坐标系转换 矩阵

坐标系转换问题

1.坐标系基础知识

1.1 1954年北京坐标系

1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。它的原点不在北京，而在前苏联的普尔科沃。相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。

1954年北京坐标系建立以来，我国依据这个坐标系建成了全国天文大地网，完成了大量的测绘任务。但是随着测绘新理论、新技术的不断发展，人们发现该坐标系存在如下缺点：

（1）椭球参数有较大误差。克拉索夫斯基椭球参数与现代精确的椭球参数相比，长半轴约大109m。

（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的倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达+68m。着使得大比例尺地图反映地图面的精度受到影响，同时也对观测元素的归算提出了严格要求。

（3）几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。我国在处理重力数据时采用赫尔默特1900~1909年正常重力公式，与这个公式相应的赫尔默特扁球不是旋转椭球，它与克拉索夫斯基椭球是不一致的，这给实际工作带来了麻烦。 （4）定向不明确。椭球短轴的指向既不是国际上比较普遍采用的国际协议（习用）原点CIO（Conventional International Origin），也不是我国地极原点

JYD1968.0；起

坐标系转换问题

1.坐标系基础知识

1.1 1954年北京坐标系

1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。它的原点不在北京，而在前苏联的普尔科沃。相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。

1954年北京坐标系建立以来，我国依据这个坐标系建成了全国天文大地网，完成了大量的测绘任务。但是随着测绘新理论、新技术的不断发展，人们发现该坐标系存在如下缺点：

（1）椭球参数有较大误差。克拉索夫斯基椭球参数与现代精确的椭球参数相比，长半轴约大109m。

（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的倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达+68m。着使得大比例尺地图反映地图面的精度受到影响，同时也对观测元素的归算提出了严格要求。

（3）几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。我国在处理重力数据时采用赫尔默特1900~1909年正常重力公式，与这个公式相应的赫尔默特扁球不是旋转椭球，它与克拉索夫斯基椭球是不一致的，这给实际工作带来了麻烦。 （4）定向不明确。椭球短轴的指向既不是国际上比较普遍采用的国际协议（习用）原点CIO（Conventional International Origin），也不是我国地极原点

JYD1968.0；起

应力矩阵在坐标系下的表示及转换

1、在直角坐标系下的表示

??x?yx?zx????d???xy?y?zy?

??xz?yz?z???下标d表示笛卡尔

2、在圆柱坐标系下的表示

??r??c???r????rz下标c表示圆柱

3、在球坐标系下的表示

??r?zr?????z??

??z?z????r??s???r???r??下标s表示球

应力矩阵在不同坐标系下的转换：

从笛卡尔坐标系转换到圆柱坐标系

??r??r????????

???????圆柱坐标系下三个坐标的方向在笛卡尔坐标系下可以分别表示为

r方向：?cos?sin?0??方向：?-sin?cos?0?

z方向：?001?组成方向矩阵：

?cos??=??-sin???0即：

sin?cos?00?0?? 1??那么圆柱坐标系下的应力矩阵可由笛卡尔坐标系下矩阵和方向矩阵?表示

?c???d?T

?称为圆柱坐标系在笛卡尔坐标系下表示的方向余弦矩阵，其中??T?1

同理，球坐标系在笛卡尔坐标系下的方向余弦矩阵为

?sin?cos??=??-sin???cos?cos?球坐标系下的应力矩阵可以表示为

sin?sin?cos?sin?sin?cos??0?? ?cos????s???d

应力矩阵在坐标系下的表示及转换

1、在直角坐标系下的表示

??x?yx?zx????d???xy?y?zy?

??xz?yz?z???下标d表示笛卡尔

2、在圆柱坐标系下的表示

??r??c???r????rz下标c表示圆柱

3、在球坐标系下的表示

??r?zr?????z??

??z?z????r??s???r???r??下标s表示球

应力矩阵在不同坐标系下的转换：

从笛卡尔坐标系转换到圆柱坐标系

??r??r????????

???????圆柱坐标系下三个坐标的方向在笛卡尔坐标系下可以分别表示为

r方向：?cos?sin?0??方向：?-sin?cos?0?

z方向：?001?组成方向矩阵：

?cos??=??-sin???0即：

sin?cos?00?0?? 1??那么圆柱坐标系下的应力矩阵可由笛卡尔坐标系下矩阵和方向矩阵?表示

?c???d?T

?称为圆柱坐标系在笛卡尔坐标系下表示的方向余弦矩阵，其中??T?1

同理，球坐标系在笛卡尔坐标系下的方向余弦矩阵为

?sin?cos??=??-sin???cos?cos?球坐标系下的应力矩阵可以表示为

sin?sin?cos?sin?sin?cos??0?? ?cos????s???d

浅析几种常用坐标系和坐标转换

摘要: 一般来讲，GPS直接提供的坐标（B,L,H）是1984年世界大地坐标系(Word Geodetic System 1984即WGS-84)的坐标，其中B为纬度，L为经度，H为大地高即是到WGS-84椭球面的高度。而在实际应用中，我国地图采用的是1954北京坐标系或者1980西安坐标系下的高斯投影坐标（x,y,），不过也有一些电子地图采用1954北京坐标系或者1980西安坐标系下的经纬度坐标（B,L），高程一般为海拔高度h。

一般来讲，gps直接提供的坐标（b,l,h）是1984年世界大地坐标系(word geodetic system 1984即wgs-84)的坐标，其中b为纬度，l为经度，h为大地高即是到wgs-84椭球面的高度。而在实际应用中，我国地图采用的是1954北京坐标系或者1980西安坐标系下的高斯投影坐标（x,y,），不过也有一些电子地图采用1954北京坐标系或者1980西安坐标系下的经纬度坐标（b,l），高程一般为海拔高度h。 gps的测量结果与我国的54系或80系坐标相差几十米至一百多米，随区域不同，差别也不同，经粗落统计，我国西部相差70米左右，东北部140米左右，南部75米左右，中

技术交流

测绘技术装备

季刊

第

卷

年第

期

几种常用坐标系间的坐标转换付孙钟福建省第一测绘院摘要

空间定位是多平台多系统的

,

不同坐标系下的目标位置的坐标统一显得尤为重要。

,

本文就常用的

三种坐标系的定义和坐标系间坐标的转换进行较详尽的论述

关键词

坐标系

模型

转换

引言

现代空间定位是多平台就是多系统台、、

、

多系统的、

,

海湾战争

多平台’

空间卫星平台、。

空中机载平、

海上水面舰艇平台水下舰艇平台地面各雷达站平台等的合作和统一的实例为收集关于敌方作战单位的情报,

需要有雷达、

、

电子侦察设施等

图

坐标轴示意图,

情报系统

,

但它们一般探测出的是目标相对于自己。

水平坐标系水平坐标系、

亦称

的距离与方位

在装载有雷达,。

电子侦察设施等情

坐标系地理坐标系或惯性直角坐标系是一种站心,

报系统的载体平台下简单而言情报系统,,

需要利用所观测到的距离和,

直角坐标系它的原点与载体坐标系的原点重合以

,

方位信息求出目标的位置

消除坐标原点的漂移忑轴指向当地北子午线,

不管在什么平台上

不管采用什么。

,

儿轴与尤

轴垂直指向东。

,

云

轴与

总是要涉及一个坐标系的统一问题。

在、

不轴

、

儿轴垂直形成右手坐标系,

多平台目标跟踪定位中需要研究载体坐标系当地水平坐标系坐标系的定义和

在一种特殊的情况下稳运行时,

当载体沿向北的方向平,

坐标

原坐标系点位坐标转国家2000系指南

现有测绘成果转换到2000国家大地坐标系

技术指南

一、2000国家大地坐标系的定义

国家大地坐标系的定义包括坐标系的原点、三个坐标轴的指向、尺度以及地球椭球的4个基本参数的定义。2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心；2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，X轴由原点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。采用广义相对论意义下的尺度。2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数的数值为：

长半轴 a＝6378137m

扁率 f=1/298.257222101

地心引力常数 GM＝3.986004418×1014m3s-2

自转角速度 ω＝7.292l15×10-5rad s-1

其它参数见下表：

－12－

原坐标系点位坐标转国家2000系指南

采用2000国家大地坐标系后仍采用无潮汐系统。

二、点位坐标转

现有测绘成果转换到2000国家大地坐标系

技术指南

一、2000国家大地坐标系的定义

国家大地坐标系的定义包括坐标系的原点、三个坐标轴的指向、尺度以及地球椭球的4个基本参数的定义。2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心；2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，X轴由原点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。采用广义相对论意义下的尺度。2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数的数值为：

长半轴 a＝6378137m 扁率 f=1/298.257222101

地心引力常数 GM＝3.986004418×1014m3s-2 自转角速度 ω＝7.292l15×10-5rad s-1

其它参数见下表：

短半径b(m) 极曲率半径c (m) 第一偏心率e －12－

6356752.31414 6399593.62586 0.0818191

现有测绘成果转换到2000国家大地坐标系

技术指南

一、2000国家大地坐标系的定义

国家大地坐标系的定义包括坐标系的原点、三个坐标轴的指向、尺度以及地球椭球的4个基本参数的定义。2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心；2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，X轴由原点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。采用广义相对论意义下的尺度。2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数的数值为：

长半轴 a＝6378137m 扁率 f=1/298.257222101

地心引力常数 GM＝3.986004418×1014m3s-2 自转角速度 ω＝7.292l15×10-5rad s-1

其它参数见下表：

短半径b(m) 极曲率半径c (m) 第一偏心率e －12－

6356752.31414 6399593.62586 0.0818191

地球岁差公转极移及空间直角坐标系与大地坐标系转换介绍

摘要：岁差、章动、极移与地轴在空间的指向、与地球体的相对关系、地球绕地轴的旋转速度不断变化有关。人们根据在不同方面应用的需要建立了多种坐标系，坐标系间彼此联系，可以相互转化。

关键词：岁差 章动 极移 坐标系转换 一、岁差

? 地球是一个椭圆球体,而非正球体,赤道部分较为突出,两极则稍扁,太阳和月亮对赤道突出部分的吸引力大,使地轴绕黄极缓慢移动,因而表分点沿黄道以每年50″24的速度西移,大概要26000年移动一周,这即为岁差。 - 来源：中华文明实录

? 由于太阳和月亮的引力对地球赤道的作用,使地轴在黄道轴的周围作圆锥形的运动,慢慢地向西移动,约二万六千年环绕一周,同时使春分点以每年50.2角秒的速度向西移行,这种现象叫做岁差。 - 来源：汉语倒排词典

? 太阳在黄道上每经过一个回归年的运行,比回到一年前的起点要差一段微小的距离,因此冬至点每年要向后(西)移动。这就是“岁差”。

- 来源：诸子百家大辞典

? 天文学的基本概念之一。指由于春分点沿黄道缓慢西移(每年约50.2″),而使回归年比恒星年短的现象。产生的原因是:日、月、行星对地球赤道凸出部质量的吸引,造成地