衛星導航系統-第2講-衛星導航基礎知識-1


1、衛星導航系統常用坐標系

坐標系三要素:

坐標原點、坐標系軸的定向、在所屬坐標系中以什么參數來確定某點的位置

慣性坐標系:太陽中心慣性坐標系、地球中心慣性坐標系

天球的定義:在宇宙空間視為不變的坐標系。以地球質心M為原點,半徑無窮大的宇宙空間,天文學上稱為天球。

 

天軸

天球赤道

天球黃道

赤經

假設地球不動,太陽繞地球轉動一周所形成的軌道稱為天球黃道。

按照天球黃道為界限來划分,北邊有28個星座,南邊有48個星座,還剩12星座,分布在黃道面附近,稱為黃道星座。

 

太陽中心赤道坐標系

 上面x軸指向連接太陽和地球的線,此時地球處於春分點(每年的三月二十一日)

上面z軸垂直於赤道平面,則和地球的自轉軸是相互平行的

太陽中心黃道坐標系

 地心慣性坐標系

 

 x軸位於赤道平面,x軸指向春分點

隨着地球的自轉,坐標軸不會發生改變,但是隨着地球的公轉,坐標原點一直在發生變化!!!

地球坐標系

 與地球固聯一起轉動稱為地心地固坐標系(Earth-Centered-Earth-Fixed,ECEF)

z軸垂直於赤道平面(赤道是由地球自轉軸來決定的)

x軸不再指向春分點的位置,而是指向英國的格林尼治子午面(本初子午面,經度為0度)。

地球坐標系的兩種表示方法

地球坐標系笛卡爾坐標

(地心空間直角坐標)

大地坐標系曲線坐標

(大地坐標)

P點位置表示:

直角坐標:(x,y,z)

大地坐標:(a,λ,h)

 地心直角坐標系

它以地球的地心O為坐標原點,XOY平面在赤道面上,OX正向指向格林尼治子午線與赤道的交點OZ軸指向地球北極與地球的極軸重合。該坐標系與地球緊密結合在一起,隨地球的旋轉而旋轉。

 大地坐標系:

地球上某點,常用經度、維度和高度來表示。

從微觀上來說,地球並非一個圓球體,而是近似橢球體,其極半徑(南北極)約為6357KM,赤道半徑約為6378KM,相差21KM,地球表面凸凹不平。

大地水准面假想的無潮汐、無溫差、無風、無鹽的海面;

基准橢球:橢球面和大地水准面之間高度差的平方和最小;

海拔高度:指該點實際地形與大地水准面之間的距離;

大地水准面高度:該點大地水准面與基准橢球面之間的距離

真實高度 H = 海拔高度(h)+ N(大地水准面的高度,可正可負);

 真實的維度為在地球上某一點,做該點的切線,然后對切線做法線,法線與赤道面的夾角為真實的維度。

常理解的維度為地球上某一點與地心的連線與赤道平面的夾角為維度

子午線:子午線也叫經線,是在地面上連接兩極的線,是人類為度量方便科學研究而假設出來的輔助線。

經度:公元1884年,國際上規定以通過英國倫敦近郊的格林尼治天文台的經線作為計算經度的起點,即經度零度零分零秒,也稱為“本初子午線”。在它東面的為東經,共180度;在它西面的為西經共180度。因為地球是圓的,所以東經180度和西經180度的經線是同一條經線。

 二者的轉換關系

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


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