ECEF坐标系

        地球坐标系固定在地球上而随地球一起在空间做公转和自转运动,因此地球上任一固定点在地球坐标系的坐标就不会由于地球旋转而变化。地心地固直角坐标系和大地坐标系都属于这种坐标系。

        地心地固直角坐标系以地心O为坐标原点,其Z轴指向协议地球的北极,X轴指向本初子午线与地球赤道的一个交点,而X、Y、Z三轴一起构成右手直角坐标系。

        大地坐标系可以说是最为广泛应用的一个地球坐标系,它给出一点的大地纬度、大地经度和大地高程而更加直观地告诉我们该点在地球中的位置,故又被称作纬经高坐标系。其中:

        (1):大地纬度是过用户点P的基准椭球面法线与赤道面的夹角。纬度值在-90°到+90°之间。北半球为正,南半球为负。

        (2):大地经度是过用户点P的子午面与本初子午线之间的夹角。经度值在-180°到+180°之间。

        (3):大地高度h是过用户点P到基准椭球面的法线距离,基准椭球面以内为负,以外为正。

以下图所示,点P的海拔高度H是该点到大地水准面的法线距离,它一般不等于点P的大地高度h。大地高度h与海拔高度H存在以下近似关系:

                                                                  

其中是大地水准面高度,即大地水准面高出基准椭球面的法线距离,它在全球各地区的值可由相关资料查询。式中左右两边的值一般很接近,在实际应用中经常认为两边相等。在不知道当地值得情况下,由GPS定位得到的大地高度值h一般可近似地视为海拔高度值H。

ECEF坐标系_第1张图片

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地心地固坐标系与大地坐标系之间的变换,大地坐标到地心地固坐标的变换如下:

ECEF坐标系_第2张图片

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反变换如下:

ECEF坐标系_第3张图片

        因为h的计算包含有待求解的,而的计算反过来又含有待求解的h,所以一般借助迭代法来逐次逼近。

        迭代法一般计算过程如下:先假设的值等于0,分别计算出N,h和

然后再将刚得到的重新代入方程,再一次更新N,h和的值,如此循环。上述三式的迭代运算通常收敛的很快,一般经过3~4次的循环迭代就可结束运算。

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