第二章GPS定位相关基本知识基础知识地球的形状和大小基础知识地球的形状和大小基础知识地球的形状和大小基础知识地球的形状和大小基础知识地球的形状和大小地球表面虽然很不规则，有高山、平原、丘陵、海洋等。但这些起伏相对于地球本身十分微小。抽象实际地球地球的形状和大小设想当海洋处于静止均衡状态时，将它延伸到陆地内部所形成的封闭曲面。基本概念旋转椭球与大地体非常接近的数学椭球长半径为a，短半径为b扁率数学模型地球平均半径R=6371km地球椭球——参考椭球体§2-1空间参考坐标系统介绍CoordinateSystemsCoordinatesystemdefinitionSimplestGlobalReferenceFrameSimpleSystemPotentialbasedcoordinatesystemsConventionalSystemsSimpleGeocentricLatitudeandLongitudeGeocentricrelationshiptoXYZProblemwithGeocentricGeocentricquantitiesEllipsoidalquantitiesGeodeticLatitudeRelationshipbetweenφgandXYZInverserelationshipClosedformexpressionforsmallheightsOtheritemsAstronomicallatitudeandlongitude天文经度、天文纬度和天文方位角天文经度：包含测站垂线的子午面与起始子午面的夹角；天文纬度：测站垂线的与赤道面的夹角；天文方位角：包含测站垂线的子午面与测站垂线和照准面所张成的垂直面的夹角；天文天顶距：测站垂线与观测方向的夹角CoordinateaxesdirectionsHeights(Altitude)EllipsoidalheightsOrthometricheightsOrthometricheightsMeanSeaLevel(MSL)HeightdeterminationLevelingLevelingLevelingproblemsTrigonometricLevelingTrigonometricLevelingschematicTrigonometricLevelingGeoidheightGeoidheight一、天球坐标系1．定义概念：赤道、黄道、春分点、天极天文学上为了与人们的直观感觉相适应，把天空假想成一个巨大的球面，这便是天球。所谓天球，指的是以地球质心为球心，以无限大长度为半径的一个假想球体。天球只是人们的一种假设，是一种“理想模型”，引入天球这一概念，只是为了确定天体位置等方面的需要。地球自转轴的延长线与天球的两个交点称为天极，分为北天极和南天极。天顶：观察者所在位置垂直上方在天球上的点通过地球质心与天轴垂直的平面称为天球赤道面。地球公转的轨道面与天球相交的大圆称为黄道，黄道与天球赤道有两个交点，其中，太阳的视位置由南到北的交点称为春分点。“赤经”、“赤纬”的概念在天球坐标系中，任一天体的位置可用天球空间直角坐标系和天球球面坐标系来描述。天球空间直角坐标系的定义：原点位于地球的质心，z轴指向天球的北极Pn，x轴指向春分点，y轴与x、z轴构成右手坐标系。天球球面坐标系的定义：原点位于地球的质心，赤经为含天轴和春分点的天球子午面与经过天体s的天球子午面之间的交角，赤纬为原点至天体的连线与天球赤道面的夹角，向径r为原点至天体的距离。天球空间直角坐标系与天球球面坐标系天球空间直角坐标系与天球球面坐标系在表达同一天体的位置时是等价的，二者可相互转换。2.岁差（precession)上述天球坐标系的建立是假定地球的自转轴在空间的方向上是固定的，春分点在天球上的位置保持不变。实际上地球接近于一个赤道隆起的椭球体，在日月和其它天体引力对地球隆起部分的作用下，地球在绕太阳运行时，自转轴方向不再保持不变，从而使春分点在黄道上产生缓慢西移，此现象在天文学上称为岁差。在岁差的影响下，地球自转轴在空间绕北黄极顺时针旋转，因而使北天极以同样方式绕北黄极顺时针旋转在天球上，这种顺时针规律运动的北天极称为瞬时平北天极（简称平北天极），相应的天球赤道和春分点称为瞬时天球平赤道和瞬时平春分点。“岁差”的概念3、章动(nutation）在太阳和其它行星引力的影响下，月球的运行轨道以及月地之间的距离在不断变化，北天极绕北黄极顺时针旋转的轨迹十分复杂。如果观测时的北天极称为瞬时北天极（或真北天极），相应的天球赤道和春分点称为瞬时天球赤道和瞬时春分点（或真天球赤道和真春分点）。则在日月引力等因素的影响下，瞬时北天