北斗100问丨北斗系统坐标基准-北斗科技文化网

坐标系通常意义上是指用于表达空间位置及其相对关系的一种方式,其具体的实现则称为坐标框架或参考框架。由于描述空间位置所采用的形式不同,从而产生了不同的坐标系。

对地球而言,按照坐标系原点的不同可分为:地心坐标系、参心坐标系和站心坐标系;按照坐标系形式的不同可分为:笛卡尔坐标系、平面直角坐标系和曲线坐标系等;按照研究对象的不同可分为:天球坐标系和地球坐标系。

天球坐标系是一种惯性坐标系,其坐标原点及各坐标轴指向在空间保持不变,用于描述自然天体和人造天体在空间的位置或方向(例如卫星的轨迹);地球坐标系又称为地固坐标系,它与地球固联并随地球一起自转,用于描述物体在地球上的位置或在近地空间的位置(例如待定点的位置)。

卫星导航坐标系用于描述卫星在空间的位置、运动速度和运动轨迹等。在卫星导航定位过程中,通过将卫星作为动态已知点来计算待定点位置(和速度),而卫星的轨迹以及待定点的位置(和速度)就是在卫星导航坐标系中表达的。

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空间直角坐标系示意图

在卫星导航系统中,用于计算卫星位置的轨道数据通常是在一个地心地固坐标系下给出的,用户将利用这些轨道数据计算卫星在观测时刻的位置,并将这些位置作为空间已知点,用于确定用户的位置。这样,在卫星导航定位中,直接的定位结果(单点定位或相对定位结果)与进行数据处理时所采用的轨道数据同属一个坐标系,即卫星导航坐标系。

目前,四大卫星导航系统都采用各自的坐标系统,例如,美国GPS采用WGS-84、俄罗斯GLONASS采用PZ-90、欧洲Galileo采用伽利略地球参考框架(GTRF),而我国BDS则采用CGCS2000,它们都是地心地固坐标系。

我国BDS采用的坐标系统基准为:原点为包括海洋和大气的整个地球的质心;Z轴指向历元2000.0的地球参考极方向,该历元指向由BIH给定的历元为1984.0的初始指向推算;X轴指向格林尼治参考子午线与地球赤道面(历元2000.0)的交点;Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。