(window.webpackJsonp=window.webpackJsonp||[]).push([[437],{761:function(t,_,v){"use strict";v.r(_);var s=v(10),a=Object(s.a)({},(function(){var t=this,_=t._self._c;return _("ContentSlotsDistributor",{attrs:{"slot-key":t.$parent.slotKey}},[_("h1",{attrs:{id:"参考坐标系"}},[_("a",{staticClass:"header-anchor",attrs:{href:"#参考坐标系"}},[t._v("#")]),t._v(" 参考坐标系")]),t._v(" "),_("p",[t._v("本文是惯性导航所需大地测量知识的简化说明。若需深入了解，建议查阅专业大地测量资料或网站。")]),t._v(" "),_("h2",{attrs:{id:"大地测量参考系统"}},[_("a",{staticClass:"header-anchor",attrs:{href:"#大地测量参考系统"}},[t._v("#")]),t._v(" 大地测量参考系统")]),t._v(" "),_("p",[t._v("大地参考系统是一组用于以坐标定位空间点的要素，包括：")]),t._v(" "),_("ul",[_("li",[t._v("坐标系原点")]),t._v(" "),_("li",[t._v("坐标轴方向")]),t._v(" "),_("li",[t._v("坐标轴尺度")]),t._v(" "),_("li",[t._v("参考椭球")])]),t._v(" "),_("p",[t._v("最重要的大地测量参考系统，是国际科学界对 ITRS（国际地球参考系统，International Terrestrial Reference System）的不同实现。这些实现会随技术进步与可用数据增加而更新，以不断改进结果。为获得最佳精度，应优先使用最新实现；目前为 ITRF2014（国际地球参考框架 2014）。")]),t._v(" "),_("p",[t._v("由于 GNSS 技术由美国国防部创建，其亦开发了对应的大地测量参考系统，即 WGS84（世界测地系统 1984）的不同实现。最初，通过 GNSS 测量得到的位置均以 WGS84 表示，这也是该系统广为人知的原因。最新实现 G1674 与 ITRF2014 基本一致，仅存在厘米级细微差异。例如，两系统参考椭球的短半轴相差约 0.1 mm。")]),t._v(" "),_("cite-panel",{attrs:{title:"坐标参考系与增强型 GNSS 解决方案"}},[_("p",[t._v("GNSS 解算结果取决于测量类型。对于 RTK 或 PPK 定位，解算结果处于基站坐标系中；对于 PPP 定位，或使用 IGS 轨道与钟差改正时，坐标以 ITRF2014 表示。")])]),t._v(" "),_("cite-panel",{attrs:{title:"ITRF2014 vs WGS84"}},[_("p",[t._v("由于两个大地测量参考系统（ITRF2014 与 G1674）非常接近，通常不给出变换参数，并可视为同一系统（GNSS 得到的位置很少优于厘米级精度）。")])]),t._v(" "),_("h2",{attrs:{id:"坐标类型"}},[_("a",{staticClass:"header-anchor",attrs:{href:"#坐标类型"}},[t._v("#")]),t._v(" 坐标类型")]),t._v(" "),_("p",[t._v("对于每个大地测量参考系统，可采用三类坐标：笛卡尔坐标、地理坐标或投影坐标。")]),t._v(" "),_("h3",{attrs:{id:"笛卡尔坐标系"}},[_("a",{staticClass:"header-anchor",attrs:{href:"#笛卡尔坐标系"}},[t._v("#")]),t._v(" 笛卡尔坐标系")]),t._v(" "),_("p",[t._v("这是在三维空间中定位点的最简便方法，使用大地测量参考系统的三个正交轴（通常为 "),_("strong",[t._v("X")]),t._v("、"),_("strong",[t._v("Y")]),t._v("、"),_("strong",[t._v("Z")]),t._v("）。")]),t._v(" "),_("fdi-img",{attrs:{width:"52.5%",alt:"MEMS",src:"/knowledge-base/04/040101.png"}}),t._v(" "),_("p",[t._v("例如，ITRF2014 的原点为地球质心（含海洋与大气）。"),_("strong",[t._v("Z")]),t._v(" 轴指向协议北极（北旋转极）。"),_("strong",[t._v("XOY")]),t._v(" 平面与赤道平面重合。"),_("strong",[t._v("X")]),t._v("、"),_("strong",[t._v("Y")]),t._v(" 轴的具体指向相对次要，此处不作展开。尺度选取为米。")]),t._v(" "),_("h3",{attrs:{id:"ecef-地心地固坐标系"}},[_("a",{staticClass:"header-anchor",attrs:{href:"#ecef-地心地固坐标系"}},[t._v("#")]),t._v(" ECEF（地心地固坐标系）")]),t._v(" "),_("cite-panel",{attrs:{title:"ECEF（地心地固坐标系）"}},[_("p",[t._v("若坐标系原点靠近地球质心，且 "),_("strong",[t._v("X")]),t._v("、"),_("strong",[t._v("Y")]),t._v(" 轴随地球绕 "),_("strong",[t._v("Z")]),t._v(" 轴旋转（因此不能作为惯性参考系），则该类系统称为 "),_("strong",[t._v("ECEF")]),t._v("（Earth-Centered, Earth-Fixed，地心地固）笛卡尔坐标系。")])]),t._v(" "),_("p",[t._v("尽管此类坐标使用方便，但主要应用于科学界；多数用户更倾向于使用地理坐标。")]),t._v(" "),_("h3",{attrs:{id:"地理-大地测量-坐标系"}},[_("a",{staticClass:"header-anchor",attrs:{href:"#地理-大地测量-坐标系"}},[t._v("#")]),t._v(" 地理（大地测量）坐标系")]),t._v(" "),_("p",[t._v("上述坐标亦可以地理（Geographic）形式表示。借助与大地参考系关联的参考椭球，将具有笛卡尔坐标的点投影到椭球面上，得到两个角度坐标：经度（"),_("strong",[t._v("λ")]),t._v("）与纬度（"),_("strong",[t._v("ϕ")]),t._v("），并可进一步得到相对椭球的距离——"),_("strong",[t._v("椭球高")]),t._v("。")]),t._v(" "),_("p",[t._v("经度（"),_("strong",[t._v("λ")]),t._v("）是赤道平面内，从起始子午线到感兴趣点在赤道平面上投影之间的夹角。")]),t._v(" "),_("p",[t._v("纬度（"),_("strong",[t._v("ϕ")]),t._v("）是子午面内，从赤道平面到椭球法线之间的夹角。需注意：在大多数情况下，椭球法线并不经过地球质心。")]),t._v(" "),_("p",[t._v("椭球高（"),_("strong",[t._v("he")]),t._v(" 或 "),_("strong",[t._v("h")]),t._v("）是点与其在椭球上投影之间的距离。")]),t._v(" "),_("fdi-row",{attrs:{gap:"20px"}},[_("fdi-img",{attrs:{width:"52.5%",alt:"MEMS",src:"/knowledge-base/04/geographic_coord_schema.PNG"}}),t._v(" "),_("fdi-img",{attrs:{width:"52.5%",alt:"MEMS",src:"/knowledge-base/04/geographic_coord_schema-2.PNG"}}),t._v(" "),_("fdi-img",{attrs:{width:"52.5%",alt:"MEMS",src:"/knowledge-base/04/Foundation Knowledge_3.jpg"}})],1),t._v(" "),_("fdi-img",{attrs:{width:"52.5%",alt:"MEMS",src:"/knowledge-base/04/LattitudeLongitude.svg",caption:"纬度和经度示意（世界地图）"}}),t._v(" "),_("h3",{attrs:{id:"投影-平面坐标"}},[_("a",{staticClass:"header-anchor",attrs:{href:"#投影-平面坐标"}},[t._v("#")]),t._v(" 投影（平面坐标）")]),t._v(" "),_("p",[t._v("在较小区域作业时，可为大地测量参考系统采用既定投影。此类坐标对应二维平面：参考椭球上各点被投影到平面上（投影方法多种，对结果的影响各不相同）。其优点是便于制图；但由于参考面由椭球变为平面，会产生一定变形。常用坐标为 "),_("strong",[t._v("E")]),t._v("、"),_("strong",[t._v("N")]),t._v("（东、北）。")]),t._v(" "),_("p",[t._v("务必理解：投影与大地测量参考系相关联，因此两个投影并不总是具有相同的基础。")]),t._v(" "),_("h3",{attrs:{id:"ned-坐标系-北东地"}},[_("a",{staticClass:"header-anchor",attrs:{href:"#ned-坐标系-北东地"}},[t._v("#")]),t._v(" NED 坐标系（北东地）")]),t._v(" "),_("p",[t._v("在需要相对定位的场合，常使用局部大地测量框架以获得最佳精度。导航中，该局部框架为北、东、地（下）直角框架（"),_("strong",[t._v("NED")]),t._v("）。")]),t._v(" "),_("p",[t._v("该框架通过在当前位置的切平面内拟合局部椭球形状得到，并固连于相对地球表面的固定点。")]),t._v(" "),_("p",[_("strong",[t._v("X")]),t._v(" 轴沿局部椭球法线指向北，"),_("strong",[t._v("Z")]),t._v(" 轴指向下，"),_("strong",[t._v("Y")]),t._v(" 轴按右手定则指向东。")]),t._v(" "),_("p",[t._v("由于无法将椭球形状完美拟合到平面上，该框架仅适用于局部测量。")]),t._v(" "),_("fdi-img",{attrs:{width:"52.5%",alt:"MEMS",src:"/knowledge-base/04/040103.png"}}),t._v(" "),_("cite-panel",{attrs:{title:"导航算法的参考系"}},[_("p",[t._v("当载体高速运动时，导航算法会在内部计入该框架的旋转，以确保最佳导航性能。")])]),t._v(" "),_("h2",{attrs:{id:"海拔概念"}},[_("a",{staticClass:"header-anchor",attrs:{href:"#海拔概念"}},[t._v("#")]),t._v(" 海拔概念")]),t._v(" "),_("p",[t._v("海拔（"),_("strong",[t._v("H")]),t._v("）是一个较为复杂的概念，此处仅作简要说明。要定义海拔，需先说明大地水准面（可理解为平均海平面的近似）。")]),t._v(" "),_("p",[t._v("大地水准面是重力等位面，其上各点的法线方向与局部重力方向一致。最新的全球模型为 EGM2008（地球重力模型）。由于局部重力受多种因素影响，大地水准面远不像椭球那样规则，二者并不重合。")]),t._v(" "),_("p",[t._v("海拔高度是点与其在大地水准面上投影之间的距离，该距离沿重力方向量取，属于物理定义。")]),t._v(" "),_("p",[t._v("可借助重力模型将椭球高转换为海拔高。在下图中，"),_("strong",[t._v("h")]),t._v(" 为椭球高，"),_("strong",[t._v("H")]),t._v(" 为海拔高，"),_("strong",[t._v("N")]),t._v(" 为大地水准面起伏，满足关系："),_("strong",[t._v("h = H + N")]),t._v("。")]),t._v(" "),_("fdi-img",{attrs:{width:"42%",alt:"IMU",src:"/knowledge-base/04/geoidellipsoid.png"}}),t._v(" "),_("cite-panel",{attrs:{title:"INS MSL"}},[_("p",[t._v("INS 使用内置的 EGM96 模型（分辨率 15 角秒），可提供相对参考椭球以及相对平均海平面（MSL）的高度。")])]),t._v(" "),_("h2",{attrs:{id:"不同大地测量参考系统与坐标类型之间的变换"}},[_("a",{staticClass:"header-anchor",attrs:{href:"#不同大地测量参考系统与坐标类型之间的变换"}},[t._v("#")]),t._v(" 不同大地测量参考系统与坐标类型之间的变换")]),t._v(" "),_("p",[t._v("有时需要在多个大地测量参考系或不同类型坐标中表示同一位置，因而需保证彼此兼容。下图给出了在系统间转换的步骤。将坐标变换到其他大地测量参考系的方法有多种，但保持精度的最佳做法是采用七参数变换（三个旋转、三个平移和一个尺度因子）。该变换只能在笛卡尔坐标下进行，因此须先将坐标转换为笛卡尔形式。")]),t._v(" "),_("cite-panel",{attrs:{title:"14 参数基准转换"}},[_("p",[t._v("若大地测量参考系统考虑构造板块运动，则七参数变换将扩展为十四参数变换（为各平移、旋转与尺度因子增加速度项）。")])]),t._v(" "),_("fdi-img",{attrs:{width:"52.5%",alt:"MEMS",src:"/knowledge-base/04/040105.png"}})],1)}),[],!1,null,null,null);_.default=a.exports}}]);