03 GPS卫星轨道的理论和计算讲解.pptVIP

WGS-84坐标系 WGS-84不仅仅是一个地心地固直角坐标系，还定义了建立相应大地坐标系所需的基准椭球体。 WGS-84直角坐标系与WGS-84大地坐标系之间的坐标转换，前述公式依旧成立 WGS-84的基本大地参数 3.1.4 直角坐标系间的旋转变换 直角坐标系(X,Y,Z)绕Z轴旋转θ后变成(X’,Y’,Z’), 若点P在直角坐标系(X,Y,Z)的坐标为(x,y,z),则在新坐标系(X’,Y’,Z’)的坐标(x’,y’,z’)为 3.1.4 直角坐标系间的旋转变换 直角坐标系(X,Y,Z)绕X轴旋转θ后变成(X’,Y’,Z’), 若点P在直角坐标系(X,Y,Z)的坐标为(x,y,z),则在新坐标系(X’,Y’,Z’)的坐标(x’,y’,z’)为 3.1.4 直角坐标系间的旋转变换 直角坐标系(X,Y,Z)绕Y轴旋转θ后变成(X’,Y’,Z’), 若点P在直角坐标系(X,Y,Z)的坐标为(x,y,z),则在新坐标系(X’,Y’,Z’)的坐标(x’,y’,z’)为 卫星观测矢量的计算 用户到卫星的观测向量为 该卫星在点P处的单位观测矢量1(s)为 观测向量可等效的表达在以P点为原点的站心坐标中的向量，变换关系为 其中，坐标变换矩阵S为 一个矢量的站心坐标也可变换到地心地固直角坐标系中，相应的变换公式为 卫星的方位角和仰角的计算 卫星的仰角是观测矢量高出由东向和北向两轴所组成的水平面的角度，即 卫星观测矢量与天顶方向的夹角叫天顶角，即 卫星的方位角定义北向顺时针转到观测矢量在水平面的投影方向上的角度，即 晶体振荡器 晶体振荡器是GPS接收机硬件部分的一个重要元件 特点：价格便宜，但没有原子钟准确、稳定。 GPS与相对论 根据狭义相对论，高速运动的GPS卫星在地面看起来呈时间膨胀现象，可以计算、预测出GPS卫星原子钟每天要变慢7us。 根据广义相对论，对比在时空弯曲度较大的地面上的原子钟，运行于时空弯曲度较小的卫星原子钟在地面上看起来会变快。计算表明，GPS卫星原子钟比在地面上一模一样的原子钟每天要快约45us。 综合起来，卫星原子钟比地面上的原子钟每天大致要快38us。 3.1.5 站心坐标系 以测量站为原点的坐标系，三个坐标系分别是相互垂直的东向、北向和天向（也称为天顶向），故称为东北天(ENU)坐标系。 如果一个在地心地固坐标系中的向量以用户位置P为起点，将该向量表达在以点P为原点的站心坐标系中就很有意义。 站心坐标系还可以用于计算卫星在用户处的观测矢量和仰角 广东工业大学 GPS定位技术与应用 * 2.6 时间系统 2.6.1 时间的概念 在GPS定位中时间系统的意义：时间系统是精确描述天体和人造天体运行位置及其相互关系的重要基准，也是人类利用卫星进行定位的重要基准。 广东工业大学 GPS定位技术与应用 * GPS中时间系统的重要意义 因为GPS卫星的位置是不断变化的，所以给出卫星运行位置的同时，必须给出相应的时刻。要求位置误差小于1cm，时刻误差应小于2.6×10-6s。 要精确测定卫星至观测站的距离，必须精确测定信号的传播时间。要求距离误差小于1cm，信号传播时间的测定误差，应不超过3×10-11s。 广东工业大学 GPS定位技术与应用 * GPS中时间系统的重要意义 在天球坐标系中，地球上点的位置是不断变化的，若要求赤道上一点的位置误差不超过1cm，时间的测定误差应小于2×10-5s。 广东工业大学 GPS定位技术与应用 * 时间的概念 时间是宇宙事件顺序的度量、描计。 时间不是自变量，而是因变量，它是随宇宙的变化而变化。 广东工业大学 GPS定位技术与应用 * 时间的概念 时间包含有“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，获得数据对应的时刻称为历元。 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。 广东工业大学 GPS定位技术与应用 * 时间的概念 对时刻的测量——绝对时间测量。 对时间间隔的测量——相对时间测量。 时间测量的基准： 测量的尺度（时间的单位是什么？）（关键） 测量的原点（时间的起始点是什么？） 广东工业大学 GPS定位技术与应用 * 时间的基准 任意周期运动现象，只要符合下列条件，可以用来确定时间基准： 运动是连续的，周期性的； 运动的周期具有充分的稳定性； 运动的周期具有复现性，即在任何时间、地点，都可以通过观测和实验，复现这种周期性运动。 广东工业大学 GPS定位技术与应用 * GPS常用的时间系统 世界时； 原子时； 力学时； 广东工业大学 GPS定位技术与应用 * 世界时（universal time，UT） 以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时称为世界时。 UT=GAMT+12(h) GAM