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卫星轨道坐标系及坐标转换 向汝建 pU川绵m919-1012，…U编621900 摘 要：为简化H星轨道运动计算过程，多数H星轨道模型采用地心惯怍(Ecll 坐标系计算『!星的窄问位置。位实M；的l!星跟踪和_{!Il测矧i足订．地表测站进行的，肇远 镜的指向和lJ星相对于测站速度等都需要n：地表测站的地、卜坐标系中测量，I卅此需要 托坐标系之问进行转换。由十地球形状的小】j!l!则(近似为扁球体)和地球白转、极移 和赤绛的章动等影响，从ECI坐标到测站地、r坐标的转换精度受到严霞蟛响。奉史系 统的介绍r从ECI坐标系到测站地、|￡坐标系转换过程和提高计算结果精度的方法。 关键词：satellite Coordinate tracking：ECi；Topocentric·HorizonSystem：local siderealtime：JulianDate 一、引言 由r地球白转以及甲星受到的摄动，使得卫星轨道预测变得1F常复杂，计算卫星相对 r测站的伊置关系就更复杂了。为了建模方便，多数卫星轨道模型如(SGP、SGP4、SGP8、 SDP4、SDP8等)都只提供了甲星在地心惯性(Earth．Centered Inertial，ECI)坐标系的坐 标。 实际的p星跟踪和观测都是在地表测站地平坐标系中进行的，这就要求将卫星的位置 转换到测站坐标系中，本文基于卫星视在位置计算的需要，着重讨论了从ECI坐标系到测 站地平坐标系的转换过程。 二、ECI坐标系与测站地平坐标系 ECI坐标系是典型的笛卡尔坐标系(Cartesiancoordinate system)，也是多数卫星轨道模 耻计算和输出的坐标系。如图l所示，其坐标原点z轴沿地球自转轴，指向北；x轴从地 心指向春分点(Vernal equinox)；Y轴是由x，Y，z轴按右手坐标系原则确定的。图l中， l Earth—Centered Figure Inertial(ECI) 黄道面(Ecliptic)是地球围绕太阳公转的轨道面，春分点就是地球赤道线和黄道面的升交 点，由此定义的ECI坐标系是地㈣的，不随地球的转动而变化(实际上由丁I地球白转轴的 缓慢变化即极移，和黄道面的微弱扰动的存住，ECI坐标系还是有微小的变动)。 测站地平坐标系是指坐标原点在地球表面测站处，z轴指向当地的大顺方向(铅乖线 逆向)，x轴指向当地止南，Y轴指向止阳的坐标系，如幽2所示。显然，测站地平坐标系 (Loacal Topocenter-Horizon，LTH)是随地球转动而转动的。 二、地理坐标和地心坐标 由丁地球不是理想的球体，而是近似丁．鸭梨的个椭球体，因此，许多国家都根据自己 所在的地理位置定义了不同参数的地球近似椭球体，目前较为通州的是WGS．72(World Geodetic 的CHN-82标准等。 描述地球表面的某一测站位置通常使_LfJ地理经度、地理纬度和海拔高度为参数，这里 的地理经度是在地心坐标系中测量的，而地理纬度则不是，而且海拔高度是基于不同的人 地水准面标准测量得到的(如图3所示)。 Geodeticlatitudeand Fil：ure4Geocentricvs．Geodetic Figrue3 longitude 显然只有在地球为真球形时，铅垂线才过地心；observer的地理纬度指的是图中的十，显然 除在地球两极或赤道平面上，地理纬度和地心纬度妒都有差异。 根据地球近似椭球的定义，可以得到地理坐标对应的地心坐标： tan(妒’)=(1一／。)2tan(妒) (