GPS定位系统之协议地球坐标系

时间:2015-03-02     点击:加载中   【打印此页】  【关闭

  通过前面的论述,我们知道地球坐标系与地球自转运动密切相关。地球坐标系的建立在 很大程度上取决于自转轴相对于地球本身的运动和经度原点E 的稳定性。为了固定地极的位 置,国际上采用了协议地极(CTP-Conventional Terrestrial Pole)来统一地心坐标系。所谓 协议地球坐标系(CTS),一般地,就是以协议地极(CTP)为基准点建立的坐标系。前面提 到过的国际协议原点(CIO)就是一种目前仍被普遍采用的协议地极(CTP)。定义一个协议 地球坐标系,除了需要协议地极和起始天文子午线,还需要进一步确定椭球参数和椭球的定 位、定向。这个过程将涉及全球重力场模型、地极运动模型、岁差和章动模型、地球自转角 速度、地球引力常数以及光速等一系列函数模型和基本常数。其难度大大超过建立一个参心 地球坐标系。

  20 世纪60 年代以来,随着空间技术和电子技术的发展,美、俄(前苏联)等国相继利 用卫星定位技术,综合地面天文、大地和重力测量等资料,开展了建立地心坐标系的工作。 比如美国国防部制图局(DMA-Defence Mapping Agency)建立的1960 年世界大地坐标系(WGS-60-World Geodetic System 1960),以及之后的WGS-66 和WGS-72 等世界大地坐标 系。自1987 年1 月7 日起,GPS 开始采用WGS-84 作为其地球坐标系统。WGS-84 是美国国 防部制图局(DMA)经过多年研究和完善,发展起来的一种新的世界大地坐标系,它也属于 协议地球坐标系(CTS)。

  WGS-84 的原点是地球质心,Z 轴指向BIH 1984.0 定义的协议地极(CTP),X 轴指向BIH 1984.0 定义的经度原点,Y 轴与Z 轴、X 轴构成右手坐标系。与WGS-72 相比,WGS-84 具 有更精确的地球重力场模型,更优越的单位尺度变化和椭球定向,更广泛的参心坐标系转换 模型以及能获得更精确的地图。它的椭球参数详见表2-1。

  协议地球坐标系是与地球固联,并随地球一起自转,用来描述地球自身的几何、物理特 性的全球参考框架。它的建立和维持需要许多天文台站的长期观测实现。鉴于天文台站是于 非刚体的地球相连接,兼之目前对地球的各种形变还难以精确模拟,因此,协议地球坐标系 与理想的地球坐标系还有很大差距,只能算是一种准地固坐标系(Pseudo Body-fixed System)。 但随着科学技术的发展,全球重力场模型、地极运动模型等基本参数将不断改善,世界大地 坐标系也将逐步接近理想的地球坐标系。

  由于极移的影响,观测历元t 的瞬时地球坐标系(ITS)相对于协议地球坐标系(CTS) 产生旋转。这点与协议天球坐标系和瞬时天球坐标系(ICS)的相互关系(详见本章2.2.1 第 四小节)非常相似。GPS 定位使用的是协议地球坐标系,所以必须将任意观测历元t 时刻地 面点的瞬时地球坐标转化到协议地球坐标系之中。假设(x, y, z)CTS 和(x, y, z)ITS 分 别为P 点的协议地球坐标和观测历元t 的瞬时地球坐标,则它们的转化可以简单表示如下:


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