界时系统 以地球自转运动为尺度基准的时间系统以地球自转运动为尺度基准的时间系统 根据量测地球自转时所选的空间参考点不同，根据量测地球自转时所选的空间参考点不同，分为分为 恒星时恒星时 平太阳时平太阳时 世界时世界时GPS原理及其应用原理及其应用5恒星时恒星时 参考点：参考点：春分点春分点 恒星日的定义恒星日的

2、定义 性质：地方时性质：地方时 两种不同恒星时两种不同恒星时 真恒星时真恒星时 对应真春分点对应真春分点 GAST, LAST 平恒星时平恒星时 对应平春分点对应平春分点 GMST, LMSTcosLASTLMSTGASTGMSTGMSTLMSTGASTLAST GPS原理及其应用原理及其应用6真太阳时与平太阳时真太阳时与平太阳时 真太阳时真太阳时 真太阳日的定义真太阳日的定义 真太阳时真太阳时=太阳中心相对于本地子午圈的时角太阳中心相对于本地子午圈的时角+12h 真太阳时不具备作为时间系统的基本条件真太阳时不具备作为时间系统的基本条件 平太阳时（平太阳时（Mean Solar Time-MT

3、） 平太阳平太阳 周年视运动轨迹位于赤道平面周年视运动轨迹位于赤道平面 平太阳在赤道上的运动角速度是恒定的平太阳在赤道上的运动角速度是恒定的 平太阳时平太阳时 以平太阳中心为参考点建立的时间系统以平太阳中心为参考点建立的时间系统 平太阳日的定义平太阳日的定义 平太阳时平太阳时=平太阳时角平太阳时角+12hGPS原理及其应用原理及其应用7世界时（世界时（Universal Time-UT） 世界时世界时 格林尼治起始子午线处的平太阳时称为世界时格林尼治起始子午线处的平太阳时称为世界时 时区时区 全球划分为全球划分为24个标准时区（个标准时区（1884，国际子午线会议），国际子午线会议） 划分方法

4、划分方法 区时区时 在同一时区内，采用该时区中央子午线上的平太阳在同一时区内，采用该时区中央子午线上的平太阳时，即区时时，即区时GPS原理及其应用原理及其应用8UT0、UT1与与UT2 问题的引出问题的引出UT（UT0）不完全均匀）不完全均匀 地球自转速度的不均匀地球自转速度的不均匀 长期变缓、季节变化、短周期变化长期变缓、季节变化、短周期变化 极移现象极移现象 解决方法解决方法 引入极移改正引入极移改正 再进行地球自转速度季节性改正再进行地球自转速度季节性改正10UTUT210UTUTTUTT GPS原理及其应用原理及其应用9原子时（原子时（Atomic Time-AT） 原始定义原始定义

5、尺度：尺度： 1967年年10月，第十三届国际计量大会通月，第十三届国际计量大会通过：位于海平面上的铯过：位于海平面上的铯133（Cs133）原子基态两）原子基态两个超精细能级间在零磁场中跃迁辐射振荡个超精细能级间在零磁场中跃迁辐射振荡9192631770周所持续的时间为周所持续的时间为1原子时秒。原子时秒。 原点：原本规定原点：原本规定AT与与UT在在1958年年1月月1日日0h时时相同，但实际相差相同，但实际相差0.0039秒，即：秒，即：(AT-UT)1958.0 = -0.0039秒秒 扩展定义扩展定义 以原子跃迁的稳定频率为时间基准的时间系统。以原子跃迁的稳定频率为时间基准的时间系统

6、。GPS原理及其应用原理及其应用10国际原子时（国际原子时（ International Atomic Time TAI ） 引入引入 每台原子钟给出的时间并不严格相同每台原子钟给出的时间并不严格相同 需要建立一个统一的时间系统需要建立一个统一的时间系统 建立建立 1971年由国际时间局建立年由国际时间局建立 现由国际计量局（现由国际计量局（BIPM）的时间部门维持）的时间部门维持 利用全球约利用全球约60个实验室的大概个实验室的大概240台自由运转的台自由运转的原子钟给出的数据统一处理得到原子钟给出的数据统一处理得到GPS原理及其应用原理及其应用11协调世界时协调世界时( Universal

7、 Time Coordinated UTC ) 建立建立 20世纪世纪60年代由国际无线电科学协会建立年代由国际无线电科学协会建立 定义定义 与与AT秒长相同秒长相同 通过跳秒，与通过跳秒，与UT的时刻差保持在的时刻差保持在0.9秒内（通常在秒内（通常在6月月30日日24h或或12月月31日日24h进行跳秒）进行跳秒）,即即UTC+跳秒跳秒TAI（ ） 类型类型 局部性局部性UTC，如，如UTC (USNO) 全球性全球性UTC，由，由BIPM维持维持 应用应用 应用广泛，已取代应用广泛，已取代UT成为无线电通信中的标准时间成为无线电通信中的标准时间 利用利用IERS公报中给出的参数可内插任意

8、时刻的公报中给出的参数可内插任意时刻的UT1-UTC，得到，得到UT1 GPS导航电文中给出了导航电文中给出了GPS时与时与UTC (USNO)之差之差1STAIUTCnGPS原理及其应用原理及其应用12GPS时时 建立建立 由由GPS地面监控系统和卫星中的原子钟建立和维地面监控系统和卫星中的原子钟建立和维持的一种原子时持的一种原子时 起点为起点为1980年年1月月6日日0h，在该时刻，在该时刻GPST与与UTC对齐对齐 与其它时间系统的关系与其它时间系统的关系 TAI-GPST=19s，实际上，实际上TAI-GPST=19s+C0 UTC-GPST=n整秒整秒+C0GPS原理及其应用原理及其

9、应用13GLONASS时时 采用莫斯科时，与采用莫斯科时，与UTC存在存在3h偏差偏差 UTC+3h=GLONASS+C1GPS原理及其应用原理及其应用14坐标系统坐标系统GPS原理及其应用原理及其应用15天球坐标系与地球坐标系天球坐标系与地球坐标系 地球坐标系与地球体固连在一起且与地球同步运地球坐标系与地球体固连在一起且与地球同步运动，以地心为原点的坐标系则称为地心地固坐标动，以地心为原点的坐标系则称为地心地固坐标系系 与地球自转无关，空间固定的坐标系称为惯性坐与地球自转无关，空间固定的坐标系称为惯性坐标系或天球坐标系，主要用于描述卫星和地球的标系或天球坐标系，主要用于描述卫星和地球的运行位

10、置和状态运行位置和状态GPS原理及其应用原理及其应用16协议天球坐标系 瞬时平天球坐标系 瞬时真天球坐标系 瞬时真地球坐标系 岁差旋转变换 章动旋转变换 极移旋转矩阵 协议地球坐标系 (GAST)zRGPS原理及其应用原理及其应用17极移极移瞬时极平极yx（x xp p，y yp p）GPS原理及其应用原理及其应用18瞬时地球坐标系与协议地球坐标系瞬时地球坐标系与协议地球坐标系 转换转换地球质心地球质心瞬时极国际协议原点CIO瞬时赤道与零子午线交点协议赤道与零子午线交点右手系右手系DtCTSZYXMZYX)()( pXpYyRxRM极移旋转矩阵ZDTZCTSYDTYCTSXCTS 定义定义GP

11、S原理及其应用原理及其应用19ITRS与与ITRF(09-09) ITRS 定义定义 实现和维持实现和维持ITRS的大地测量技术的大地测量技术 ITRF 由一组由一组IERS测站的站坐标（空间直角坐标）、站坐标的测站的站坐标（空间直角坐标）、站坐标的年变化率及相应的地球定向参数实现年变化率及相应的地球定向参数实现 IGS的精密星历采用这一框架的精密星历采用这一框架 12个不同版本的个不同版本的ITRF（ITRF88 ITRF2008） 不同版本不同版本ITRF间的坐标转换（间的坐标转换（7参数模型）参数模型） 地面站在某一地面站在某一ITRF框架中的坐标（框架中的坐标（2-37式）式）GPS原

12、理及其应用原理及其应用20WGS84 GPS广播星历所使用的坐标系统广播星历所使用的坐标系统 理论上，理论上，WGS84与与ITRS一致一致 采用空间大地坐标的形式表示点的位置采用空间大地坐标的形式表示点的位置 WGS84的三次精化的三次精化 WGS84 (G730) WGS84 (G873) WGS84 (G1150) 与与ITRF2000符合程度为符合程度为1cmGPS原理及其应用原理及其应用21RDTtXXYYZZZDT (Zt)春分点rOYtXtGASTXDTGGAST：真春分点的格林 尼治恒星时时角YDTR(GAST)zR瞬时天球坐标系与瞬时地球坐标系的转换瞬时天球坐标系与瞬时地球坐标系的转换