第五讲 GPS坐标系统
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gps定位坐标
GPS定位坐标
1. 介绍
GPS（Global Positioning System）是一种全球定位系统，利用卫星信号来确定地球上任何一个点的位置。
它通过三个或更多的卫星发射的信号，用来测量接收器的距离和位置。
GPS定位坐标是通过这些卫星信号计算得出的经度和纬度坐标。
2. GPS的工作原理
GPS系统主要由三个部分组成：卫星系统、控制系统和用户接收器。
卫星系统由一组维持在大约20200公里轨道上的卫星组成，它们不断地向地面发射信号。
控制系统负责维护卫星的轨道、状态和时间的准确性。
用户接收器则接收来自卫星的信号，并通过计算接收器与卫星之间的距离来确定接收器的位置。
GPS定位坐标是通过测量接收器与至少四颗卫星之间的距离来计算得出的。
接收器接收到卫星发射的信号后，会测量信号发送和接收之间的时间延迟。
由于光速是已知的，接收器可以使用这个延迟时间来计算信号传播的距离。
通过测量与多个卫星的距离，接收器可以使用几何定位原理来计算自己的准确位置。
3. GPS定位坐标的表示方法
GPS定位坐标使用经度和纬度来表示一个地点的位置。
经度表示东西方向上的位置，范围从-180度到180度，以0度经线（本初子午线）为基准。
东经表示正数，西经表示负数。
纬度表示南北方向上的位置，范围从-90度到90度，以赤道为基准。
北纬表示正数，南纬表示负数。
GPS定位坐标通常使用度（°）、分（’）和秒（。
GPS概论第五章GPS卫星定位基本原理PPT课件
线性化后：
i
X ( 0 0)x ii dX Y(0 0)yii dY Z (0 0)zii dZ (0)i NctV RctV S (Vio)niVtrop
x(i0X )i0dX y(i 0)Yi0dY z(i0Z )i0dZ (0)iNctV RctV S (Vio)niVtrop
误差方程为：
• 定义
– 单独利用一台接收机确定待定点在地固坐标系中绝对位 置的方法
• 定位结果－与所用星历同属一坐标系的绝对坐标
– 采用广播星历时属WGS-84
– 采用IGS – International GPS Service精密星历时为 ITRF – International Terrestrial Reference Frames
~ N 0 Int ( ) Fr ( )
• 整周计数 Int
载波相位观测值
• 整周未知数（整周模糊度） N 0
19
载波相位测量的观测方程
原始形式：
(iN i) ictR V ctS V (V i o)in V trop i iN i ictR V ctS V (V i o)in V trop
接收机根据自身 的 钟 在 tR时 刻 所 接 收 到 卫 星 在 tS 时刻所发送信号 的相位
(tS)
tR tS
R
R
理想情况
实际情况
18
载波相位观测值 ti
• 观测值
Fr i Int() i N 0
首次观测：
0 Fr ( ) 0
t0
以后的观测：
Fr 0 N0
i Int ( ) i Fr ( ) i 通常表示为：
载波波长为原来波长的一半，信 号质量较差（信噪比低，降低了 30dB）
gps坐标
GPS坐标
GPS（全球定位系统）坐标是一种用于确定地球上位置的方式。
它通过使用卫星定位系统来确定一个地点的经度和纬度值。
经度和纬度
经度和纬度是两个基本的地理坐标。
经度是指一个地点相对于地球的东西向位置，以0°为中心，180°为边界，以东经和西经区分。
经度值可以从-180°到180°。
纬度是指一个地点相对于地球的南北向位置，以赤道为中心，90°为边界，以南纬和北纬区分。
纬度值可以从-90°到90°。
GPS精度
GPS坐标的精确度取决于接收器的精确性和环境因素。
一般来说，标准的手持GPS接收器可以提供10米到20米的水平精度。
专业级的GPS设备可以提供更高的精度，甚至在几厘米范围内。
GPS坐标的表示方式
在GPS中，经度和纬度值可以用不同的方式来表示。
十进制度
十进制度是最常见的GPS坐标表示方式。
在这个表示中，经度和纬度值以小数的形式表示。
例如，纽约市的经度为-74.0059，纬度为40.7128。
在这种表示方式下，负值表示西经和南纬。
度分秒
度分秒是另一种常见的GPS坐标表示方式。
在这个表示中，经度和纬度值被表示为度、分和秒的组合。
例如，纽约市的经度可以表示为74°0’21。
《GPS卫星导航系统》课件
1 定义
GPS卫星导航系统是一种利用卫星定位技术 的全球定位系统，通过传输和接收卫星信号 来计算位置和航向。
2 历史和发展
GPS卫星导航系统自1970年代初开始开发， 经过多年的发展和改进，已成为世界上最大 规模和最可靠的导航系统之一。
GPS卫星导航系统的原理
组成部分
GPS卫星导航系统由卫星部分、 地面接收设备和用户终端设备 组成。
发展趋势
GPS卫星导航系统将继续发展， 提高定位精度和可靠性，并融 入更多领域。
GPS卫星导航系统的优缺点
优点
GPS卫星导航系统能够提供全球范围内精确定位、导航和定时服务。
缺点
GPS卫星导航系统在某些环境下（如建筑物密集的城市区域）可能会受到信号干扰。
应对方法
通过使用增强型GPS技术、辅助导航系统等方法来弥补GPS卫星导航系统的缺点。
工作原理
通过接收来自卫星的信号并计 算信号传播时间，GPS系统可以 确定接收器的位置和时间。
精度和误差
GPS卫星导航系统的精度受多种 因素影响，包括信号传播延迟、 接收器质量等。
GPS卫星导航系统的应用
军事应用
GPS卫星导航系统在军事中广泛 应用于导航、目标定位和作战 行动等方面。
民用应用
GPS卫星导航系统在民用领域被 广泛应用于航海、交通、航空、 旅游等方面。
2 未来前景
随着技术的进步和需求的增加，GPS卫星导航系统的未来前景非常广阔。
3的技术创新，以满足不断变化的需求和挑战。
GPS卫星导航系统的未来发展
1
技术趋势
GPS卫星导航系统将继续改进和发展，
应用环境变化
2
提高定位精度和导航功能。
随着科技的发展，GPS卫星导航系统将
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
1、天球坐标系和地球坐标系
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
直角坐标系与其等效的天球球面坐标系参数间的转换 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：
X r cos cos Y r sin cos Z r sin
arct an( Y / X) 2 2 arct an( Z / X Y r X 2 Y 2 Z2
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
3、坐标系统之间的转换
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
1980年国家大地坐标系（GDZ80） 坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。 参考椭球：1975年国际椭球。 平差方法：天文大地网整体平差。 特点： （1）采用1975年国际椭球。 （2）参心大地坐标系是在1954年北京坐标系基础上建 立起来的。 （3）椭球面同似大地水准面在我国境内最 为密合，是多点定位。 （4）定向明确。 （5）大地原点地处我国中部。 （6）大地高程基准采用1956年黄海高程。
(2-6)
代入（2-4）可得出站心左手地平直角坐标系与球心空间直角坐标系的转换 关系式：
( N H ) cos B cos L X sin B cos L sin L cos B cos L x Y ( N H ) cos B sin L sin B sin L cos L cos B sin L y 2 0 sin B Z 球空 cos B z 地平 [ N (1 e ) H ]sin B (2-7)
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
1、天球坐标系和地球坐标系
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
直角坐标系与其等效的天球球面坐标系参数间的转换 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：
X r cos cos Y r sin cos Z r sin
arct an( Y / X) 2 2 arct an( Z / X Y r X 2 Y 2 Z2
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
3、坐标系统之间的转换
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
1980年国家大地坐标系（GDZ80） 坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。 参考椭球：1975年国际椭球。 平差方法：天文大地网整体平差。 特点： （1）采用1975年国际椭球。 （2）参心大地坐标系是在1954年北京坐标系基础上建 立起来的。 （3）椭球面同似大地水准面在我国境内最 为密合，是多点定位。 （4）定向明确。 （5）大地原点地处我国中部。 （6）大地高程基准采用1956年黄海高程。
(2-6)
代入（2-4）可得出站心左手地平直角坐标系与球心空间直角坐标系的转换 关系式：
( N H ) cos B cos L X sin B cos L sin L cos B cos L x Y ( N H ) cos B sin L sin B sin L cos L cos B sin L y 2 0 sin B Z 球空 cos B z 地平 [ N (1 e ) H ]sin B (2-7)
第五章GPS定位的坐标系统及时间系统-课件
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
新1954年北京坐标系（BJ54新）
新1954年北京坐标系（BJ54新）是由1980年国家大地坐标 （GDZ80）转换得来的。 坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。 参考椭球：克拉索夫斯基椭球。 平差方法：天文大地网整体平差。 BJ54新的特点 ： （1）采用克拉索夫斯基椭球。 （2）是综合GDZ80和BJ54旧 建立起来的参心坐标系。 （3）采用多点定位。但椭球面与大地水准面在我国境内不是最佳拟合。 （4）定向明确。 （5）大地原点与GDZ80相同，但大地起算数据不同。 （6）大地高程基准采用1956年黄海高程。 （7）与BJ54旧 相比，所采用的椭球参数相同，其定位相近，但定向不同。 （8） BJ54旧 与BJ54新 无全国统一的转换参数，只能进行局部转换。
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
（2）、国家大地坐标系
1954年北京坐标系（BJ54旧） 坐标原点：前苏联的普尔科沃。 参考椭球：克拉索夫斯基椭球。 平差方法：分区分期局部平差。 存在的问题：
（1）椭球参数有较大误差。 （2）参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明 显的系统性倾斜。 （3）几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统 一。 （4）定向不明确。
x
x
y
Rz
(G
)
y
（2-10）
下标et表z 示et 对应t时刻的z 瞬ct时极地球坐标系，
ct表示对应t时刻的瞬时极天球坐标系。θG 为对应平格林尼治子午面的真春分点时角。
第五章 GPS定位的坐标系统及时间系统
固定极地球坐标系——平地球坐标系
极移：地球瞬时自转轴在地球上随时间而变，称为地极移动，简称 极移。
协议地球坐标系：取平地极为坐标原点，z轴指向CIO，x轴指向协定赤 道面与格林尼治子午线的交点，y轴在协定赤道面里，与 xoz构成右手系 统而成的坐标系统称为协议地球坐标系。
《GPS定位系统》课件
GPS硬件构成
卫星
GPS软件构成
软件平台
GPS硬件构成
接收机
GPS软件构成
S信号传输原理
通过卫星传输GPS信号到接收机
3 GPS信号处理原理
对接收到的GPS信号进行处理和计算
2 GPS信号接收原理
接收机接收并解读GPS信号
GPS定位系统的应用
• 军事领域 • 民用领域 • 科学领域
GPS定位系统在各领域发挥着重要作用，推动了现代导航和定位技术的发展。
2 GPS定位系统的应用前景
随着技术的不断发展，GPS定位系统的应用前景将更加广阔，为人们的生活带来更多便 利。
GPS定位系统的优缺点
优点
• 便捷准确 • 大范围覆盖 • 全天候使用
缺点
• 受信号干扰 • 定位误差存在 • 隐私问题
GPS定位系统的发展前景
发展趋势
• 定位精度提升 • 应用领域拓展 • 技术与智能设备结合
发展方向
• 增强定位性能 • 解决现有问题 • 保护用户隐私
结论
1 GPS定位系统的重要性
《GPS定位系统》PPT课 件
GPS定位系统是一种使用全球卫星导航系统来确定位置的技术。通过介绍 GPS定位系统的概述、构成、工作原理、应用领域、优缺点和发展前景，本 课件将带您深入了解这一重要技术。
什么是GPS定位系统
• GPS系统概述 • GPS定位与原理 • GPS定位技术的应用领域
GPS定位系统的构成
GPS测量坐标系
GPS测量坐标系GPS（全球定位系统）是一种全球性的卫星导航系统，广泛应用于定位、导航和时间同步等领域。
在GPS测量中，坐标系起着至关重要的作用。
本文将介绍GPS测量中常用的坐标系及其应用。
1. 地球坐标系（WGS84）地球坐标系是GPS测量中使用最广泛的坐标系，也是全球通用的地理坐标系。
它使用经度（longitude）和纬度（latitude）来描述地球上的位置。
经度指的是某位置距离本初子午线的东西方向距离，纬度指的是某位置距离地球赤道的南北方向距离。
WGS84坐标系是一种基于椭球面模型的坐标系，能够准确地描述地球上的各个位置。
它通常用于GPS设备和地理信息系统（GIS）中，用于定位和导航。
2. 地心坐标系（ENU）地心坐标系又称为局部大地坐标系，是一种以地球为中心的坐标系。
在地心坐标系中，地球的中心被定义为原点，x轴指向经度0°的点，y轴指向经度90°的点，z轴指向北极。
该坐标系在GPS测量中通常用于计算测量点之间的距离和方位角。
地心坐标系可以通过将地球坐标系（WGS84）中的经纬度转换为直角坐标来获得。
它具有较小的误差，适用于短距离测量和小范围应用。
3. 大地坐标系（Geodetic）大地坐标系是一种以地球为基准的坐标系，用于描述地球上的位置和形状。
它通过考虑地球的椭球形状和重力场来获得更准确的位置信息。
大地坐标系通常采用大地水准面和大地椭球体来描述地球表面的形状。
在GPS测量中，大地坐标系常用于计算测量点之间的高程差和斜距离。
4. 本地坐标系（Local）本地坐标系是一种以测量点为中心的坐标系，用于描述测量点周围的相对位置。
它是相对于地心坐标系或大地坐标系的一种局部坐标系。
本地坐标系通常用于图纸、工程测量和地理信息系统中，用于精确测量和定位。
它可以通过在地心坐标系中定义一个起始点和坐标轴方向来创建。
5. 投影坐标系（Projection）投影坐标系是将三维地理坐标映射到二维平面上的一种方式。
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第五讲 坐标系统 Coordinate systems
同济大学土木学院测量系陈义 Chenyi@
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。
地固系：WGS84
WGS 84-world geodetic system 1984 美国国防部建立 定义了一个平均椭球(a,e) 1500地面站多普勒观测 原来1-2米级 目前与ITRF一致(厘米级)
a 6378137 m f 1/ 298.257223563
e 7.292115 105 rad / sGM 3.986004418m3 / s 2
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（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。
ITRF2000的特性
ITRF2000是ITRS的现时实现，它综合采用了VLBI、LLR、 SLR、GPS和DORIS核心站的观测成果，以及区域GPS网的成 果，具有以下一些特性： 1．ITRF2000的尺度和尺度速率与VLBI和大多数SLR站解的 加权平均值相差为零，且ITRF2000是在TT框架下。 2．ITRF2000的平移量和平移量的速率与大多数SLR站解的 加权平均值相差为零。 ITRF2000的方向和方向的速率与ITRF97在历元1997.0以及 地质模型NNR-NUVEL-1A相一致，这隐含了无整体旋转的条 件，在计算时，选择了高质量的ITRF站。
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颗恒星的位置 和亮度的星表，发现了黄道和赤道交点的缓慢移动：岁差， 创立了三角学和球面三角学，留下了大量的观测资料。 目前IERS建议采用的行星和月亮表是JPL(Jet Propulsion Laboratory)的DE405/LE405
WGS84辅助参数
由上述参数可得：
b a (1 f ) 6356752.314m f 0.00335281 e f (2 f ) 0.08181919
子午线和卯酉线曲率半径如下：
a (1 e 2 ) RM ( ) (1 e 2 sin 2 ( ))3/ 2 a RN ( ) (1 e 2 sin 2 ( ))1/ 2
国际习用原点（CIO）
国际习用原点（CIO）（conventional international origin）：地球自转轴在空间 的平均位置
CIO 6m 0.5 m
地固系：ITRF
ITRF-international terrestrial reference frame. 由国际地球自转服务(IERS)提供 .不定期更新 ITRF89,94,96,97,2000，2005 大多数参考站配有SLR(satellite laser ranging) 和VLBI (very long baseline interferometry) Cm 级精度
ECEF-Earth Centred Earth Fixed
O –地球质心 Z-北极, CIO-平均北 极 X-格林尼治平子午面 Y-右手坐标系(平赤道面)
1 365.25cycle 2 rad / cycle e ( )( ) 7.292115 105 rad / sec 365.25 24hr 3600sec/ hr
天文单位(米) 地球赤道半径 地球的扁率因子 名义地球自转平均角速度
7.292115*10-5 rad/s 变化
1.1.2地球参考系和参考框架（1）
地球参考系TRS(Terrestrial Reference System)是一个 随地球在空间作周日运动而共同旋转的空间参考系，在 这个系统里，由于地球物理因素的影响(构造运动和潮汐 形变)，附在地球固体表面的点的位置会有一点小的变 化。理想的地球参考系TRS被定义为一个与地球相连并与 地球共同旋转的参考三面体，在牛顿框架下，物质空间 被看作为欧几里得三维放射空间，满足右手系、正交、 基矢量有相同的长度，原点接近地球的质量中心，方向 指向赤道(X,Y轴)和北极(Z轴)，尺度为接近1。 地球参考框架TRF(Terrestrial Reference Frame)是在 给定坐标系下(笛卡儿，地理坐标等)一系列具有精确确 定坐标的依附于地球参考系的点，这样一个地球参考框 架TRF被说成是一个地球参考系TRS的实现。
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
常用的IERS数值标准
c G 299792458m/s
6.673*10-11m3/kg*s2
定义
1*10-13 m3/kg*s2
光速 引力常数
τA
cτA aE 1/f ω
499.004783806s 149597870691m 6378136.6m 298.25642
0.00000002s 天文单位(秒) 6m 0.10m 0.00001
1.1.2地球参考系和参考框架（5）
协 议 地 球 参 考 系 CTRS(Conventional Terrestrial Reference System)被定义为一套包含所有协议、算法、 常数，能提供系统的原点、尺度、方向和时变的坐标系 统。 协 议 地 球 参 考 框 架 CTRF(Conventional Terrestrial Reference Frame)被定义为一套给定坐标系下精确确定坐 标的空间点，是理想地球参考系的一个实现。有两种类 型，动力学和动态，这依赖于在处理这些坐标时是否使用 了动力学模型。 从大地测量的观点：一个TRS的实现须通过一个TRF，一个 TRF的实现包含14个参数：3个平移，1个尺度，3个旋转， 以及它们各自对时间的导数。
1.1.2地球参考系和参考框架（2）
地球参考系TRS作为一个数学目标、满足一个理想的定义，地 面点的位置将在这个坐标系里表示。通过一定的观测方法可 以让点的位置与数学目标相联系，这种联系我们称它为地球 参考框架TRF 。 “系”与“框架”的差异是非常小的，前者是永恒和达不到的，而 后者是可达到的和可完美的。每一种技术和每一种数据分析 可定义和实现不同的地球参考系TRS，因此，也就存在多个地 球参考框架TRF，当这些地球参考框架TRF相互比较时，这些 地球参考框架TRF存在系统的差异和偏差，这也就是国际大地 测量与地球物理联合会IUGG(International Union of Geodesy and Geophysics)和国际大地测量协会 IAG(International Association of Geodesy)为什么要采用 唯一的地球参考系TRS，即国际地球参考系 ITRS(International Terrestrial Reference System)作为 所有地球科学应用的地球参考系TRS。
同济大学土木学院测量系陈义 Chenyi@
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。
地固系：WGS84
WGS 84-world geodetic system 1984 美国国防部建立 定义了一个平均椭球(a,e) 1500地面站多普勒观测 原来1-2米级 目前与ITRF一致(厘米级)
a 6378137 m f 1/ 298.257223563
e 7.292115 105 rad / sGM 3.986004418m3 / s 2
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（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。
ITRF2000的特性
ITRF2000是ITRS的现时实现，它综合采用了VLBI、LLR、 SLR、GPS和DORIS核心站的观测成果，以及区域GPS网的成 果，具有以下一些特性： 1．ITRF2000的尺度和尺度速率与VLBI和大多数SLR站解的 加权平均值相差为零，且ITRF2000是在TT框架下。 2．ITRF2000的平移量和平移量的速率与大多数SLR站解的 加权平均值相差为零。 ITRF2000的方向和方向的速率与ITRF97在历元1997.0以及 地质模型NNR-NUVEL-1A相一致，这隐含了无整体旋转的条 件，在计算时，选择了高质量的ITRF站。
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颗恒星的位置 和亮度的星表，发现了黄道和赤道交点的缓慢移动：岁差， 创立了三角学和球面三角学，留下了大量的观测资料。 目前IERS建议采用的行星和月亮表是JPL(Jet Propulsion Laboratory)的DE405/LE405
WGS84辅助参数
由上述参数可得：
b a (1 f ) 6356752.314m f 0.00335281 e f (2 f ) 0.08181919
子午线和卯酉线曲率半径如下：
a (1 e 2 ) RM ( ) (1 e 2 sin 2 ( ))3/ 2 a RN ( ) (1 e 2 sin 2 ( ))1/ 2
国际习用原点（CIO）
国际习用原点（CIO）（conventional international origin）：地球自转轴在空间 的平均位置
CIO 6m 0.5 m
地固系：ITRF
ITRF-international terrestrial reference frame. 由国际地球自转服务(IERS)提供 .不定期更新 ITRF89,94,96,97,2000，2005 大多数参考站配有SLR(satellite laser ranging) 和VLBI (very long baseline interferometry) Cm 级精度
ECEF-Earth Centred Earth Fixed
O –地球质心 Z-北极, CIO-平均北 极 X-格林尼治平子午面 Y-右手坐标系(平赤道面)
1 365.25cycle 2 rad / cycle e ( )( ) 7.292115 105 rad / sec 365.25 24hr 3600sec/ hr
天文单位(米) 地球赤道半径 地球的扁率因子 名义地球自转平均角速度
7.292115*10-5 rad/s 变化
1.1.2地球参考系和参考框架（1）
地球参考系TRS(Terrestrial Reference System)是一个 随地球在空间作周日运动而共同旋转的空间参考系，在 这个系统里，由于地球物理因素的影响(构造运动和潮汐 形变)，附在地球固体表面的点的位置会有一点小的变 化。理想的地球参考系TRS被定义为一个与地球相连并与 地球共同旋转的参考三面体，在牛顿框架下，物质空间 被看作为欧几里得三维放射空间，满足右手系、正交、 基矢量有相同的长度，原点接近地球的质量中心，方向 指向赤道(X,Y轴)和北极(Z轴)，尺度为接近1。 地球参考框架TRF(Terrestrial Reference Frame)是在 给定坐标系下(笛卡儿，地理坐标等)一系列具有精确确 定坐标的依附于地球参考系的点，这样一个地球参考框 架TRF被说成是一个地球参考系TRS的实现。
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
常用的IERS数值标准
c G 299792458m/s
6.673*10-11m3/kg*s2
定义
1*10-13 m3/kg*s2
光速 引力常数
τA
cτA aE 1/f ω
499.004783806s 149597870691m 6378136.6m 298.25642
0.00000002s 天文单位(秒) 6m 0.10m 0.00001
1.1.2地球参考系和参考框架（5）
协 议 地 球 参 考 系 CTRS(Conventional Terrestrial Reference System)被定义为一套包含所有协议、算法、 常数，能提供系统的原点、尺度、方向和时变的坐标系 统。 协 议 地 球 参 考 框 架 CTRF(Conventional Terrestrial Reference Frame)被定义为一套给定坐标系下精确确定坐 标的空间点，是理想地球参考系的一个实现。有两种类 型，动力学和动态，这依赖于在处理这些坐标时是否使用 了动力学模型。 从大地测量的观点：一个TRS的实现须通过一个TRF，一个 TRF的实现包含14个参数：3个平移，1个尺度，3个旋转， 以及它们各自对时间的导数。
1.1.2地球参考系和参考框架（2）
地球参考系TRS作为一个数学目标、满足一个理想的定义，地 面点的位置将在这个坐标系里表示。通过一定的观测方法可 以让点的位置与数学目标相联系，这种联系我们称它为地球 参考框架TRF 。 “系”与“框架”的差异是非常小的，前者是永恒和达不到的，而 后者是可达到的和可完美的。每一种技术和每一种数据分析 可定义和实现不同的地球参考系TRS，因此，也就存在多个地 球参考框架TRF，当这些地球参考框架TRF相互比较时，这些 地球参考框架TRF存在系统的差异和偏差，这也就是国际大地 测量与地球物理联合会IUGG(International Union of Geodesy and Geophysics)和国际大地测量协会 IAG(International Association of Geodesy)为什么要采用 唯一的地球参考系TRS，即国际地球参考系 ITRS(International Terrestrial Reference System)作为 所有地球科学应用的地球参考系TRS。