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在衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)中, 用于計(jì)算衛(wèi)星 位置的軌道數(shù)據(jù)通常是在一個(gè)地心地固系下給出的, 用戶將利用這些軌道數(shù)據(jù)計(jì)算衛(wèi)星在觀測(cè)時(shí)刻的位置, 并將這些位置作為空間已知點(diǎn), 用于確定用戶的位置。這樣, 在GPS測(cè)量定位中, 直接的定位結(jié)果( 單點(diǎn)定位或相對(duì)定位的結(jié)果) 與進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)所采用的軌道數(shù)據(jù)同屬一個(gè)坐標(biāo)參照系。

目前, 較為常用的GPS衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)主要有以下兩種:

( 1 ) 基于 WGS-84 的廣播星歷。

( 2 ) 基于國際地球參考框架( ITRF) 的 IGS 精密星歷。

也就是說, 在測(cè)量定位時(shí), 若采用廣播星歷, 則結(jié)果屬于 WGS-84, 若采用 IGS 精密星歷, 則結(jié)果屬于 ITRF。

1、1984 年世界大地系統(tǒng)

1984 年世界大地系統(tǒng), 是一個(gè)由全球地心參考框架和一組相應(yīng)的模型( 包括地球重力場(chǎng)模型和 WGS-84 大地水準(zhǔn)面）所組成的測(cè)量參照系。WGS-84 提供了一個(gè)易于使用的單一、標(biāo)準(zhǔn)三維坐標(biāo)參照系, GPS 系統(tǒng)內(nèi)部在處理與位置有關(guān)的信息時(shí), 所采用的就是這一參照系。

例如,在 GPS 衛(wèi)星所播發(fā)的導(dǎo)航電文中, 有關(guān)位置的信息就是基于此坐標(biāo)參照系。

WGS-84 是由美國國防制圖局于20世紀(jì) 80 年代中期所建立的, 并于 1987 年取代了此前 GPS 所采用的坐標(biāo)參照系 WGS-72, 正式成為 GPS 的新坐標(biāo)參照系。

WGS-84 是一個(gè)協(xié)議地球參照系, 為地心地固右手正交坐標(biāo)系, 其定義遵循如下準(zhǔn)則:

( 1 ) 為地心系, 原點(diǎn)位于包括海洋和大氣在內(nèi)的整個(gè)地球的質(zhì)心;

( 2 ) 尺度在局部地球框架下, 遵守相對(duì)論原理;

( 3 ) 初始定向由國際時(shí)間局( BIH) 1984 . 0 的定向給定;

( 4 ) 定向中的時(shí)變不會(huì)使地殼產(chǎn)生殘余的全球性旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)以上準(zhǔn)則, WGS-84 坐標(biāo)參照系的定義如下( 見下圖) :

( 1 ) 原點(diǎn)位于地球質(zhì)心;

( 2 ) Z 軸與 IERS 參考極指向相同, 該指向與 1984. 0 歷元的BIH 協(xié)議地極一致;

( 3 ) X 軸指向 IERS 參考子午線與過原點(diǎn)且垂直于 Z 軸平面的交點(diǎn), IRM 與 1984. 0 歷元的 BIH 零子午線一致;

( 4 ) Y 軸最終完成右手地心地固正交坐標(biāo)系。

WGS-84 坐標(biāo)參照系的原點(diǎn)也被當(dāng)做 WGS-84 橢球的幾何中心, 而 Z 軸則作為該旋轉(zhuǎn)橢球的自轉(zhuǎn)軸。

WGS-84 參考框架的維持是通過將坐標(biāo)賦予組成 GPS 控制部分的跟蹤站進(jìn)行的。在定軌過程中, 這些坐標(biāo)被用于確定衛(wèi)星軌道并通過導(dǎo)航電文向用戶播發(fā), WGS-84 坐標(biāo)參考框架最終通過 GPS 網(wǎng)中各點(diǎn)的坐標(biāo)在局部區(qū)域?qū)崿F(xiàn)。究竟 GPS 測(cè)量結(jié)果與 WGS-84 的關(guān)系能有多精確, 與導(dǎo)航電文中廣播星歷的質(zhì)量以及網(wǎng)中基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)的質(zhì)量有關(guān)。