坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)學習教案

1、會計學1坐標系統(tǒng)坐標系統(tǒng)(xtng)和時間系統(tǒng)和時間系統(tǒng)(xtng)第一頁，共71頁。重點(zhngdin)難點第1頁/共71頁第二頁，共71頁。 關于關于(guny)坐標系的幾種表坐標系的幾種表達形式達形式重點難點第2頁/共71頁第三頁，共71頁。1 1 空間直角坐標系空間直角坐標系 位置矢量在位置矢量在3 3個坐標軸上的投影（個坐標軸上的投影（X,Y,ZX,Y,Z） 定義定義坐標原點的位置坐標原點的位置3 3個坐標軸的指向個坐標軸的指向長度單位長度單位 優(yōu)點優(yōu)點便于便于(biny)(biny)進行坐標轉(zhuǎn)換進行坐標轉(zhuǎn)換 第3頁/共71頁第四頁，共71頁。2 2 球面坐標系球面坐標系常用于天球

2、坐標系常用于天球坐標系第一參數(shù)：第一參數(shù)：r r第二參數(shù)：第二參數(shù)： 或赤緯或赤緯= 900= 900第三第三(d sn)(d sn)參數(shù)：赤經(jīng)參數(shù)：赤經(jīng)球面坐標和空間直角坐球面坐標和空間直角坐標之間的坐標轉(zhuǎn)換標之間的坐標轉(zhuǎn)換圖21 第4頁/共71頁第五頁，共71頁。B B大地大地(dd)(dd)高高H H大地大地(dd)(dd)坐坐標與空間直標與空間直角坐標之間角坐標之間的坐標轉(zhuǎn)換的坐標轉(zhuǎn)換圖22第5頁/共71頁第六頁，共71頁。sincossincoscosrzyx)/arctan()/arctan(22222yxzxyzyxr(21) (22) 第6頁/共71頁第七頁，共71頁。第7頁/

3、共71頁第八頁，共71頁。當太陽在黃道上，從天球南半球向北半球運行時，黃道與天球赤道(chdo)的交點地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交(xingjio)的大圓。即當?shù)厍蚶@太陽公轉(zhuǎn)時，地球上的觀測者所見到的，太陽在天球上運動的軌跡第8頁/共71頁第九頁，共71頁。假設地球為均質(zhì)的球體，且沒有(mi yu)其它天體攝動力的影響；即假定地球的自轉(zhuǎn)軸，在空間的方向是固定的，春分點在天球上的位置保持不變。第9頁/共71頁第十頁，共71頁。XYZp點的坐標(zubio)表示p（X，Y，Z）第10頁/共71頁第十一頁，共71頁。p（r，）第11頁/共71頁第十二頁，共71頁。p歲差和章動的影響第12頁/共71頁第

4、十三頁，共71頁。第13頁/共71頁第十四頁，共71頁。瞬時天球赤道和瞬時春分點瞬時天球赤道和瞬時春分點（或稱真天球赤道和真春分點）（或稱真天球赤道和真春分點）與瞬時北天極相應的天球赤道與瞬時北天極相應的天球赤道和春分點和春分點第14頁/共71頁第十五頁，共71頁。第15頁/共71頁第十六頁，共71頁。第16頁/共71頁第十七頁，共71頁。第17頁/共71頁第十八頁，共71頁?！耙运矔r北天極和瞬時春分點為基準點建立(jinl)的天球坐標系”在歲差和章動的影響下，瞬時天球坐標系的坐標軸指向，在不斷地變化，為非慣性坐標系統(tǒng)非慣性坐標系統(tǒng)。第18頁/共71頁第十九頁，共71頁。p 歷元平天球坐標系：

5、歷元平天球坐標系：p 選擇某一歷元時刻選擇某一歷元時刻t t，以此瞬間的地球自轉(zhuǎn)軸和春分，以此瞬間的地球自轉(zhuǎn)軸和春分點方向分別扣除此瞬間的章動值作為點方向分別扣除此瞬間的章動值作為z z軸和軸和x x軸的指軸的指向，向，y y軸按構(gòu)成右手軸按構(gòu)成右手(yushu)(yushu)坐標系取向，坐標系坐標系取向，坐標系原點仍取地球質(zhì)心。原點仍取地球質(zhì)心。p 協(xié)議天球坐標系：以標準歷元協(xié)議天球坐標系：以標準歷元t0t0（J2000.0J2000.0）所定義）所定義的平天球坐標系。的平天球坐標系。 第19頁/共71頁第二十頁，共71頁。第20頁/共71頁第二十一頁，共71頁。(lioji)）第21頁/共

6、71頁第二十二頁，共71頁。第22頁/共71頁第二十三頁，共71頁。p大地(dd)高H第23頁/共71頁第二十四頁，共71頁?！昂退矔r和瞬時(shn sh)(shn sh)地球自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)軸相對應的極點軸相對應的極點”第24頁/共71頁第二十五頁，共71頁。第25頁/共71頁第二十六頁，共71頁。由于極移的影響，瞬時極地球(dqi)坐標系是隨時間而變化的，不便于描述地球(dqi)上點的位置。第26頁/共71頁第二十七頁，共71頁。p協(xié)議赤道面（或平赤道面）協(xié)議赤道面（或平赤道面）第27頁/共71頁第二十八頁，共71頁。第28頁/共71頁第二十九頁，共71頁。 etpxpyemzyxyRxRzy

7、x （213）為瞬時(shn sh)地極相對于CIO的坐標。 ),(ppyx第29頁/共71頁第三十頁，共71頁。ctGzetzyxRzyx)(（210） t時刻的瞬時(shn sh)極地球坐標系t時刻的瞬時極天球坐標系對應格林尼治平子午面的真春分點時角第30頁/共71頁第三十一頁，共71頁。瞬時(shn sh)極天球坐標系瞬時極地球坐標系協(xié)議地球坐標系（211）（212）（210）（213）（二）協(xié)議天球坐標系與協(xié)議地球坐標系的坐標（二）協(xié)議天球坐標系與協(xié)議地球坐標系的坐標轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換第31頁/共71頁第三十二頁，共71頁。第32頁/共71頁第三十三頁，共71頁。（一）定義（一）定義1 1、站心

8、（左手）地平直角坐標、站心（左手）地平直角坐標(zh jio (zh jio zu bio)zu bio)系系P1-xyzP1-xyz2 2、站心地平極坐標系、站心地平極坐標系P1P1rAhrAh（二）站心地平極坐標系與站心地平直角（二）站心地平極坐標系與站心地平直角坐標坐標(zh jio zu bio)(zh jio zu bio)系之間系之間的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換（三）站心（左手）地平直角坐標（三）站心（左手）地平直角坐標(zh (zh jio zu bio)jio zu bio)系與地心空間直系與地心空間直角坐標角坐標(zh jio zu bio)(zh jio zu bio)系之系之間的轉(zhuǎn)換間的

9、轉(zhuǎn)換重點(zhngdin)第33頁/共71頁第三十四頁，共71頁。p 測站P1為原點p P1點的法線為z軸 （指向天頂(tin dn)為正）p 子午線方向為x軸 （向北為正）p y軸與x、z軸垂直（向東為正），構(gòu)成左手坐標系 第34頁/共71頁第三十五頁，共71頁。第35頁/共71頁第三十六頁，共71頁。sinhcoshsincoshcosrzAryArx(2-8)arctan()arctan(22222yxzhxyAzyxr(2-9)第36頁/共71頁第三十七頁，共71頁。站心赤道站心赤道(chdo)(chdo)直角坐標系直角坐標系地心空間直角坐標系地心空間直角坐標系旋轉(zhuǎn)變換（26）平移變換

10、（25）第37頁/共71頁第三十八頁，共71頁。BHeNLBHLBHzyxBBLBLLBLBLLZYXsin)1 (sincos)N(coscos)N(sin0cossincoscossinsincoscossincossinB2地平地心旋轉(zhuǎn)(xunzhun)矩陣 平移(pn y)矩陣 （27）第38頁/共71頁第三十九頁，共71頁。 地平地平站赤zyxBBLBLLBLBLLzyxPBRLRZYXyyzsin0cossincoscossinsincoscossincossinB90180旋轉(zhuǎn)(xunzhun)矩陣（26）第39頁/共71頁第四十頁，共71頁。站赤站赤地心地心ZYXBHeNLBH

11、LBHZYXZYXZYXPPPsin)1 (sincos)N(coscos)N(2111（平移(pn y)矩陣）P1地心坐標 （25）第40頁/共71頁第四十一頁，共71頁。n例如：例如：GPSGPS衛(wèi)星的坐標就是屬于衛(wèi)星的坐標就是屬于GPSGPS跟蹤站及其坐標值所定義的跟蹤站及其坐標值所定義的協(xié)定坐標系。協(xié)定坐標系。第41頁/共71頁第四十二頁，共71頁。第42頁/共71頁第四十三頁，共71頁。（World Geodical System-84）第43頁/共71頁第四十四頁，共71頁。第44頁/共71頁第四十五頁，共71頁。第45頁/共71頁第四十六頁，共71頁。第46頁/共71頁第四十七頁

12、，共71頁。第47頁/共71頁第四十八頁，共71頁。DiXGiXGixyzDiXRRRkXX)()()()1 (（220） 坐標坐標(zubio)(zubio)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換的7 7參數(shù)為：參數(shù)為： TzyxX),(TzyxkzyxR),(尺度變化參數(shù)平移參數(shù)旋轉(zhuǎn)參數(shù)矩陣第48頁/共71頁第四十九頁，共71頁。GiGiGixyxzyzGiGiGiDiDiDizyxzyxkzyxzyx000)1 (221) 010000100001GiGiGiGiGiGiGiGiGiixyzxzyyzxC令式（221）用向量(xingling)表示為： RCXXiGiDi（222） sin, 1coszyx、k第4

13、9頁/共71頁第五十頁，共71頁。)()(1GiDiTTXXCCCCR 求得轉(zhuǎn)換(zhunhun)參數(shù)R后，再利用模型（222）進行各點的坐標轉(zhuǎn)換(zhunhun)。 注意：若忽略一些轉(zhuǎn)換(zhunhun)參數(shù)，則還有3參數(shù)法、4參數(shù)法等。第50頁/共71頁第五十一頁，共71頁。)()()()1 ()(00GGixyzDDiXXRRRkXX（224） 00)()()()1 (GxyzDXRRRkXX（223） GixyzDiXRRRkXX)()()()1 (（220） 同理可求出4參數(shù)(cnsh)。第51頁/共71頁第五十二頁，共71頁。二、周期運動(yndng)的選用與時間系統(tǒng)的發(fā)展三、常用

14、的時間系統(tǒng)第52頁/共71頁第五十三頁，共71頁。n協(xié)調(diào)世界時協(xié)調(diào)世界時UTC UTC nGPSGPS專用時間系統(tǒng)（專用時間系統(tǒng)（GPSGPS時）時）第53頁/共71頁第五十四頁，共71頁。Time）6.GPS時 GPST 第54頁/共71頁第五十五頁，共71頁。第55頁/共71頁第五十六頁，共71頁。第56頁/共71頁第五十七頁，共71頁。n真太陽時的不均勻性第57頁/共71頁第五十八頁，共71頁。第58頁/共71頁第五十九頁，共71頁。嚴格來講，地球自轉(zhuǎn)運動是不穩(wěn)定的。第59頁/共71頁第六十頁，共71頁。響，所以，世界時不是一個嚴格均勻的時間系統(tǒng)。1976年以后，為原子時所取代。第60頁

15、/共71頁第六十一頁，共71頁。 由于極移現(xiàn)象，使得地球自轉(zhuǎn)軸在地球內(nèi)部的位置并不是固定的； 地球的自轉(zhuǎn)速度也不均勻(jnyn)，地球自轉(zhuǎn)周期存在著季節(jié)變化、長期變化及其他不規(guī)則變化，情況甚為復雜 第61頁/共71頁第六十二頁，共71頁。UT2相差0.0039秒）。第62頁/共71頁第六十三頁，共71頁。并經(jīng)數(shù)據(jù)處理推算出的統(tǒng)一原子時系統(tǒng)。第63頁/共71頁第六十四頁，共71頁。（2）諧調(diào)世界(shji)時UTC與國際原子時IAT之間的關系：nIATUTCs1n為調(diào)整(tiozhng)參數(shù)，即跳秒數(shù) 。第64頁/共71頁第六十五頁，共71頁。如：GPS時的起點1980年1月6日UTC 0時與原子時IAT之間存在n19s的跳秒。第65頁/共71頁第六十六頁，共71頁。周數(shù)為1445周第66頁/共71頁第六十七頁，共71頁。（4）GPS時與諧調(diào)時UTC之間的關系 在1980年1月6日0時的時刻(shk)是一致的； 隨著時間的積累，GPS時與諧調(diào)時UTC的差異，將表現(xiàn)為秒的整倍數(shù)，并由時間服務部門定期公布（至1987年為4秒、1992年相差為7秒、1995年為10秒、2002年為13秒）。 TGPS（UT