第五讲 GPS坐标系统.pdfVIP

第五讲 坐标系统 Coordinate systems 同济大学土木学院测量系陈义 Chenyi@mail.tongji.edu.cn 提 要 • 坐标系统 • 坐标变换 几个名词 • 参考系（reference system ） ：关于坐标系的 完整定义，原点、坐 标轴、坐标平面；基本的 数学或物理模型。 • 协议参考系（conventional reference system ） ：具体描述某一参考系的模型、常数 和算法。 • 参考框架（reference frame） ：通过对一些基 准站点的实际观测，来具体实现某一参考系。 一、坐标系统 1.1、坐标系的定义 定义一个坐标系需要定义以下要素: 原点origin ：3 个分量 指向orientation ：3个分量, 通常是一轴相对于其它轴的方向余弦 ，右手系 1.1.1天球参考系和参考框架（1） • 天球参考系CRS(Celestial Reference System)是一种基于 动态定义的系统，也就是使宇宙中遥远的目标与某一固定的 轴方向保持一致。天球参考系是通过河外星系、大多数类星 体、较少的活动的银河系核的精确坐标来定义的天球参考框 架CRF(Celestial Reference Frame)来实现的 。 • 国际天球参考系ICRS(International Celestial Reference System)由国际天文联合会IAU(International Astronomical Union)于1997年正式接受，从1989年到1995 年，国际地球自转服务IERS(International Earth Rotation Service)每年对天球参考系CRS 进行观测计算， 计算采用相同的IERS河外星系天球参考系 。 • 计算用到的定义观测源的数目从1988年的23个到1995年的212 个，比较这些连续的参考系实现表明CRS每年的漂移是非常小 的。 1.1.1天球参考系和参考框架（2） • IAU推荐的CRS原点在太阳系的质心，轴的方向 应该与类星体的方向保持一致，并约定天球参 考系的主要平面应尽可能地接近J2000.0平赤 道，主要平面的原点应尽可能地接近J2000.0动 力学春分点，国际地球自转服务IERS的天球系 的X轴被隐含定义在一组星表的23个射电源的平 赤经中。 • 国际天球参考系ICRS由国际天球参考框架 1.1.1天球参考系和参考框架（3） • ICRF(International Celestial Reference Frame)实 现，ICRF由一系列河外射电源的精确坐标组成。框架中的 目标被分成三类：“定义”源，“候选”源，“其它”源，“定义” 源应有大量的观测和足够长的数据可以评定位置的稳定 性，它们维持着ICRS的轴方向，“候选”源没有足够的观测 数或观测时间太短不能用来定义源，但它们可能是未来 的、潜在的定义源；“其它”源包括位置确定较差的源，但 它们在导出各种框架时会用到。第一个ICRF于1995年由甚 长基线干涉测量VLBI(Very Long Baseline interferometry)观测实现。ICRF与其它实用参考框架的联 系由ITRF、依巴谷Hipparcos星表、JPL的太阳系星历来实 现。 1.1.1天球参考系和参考框架（4） • 依巴谷Hipparcos星表提供了大约118000颗星在历元1991.25 和ICRS下的赤道坐标和它们的视运动，它与ICRF的一致性在 方向上为0.6mas，旋转为0.25mas/year 。 • 依巴谷Hipparcos：古希腊天文学家(公元前190～前125)， 方位天文学的创始人，算出一年的长度为365又1/4日再减去 1/300日，即365.2467(365.2422)日，求得月亮的距离为地 球直径的30又1/6倍，编制了几个世纪内太阳和月亮的运动 表，用来推算日食和月食，编制了一份包括850颗恒星的