1. 地球直角坐标系的定义地球直角坐标系的定义是：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指 向地球赤道面与格林尼治子午圈的交点，Y轴在赤道平面里与XOZ构成右手坐标 系2. 地球大地坐标系的定义地球大地坐标系的定义是：地球椭球的中心与地球质心重合，椭球的短轴与地球 自转轴重合空间点位置在该坐标系中表述为（L，B，H）地球直角坐标系和地球大地坐标系可用图2-2表示：图2-2地球直角坐标系和大地坐标系对同一空间点，直角坐标系与大地坐标系参数间有如下转换关系:、「项X =伊小 0皿8泗匚 y=p/+H）'^sBsmZI如W）基金嬴”,B = arctanZ Q『十 E依十W.(M(1 -占')十.沱』•穿—敏 立'；■'■ -■ .. c. •「：•.'：-• .：■ ;•'••'&咨"％ …. n-j .七弟神1距h ,皂・H = Z/sin5-肺（1 一凄）,［m（i—，〉十闩巨口 bJ式中，叫=屏山二;气in'3： n为该点的卯酉圈曲率牛色•./=（/―尸）/妒，％©分别为该次2.1.3站心赤道直角坐标系与站心地平直角坐标系 1.站心赤道直角坐标系■导篷芯'淫;苔，嚏崖卮瘩遂^膏苦/舞福醪镒稀零炸d，:冲町润e普*rww： ....,. ^ *璜吟法*：蒙缝醛虻意-如图2总F［是测站点耳G为球赘 以。
为原点建立球心空间直角坐标系Q-XYZ.以孔为原点建立与Q-i^ - ^ .■ /:' ' ^显然,',F{-XYZ同•邛坐标系有简单的平移关系:~x~X十丑）『新Bg ▲Y二?■二(N-\-H ye B^LZi_'•川「（1—决）十丑］铲1卉 . ■—1 ■ j5>jX 避％—SI2-3站心赤送写他平■有角坐标系2.站心地平直角坐标系以P为原点，以P点的法线为z轴（指向天顶为正），以子午线方向为乂轴（向 北为正），y轴与X, z垂直（向东为正）建立的坐标系叫站心地平直角坐标系站心地平直角坐标系与站心赤道直角坐标系的转换关系如下：=-sin B sin! cosZ…啰:;用； cosB U ; - w W：T“观史宜危写宣传「if%'°〕婆酒理#一慕y厂2-4 F可得出站心左手地平直角里标系与球心空间宜角坐标系的转换关系式?~x~"-sin 5cosL■ —-smJ^cosficosL"~x~Y——-sin B sin £cosLcosBsin L.•空'■IM :苴cosi?-0sin Bz3+ H)cosBcos£■■ . ■:[JV(l-e2)+ ?Z]sin B3.站心地平极坐标系(2-7)以测站P为原点，用测站P至卫星s的距离r、卫星的方位角A、卫星的高度角 h为参数建立的与站心地平直角坐标系P-xyz相等价的坐标系称为站心地平极 坐标系P-rAho 1站心地平极坐标系与站心地平直角坐标系的关系为:3%、嘿."、 r=rcos^cosh ■./ = r sin X cosh '(2 - 8) 亦叩itih g 营,. A = m tan(^ / x)■..-J .B - - 1 I - - -J "LJ.'Xi . ,■ ■ :一. . L _J aliiHX i..Jh - arc藤悉编避隧渗 -* T十 V j 7|龄必志汩rsg口如， O tan(z / ^r2 ■+■ y2)2.1.4卫星测量中常用坐标系1. 瞬时极天球坐标系与地球坐标系瞬时极天球坐标系：原点位于地球质心，z轴指向瞬时地球自转方向（真天极）， x轴指向瞬时春分点（真春分点），y轴按构成右手坐标系取向。
瞬时极地球坐标系：原点位于地球质心，z轴指向瞬时地球自转轴方向，x轴指 向瞬时赤道面和包含瞬时地球自转轴与平均天文台赤道参考点的子午面之交点， y轴构成右手坐标系取向瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系的关系如图2-4所示2. 固定极天球坐标系一一平天球坐标系 由于瞬时极天球坐标系的坐标轴指向不断变化，对研究卫星的运动很不方便，需 要建立一个三轴指向不变的天球坐标系一一平天球坐标系即选择某一历元时 刻，以此瞬间的地球自转轴和春分点方向分别扣除此瞬间的章动值作为z轴和x 轴指向，y轴按构成右手坐标系取向，坐标系原点与真天球坐标系相同瞬时极 天球坐标系与历元平天球坐标系之间的坐标变换通过下面两次变换来实现1) 岁差旋转变换ZM (t )表示历元J2000. 0年平天球坐标系z轴指向，ZM (t)表示所论历元时刻 t真天球坐标系z轴指向由于岁差导致地球自转轴的运动使二坐标系z轴产生 夹角同理，因岁差导致春分点的运动使二坐标系的x轴XM(t)与XM(t)产 生夹角Z , Z通过旋转变换得到这样两个坐标系间的变换式为：0(2-11)■Z(2-12)式中J 4为岁差参数.■jL jL jL⑵章动旋转*类似地有革动旋转变换式：I• •匚,孑溢］必邃落二％(-£一 Aw)毛(-A伊)％(曰 J式中：8为所论历元的平黄赤交角，/巾，/8分别为黄经章动和交角章动参 数。
3. 固定极地球坐标系一一平地球坐标系(1) 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2) 瞬时极：与观测瞬间相对应的自转轴所处的位置，称为该瞬时的地球极轴， 相应的极点称为瞬时极依瞬时地球自转轴定向的坐标系称为瞬时极地球坐标 系3) 国际协定原点CIO：采用国际上5个纬度服务站的资料，以1900.00至 1905.05年地球自转轴瞬时位置的平均位置作为地球的固定极称为国际协定原 点CIO平地球坐标系的z轴指向CIO图2-5为瞬时极与平极关系(4) 平地球坐标系：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 标系统称为平地球坐标系平地球坐标系与瞬时地球坐标系的转换公式:下标em表示平地球坐标系，et表示t时的瞬时地球坐标系， t时刻以角度表示的极移值4、坐标系的两种定义方式与协议坐标系通常，理论上坐标系的定义过程是先选定一个尺度单位，然后定义坐标原点的位 置和坐标轴的指向实际应用中，在已知若干测站点的坐标值后，通过观测又可 反过来定义该坐标系前一种方式称为坐标系的理论定义而由一系列已知测站 点所定义的坐标系称为协定坐标系。
第2节WGS-84坐标系和我国大地坐标系2.2.1WGS-84 坐标系WGS-84的定义：WGS-84是修正NSWC9Z-2参考系的原点和尺度变化，并旋转其参 考子午面与BIH定义的零度子午面一致而得到的一个新参考系，WGS-84坐标系 的原点在地球质心，Z轴指向BIH1984. 0定义的协定地球极(CTP)方向，X轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z、X轴构成右手坐标系 它是一个地固坐标系WGS-84椭球及其有关常数：WGS-84采用的椭球是国际大地测量与地球物理联合 会第17届大会大地测量常数推荐值，其四个基本参数长半径：a=6378137±2(m)；地球引力常数：GM=3986005X108m3s-2±0.6X108m3s-2；正常化二阶带谐系数：C20=-484.16685X10-6±1.3X10-9；C 2Cr = -J2/J2=108263X 10-8地球自转角速度：3=7292115X 10-11rads-1±0.150X10-11rads-1建立WGS-84世界大地坐标系的一个重要目的，是在世界上建立一个统一的地心 坐标系2.2.2国家大地坐标系1.1954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2.1980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3. 新1954年北京坐标系（BJ54新）新1954年北京坐标系（BJ54新）是由1980年国家大地坐标系（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2.2.3地方独立坐标系 在生产实际中，我们通常把控制网投影到当地平均海拔高程面上，并以当地子午 线作为中央子午线进行高斯投影建立地方独立坐标系地方独立坐标系隐含一个 与当地平均海拔高程对应的参考椭球一一地方参考椭球地方参考椭球的中心、 轴向和扁率与国家参考椭球相同，其长半径则有一改正量设地方独立坐标系位于海拔。