GNSS坐标系之间的转换关系（ECEF、LLA、ENU）

一 坐标系简介

1 ECEF坐标系
也叫地心地固直角坐标系。其原点为地球的质心，x轴延伸通过本初子午线（0度经度）和赤道（0deglatitude）的交点。 z轴延伸通过的北极（即，与地球旋转轴重合）。 y轴完成右手坐标系，穿过赤道和90度经度。

 

2 WGS-84坐标系（LLA)
也就是也叫经纬高坐标系(经度(longitude)，纬度(latitude)和高度(altitude)LLA坐标系)。，全球地理坐标系、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，故又被称作经纬高坐标系。WGS-84坐标系的X轴指向BIH(国际时间服务机构)1984.0定义的零子午面(Greenwich)和协议地球极(CTP)赤道的交点。Z轴指向CTP方向。Y轴与X、Z轴构成右手坐标系。

一句话解释就是：把前面提到的ECEF坐标系用在GPS中，就是WGS-84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。

 

3 东北天坐标系（ENU）
也叫站心坐标系以用户所在位置P为坐标原点。

坐标系定义为： X轴：指向东边 Y轴：指向北边 Z轴：指向天顶

ENU局部坐标系采用三维直角坐标系来描述地球表面，实际应用较为困难，因此一般使用简化后的二维投影坐标系来描述。在众多二维投影坐标系中，统一横轴墨卡托（The Universal Transverse Mercator ，UTM）坐标系是一种应用较为广泛的一种。UTM 坐标系统使用基于网格的方法表示坐标，它将地球分为 60 个经度区，每个区包含6度的经度范围，每个区内的坐标均基于横轴墨卡托投影，如下图所示：

 二 坐标系间的转换

 LLA坐标系转ECEF坐标系

 

** ECEF坐标系转LLA坐标系**

ECEF坐标系下点(X,Y,Z)转换为LLA坐标系下的(lon,lat,alt)

 

一开始lon是未知的，可以假设为0，经过几次迭代之后就能收敛

update:alt=(p/cos(lat))-N

ECEF坐标系转ENU坐标系

用户所在坐标原点0=(0,0,0),计算点=(,,)在以点0为坐标原点的ENU坐标系位置(e,n,u)这里需要用到LLA坐标系的数据，0的LLA坐标点为0=(0,0,0)

 

ENU坐标系转ECEF坐标系

 

LLA坐标系直接转ENU坐标系

上述可以看到，从LLA坐标系转换到enu坐标系有较多计算量，在考虑地球偏心率很小的前提下，可以做一定的近似公式计算