站心坐标系
天文学术语
站心坐标系也叫做站点坐标系、东-北-天坐标系ENU,英文名称是local Cartesian coordinates coordinate system,主要是用于需了解以观察者为中心的其他物体运动规律。
概念
站心坐标系是以测站为原点的坐标系,即用准备好的基座来定点并进行观察和测量,一般用于施工工程。也用于需了解以观察者为中心的其他物体运动规律,如接收机可见GPS卫星的视角、方位角及距离等,需要用到站心坐标系。
分类
站心直角坐标系
定义:以站心(如GPS接收天线中心)为坐标系原点O,Z轴与椭球法线重合,向上为正(天向),y与椭球短半轴重合(北向),x轴与地球椭球的长半轴重合(东向)所构成的直角坐标系,称为当地东北天坐标系(ENU)。
站心极坐标系
定义:以站心为坐标极点O,以水平面(即xoy平面)为基准面,以东向轴(即x轴)为极轴,ρ为卫星到站点的距离,az为星视方向角(azimuth angle),el为星视仰角(elevation)。
坐标变换方法
与空间直角坐标系之间的转换
空间直角坐标变换为站心坐标的计算公式如下
站心坐标变换为空间直角坐标的计算公式如下
与大地坐标系之间的转换
站心坐标系与大地坐标系之间也可以相互转换。如果用户从站心坐标系的原点运动到点 ,那么这个位移量可先转换成( ),然后再加上站心坐标系原点在地心地固坐标系的坐标得(x,y,z)最后根据《ECEF坐标系》中的公式得出大地坐标值 及其变化量 。
反过来,大地坐标变化量 也可借助地心地固坐标系而转换成站心坐标值 。可见站心坐标系与大地坐标系之间的变换需要不少的计算量,考虑到基准椭球体的偏心率e很小,因而为了减少计算量,又假设物体以低速运动,如果用户在两个测量时刻之间只运行上百米或上千米,那么在绝大部分地区, 的值与 值比起来应该要小得多,在坐标变换过程中也就可以忽略之间的细微差别。近似运算公式为:
注意事项
站心坐标系在使用过程中经常涉及坐标系的转换,其中有些问题需要注意
1、 坐标参照系包括基准和坐标系两部分。
2、任一特定的基准和任一特定的坐标系的组合都形成特定地一个坐标参照系。
3、 坐标系包括空间直角(X,Y,Z)、大地坐标系(B,L,H)、站心直角(N,E,U)和站心极坐标系(R,A,EL)等。
4、 基准的作用就是给特定的坐标系进行特定的定位和定向。因此,一个坐标参照系必须同时包括基准和坐标系两个部分才完整。
相关概念
大地坐标系
以大地基准为基础建立的坐标系称为大地坐标系,也称为椭球坐标系,用(B,L,H)来表示空间任一点的位置。其中,H是该点沿该点处法线至参考椭球面的距离即是我们通常所说的大地高。一般在工程测量当中我们很少使用大地高,而是使用正高或者正常高。
正高
是空间任一点沿该点处垂线至大地水准面的距离(与大地高的基准面不一样)。
正常高
由于高程方向上的重力值很难精确表达出来,所以引入距离方向上的重力平均值来进行确定高程值,相应的基准面就是似大地水准面,因为它与大地水准面十分接近。
大地水准面差距
指的就是空间任一点大地高与正高的差值-------H(大地高)=H(正高)+N;
高程异常
指的就是空间任一点大地高与正常高的差值-------H(大地高)=H(正常高)+sita
空间直角坐标系
实质上点的空间直角坐标就是该点到坐标系原点形成的向径在三个坐标轴上的投影;一般坐标系原点选在参考椭球的中心(参考椭球分为地心椭球和参心椭球),X轴指向本初子午线与赤道的交点,Z轴与地球自转轴平行并指向参考椭球的北极,最终与Y轴形成右手直角坐标系。一般用(X,Y,Z)来表示任一点的空间位置。
参考资料
最新修订时间:2024-07-05 22:04
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