GPS测量定位技术第二章.pptVIP

GPS测量定位技术 二、岁差与章动 当地球是一个均质球体、且没有其它天体摄动力影响时，上述点和圈在天球上的位置应该是固定不动的。事实上，地球是一个长短直径相差约43km近于椭球的非匀质非规则的形体，其赤道面对地球公转平面（黄道面）和月球公转平面（白道面）均有一定交角，在这种情况下受日、月以及其它天体的引力作用将产生力矩，使地球自转轴在空间产生进动。所以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，这种现象称为岁差。岁差现象的存在，使北天极的轨迹近似于以北黄极为中心的一个小圆，北天极以顺时针方向每年西移约50.371″，周期大约为25800年。这种缓慢移动的北天极，称为平北天极，与之相应的天球赤道和春分点，称之为天球平赤道和平春分点。 GPS测量定位技术 二、岁差与章动 除岁差现象之外，还存在另外一种现象。它是在太阳和其它行星引力的影响下，月球绕地球的运行轨道以及月球与地球之间的距离都在不断发生变化。如果将这时的北天极称为瞬时北天极，与之相应的天球赤道和春分点称为瞬时天球赤道和瞬时春分点，在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极将绕平北天极顺时针转动，其轨迹大致为椭圆形，这种现象称为章动，周期约为18.6年 GPS测量定位技术 三、天球坐标系的建立 地面点位置是在地球坐标系内表示的，而GPS卫星的位置则在天球坐标系内表示更为方便。因此GPS定位需要把卫星与地面点的几何位置统一在一个坐标系内，所以天球坐标系的选择应该尽量便于在两种坐标系之间的相互变换。如果两个坐标系的原点均取地球质心，且使两个坐标系的z轴重合，取为瞬时地球自转轴，此时所定义的天球坐标系与地心直角坐标系具有最简便的变换关系。 GPS测量定位技术 三、天球坐标系的建立 按上述思路定义天球坐标系，可以分为两种形式： （1）天球空间直角坐标系：原点位于地球质心M，z轴指向天球北极Pn，x轴指向春分点γ，у轴与z、x轴构成右手坐标系（右图）。 （2）天球球面坐标系：原点位于地球质心M，赤经α为过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和天体s的连线与天球赤道面之间的夹角，向径长度r为原点M至天体s之间的距离。各坐标值以右图中箭头所指方向为正。 图2-6 天球坐标系 GPS测量定位技术 三、天球坐标系的建立 上述两种坐标系对于表达同一天体的位置是等价的，它们之间的关系是： ?  或 ? ? ? （2-3） （2-4） GPS测量定位技术 三、天球坐标系的建立 但是，由于岁差和章动的影响，天球坐标系的坐标轴方向在不断地旋转变化，为此我们只能选择某一标准时刻的瞬时地球自转轴和地心至瞬时春分点的方向，经该时刻的岁差和章动改正后，作为z轴和x轴的方向，并称它们为协议天球坐标系。国际大地测量协会和国际天文学联合会决定，从1984年1月1日后启用的协议天球坐标系是：原点仍为地球质心，z轴指向2000年1月15日质心力学时为标准历元（标以J2000.0）的瞬时地球自转轴方向，x轴指向该标准历元的地心至瞬时春分点方向，y轴与x轴和z轴构成右手坐标系。卫星的星历就是在该坐标系统中表示的。 实用中是将卫星在上述协议天球坐标系中的坐标，分别顾及岁差和章动的影响，转换成实际观测历元的瞬时天球坐标系的坐标，以取得卫星与测站点相关位置在时间系统上的一致。当然，此种转换工作无须观测人员逐一计算，由计算机自动完成。 GPS测量定位技术 第四节 时间系统 一、概述 在GPS卫星定位中，时间系统有着重要的意义。卫星的在轨运动以及所发射的电磁波的运动也是和时间紧密相关的，所以测距也是个测时的过程。天文测量中测量经纬度和方位角要用到时间，同样在GPS导航和定位中也要用到时间。各国各地区由于民族、文化和地理位置的关系，计时的方法和单位虽有不同，但都是以地球绕太阳公转、月球绕地球运转和地球的自转的运转周期为基础的，因而都用年、月、日来计时。当今，多数国家都以格里历来作年、月、日的计时单位，即以地球自转轴运转一周的平均时间叫做一日，而将地球绕太阳公转一周的平均时间长度365.2425日叫做一年，这就是人们所称的公元年，这种计时的起点是公元元年1月1日。我国正式采用格里历并采用公元纪年，是1949年10月1日中华人民共和国成立的那天起正式开始的。计时的单位，除了年、月、日以外，还有时、分、秒等小于一日的单位。 GPS测量定位技术 一、概述 时间具有“时间间隔”（时间段）和“时刻”两种含意。时间间隔是时间轴上的一个区间，而时刻则只是指某一点。时间分恒星