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《GPS定位原理及应用》授课教案 《GPS定位原理及应用》授课教案 《《GGPPSS定定位位原原理理及及应应用用》》授授课课教教案案 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 2.1 天球坐标系和地球坐标系 22..11 天天球球坐坐标标系系和和地地球球坐坐标标系系 教学内容： 教学内容： 教教学学内内容容：： 本节主要介绍天球坐标系、地球坐标系和卫星测量中常用的坐标系的建立方法。 教学重点： 教学重点： 教教学学重重点点：： 各种坐标系的定义和相互关系。 教学难点： 教学难点： 教教学学难难点点：： 各种坐标系定义和本质的理解。 教学方法： 教学方法： 教教学学方方法法：： 课堂讲授为主。 教学要求： 教学要求： 教教学学要要求求：： 理解各种坐标系统的定义和相互关系。 全球定位系统（GPS）的最基本任务是确定用户在空间的位置。而所谓用户的位置，实 际上是指该用户在特定坐标系的位置坐标，位置是相对于参考坐标系而言的，为此，首先要 设立适当的坐标系。坐标系统是由原点位置、3个坐标轴的指向和尺度所定义，根据坐标轴 指向的不同，可划分为两大类坐标系：天球坐标系和地球坐标系。 由于坐标系相对于时间的依赖性，每一类坐标系又可划分为若干种不同定义的坐标系。 不管采用什么形式，坐标系之间通过坐标平移、旋转和尺度转换，可以将一个坐标系变换到 另一个坐标系去。 2.1.1天球坐标系 2.1.1天球坐标系 22..11..11天天球球坐坐标标系系 天球坐标系是利用基本星历表的数据把基本坐标系固定在天球上，星历表中列出一定数 量的恒星在某历元的天体赤道坐标值，以及由于岁差和自转共同影响而产生的坐标变化。常 用的天球坐标系：天球赤道坐标系、天球地平坐标系和天文坐标系。 在天球坐标系中，天体的空间位置可用天球空间直角坐标系或天球球面坐标系两种方式 来描述。 1. 天球空间直角坐标系的定义 地球质心O为坐标原点，Z轴指向天球北极，X轴指向春分点，Y轴垂直于XOZ平面， 与X轴和Z轴构成右手坐标系。则在此坐标系下，空间点的位置由坐标（X，Y，Z）来描述。 2．天球球面坐标系的定义 地球质心O为坐标原点，春分点轴与天轴所在平面为天球经度（赤经）测量基准——基 准子午面，赤道为天球纬度测量基准而建立球面坐标。空间点的位置在天球坐标系下的表述 为（r，α，δ）。 天球空间直角坐标系与天球球面坐标系的关系可用图2-1表示： 图2-1 天球直角坐标系与球面坐标系 对同一空间点，天球空间直角坐标系与其等效的天球球面坐标系参数间有如下转换关 系： 2.1.2地球坐标系 2.1.2地球坐标系 22..11..22地地球球坐坐标标系系 地球坐标系有两种几何表达方式，即地球直角坐标系和地球大地坐标系。 1．地球直角坐标系的定义 地球直角坐标系的定义是：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向地球 赤道面与格林尼治子午圈的交点，Y轴在赤道平面里与XOZ构成右手坐标系。 2.地球大地坐标系的定义 地球大地坐标系的定义是：地球椭球的中心与地球质心重合，椭球的短轴与地球自转轴 重合。空间点位置在该坐标系中表述为（L，B，H）。 地球直角坐标系和地球大地坐标系可用图2-2表示： 图2-2 地球直角坐标系和大地坐标系 对同一空间点，直角坐标系与大地坐标系参数间有如下转换关系： 式中， ，N为该点的卯酉圈曲率半径； ， 分别为该大地坐标系对应椭球的长半径和第一偏心率。 2.1.3站心赤道直角坐标系与站心地平直角坐标系 2.1.3站心赤道直角坐标系与站心地平直角坐标系 22..11..33站站心心赤赤道道直直角角坐坐标标系系与与站站心心地地平平直直角角坐坐标标系系 1．站心赤道直角坐标系 如图2-3，P 是测站点，O为球心。