基本介紹
- 中文名：導航坐標
- 外文名：Navigation coordinate
- 學科：航空航天
- 套用：導航
- 定義：確定運載體位置的參數
- 坐標系分類：地心和參心坐標系
有關的坐標系統,定義,導航坐標系,WGS84,PZ-90,經度和緯度,經度,緯度,
有關的坐標系統
按傳統方法分類，坐標系可分為地心坐標系和參心坐標系。對航天領域而言，使用的都是地心坐標系。地心坐標系由參考框架實現，參考框架由一系列地麵點以及這些點的坐標和速度體現。一組分布合理的地麵點及其地心坐標隱含了一個地心坐標系。即隱含了坐標系的原點、軸向以及尺度定義。衛星導航系統有關的坐標系可分為N框架、T框架和E框架。
N框架是指一系列的地麵點以及這些點用GPS或GLONASS解算得到的地心坐標。N框架的特點是地麵點數量多、精度高。現有的N框架如國際地球參考框架ITRF、我國國家高精度空間參考框架和歐洲參考框架EUREF等。
T框架是指由確定衛星星曆的多個測量跟蹤站及其地心坐標代表的參考框架。現有的T框架如美國GPS系統的5個監測站隱含的參考框架、俄羅斯GLONASS系統4個監測站隱含的參考框架。
E框架是指由衛星導航檔案生成的衛星星曆代表的參考框架。E框架每天都需生成,精度差且山於人為因素(如SA政策)而不穩定。這一參考框架如GPS的廣播星曆以及GLONASS的廣播星曆等。
相比較而言，N框架精度最高，框架點地心坐標精度約1cm；T框架因幾何分布、處理方法、數據質量等原因精度次之，GPS系統的T框架精度優於5cm，GLONASS系統的T框架精度約1-2m；E框架由於跟蹤站幾何分布、衛星軌道特性、軌道類型、軌道弧長以及測量精度等因素影響，精度最差，GPS廣播星曆精度約5m(無SA條件下)，GLONASS廣播星曆精度約20m。N框架、T框架和E框架都屬地固坐標系，地固坐標系一般而言，都有相同的定義，IERS協定地球坐標系的定義是這些坐標系遵循的法則，這裡敘述如下：原點在地心，地心定義為包括海洋和大氣的整個地球的質量中心；它的尺度單位是在引力場的相對論意義下的局部地球框架內定義的米（國際單位制）。
對導航衛星數據分析而言，還涉及到慣性坐標系，一般用曆元平赤道坐標系。JPL的行星曆表檔案DE403給出了太陽系九大行星在國際天球參考框架ICRF中的位置。ICRF是國際天球坐標系ICRS的具體實現，它由608個河外射電源及其赤道坐標組成，ICRS的原點為廣義相對論框架下的太陽系質心，它的軸向山河外射電源的坐標隱含，且ICRS不存在旋轉，ICRS的基本面為J2000.0時的平赤道面，X軸方向由河外射電源3C273確定。通過歲差、章動、地球自轉和極移旋轉，可以將ICRF的坐標轉換到ITRF。軌道計算時，採用2J000.0平赤道坐標系，它實際由ICRF參考框架實現。
定義
導航坐標是確定運載體位置的每個參數。具體坐標應置於不同坐標系進行相應分析。
導航坐標系
衛星導航系統坐標系屬於地心大地坐標系，因為基於它的點位坐標易於獲得，所以越來越得到重視。因為衛星導航系統的全球性，這種坐標系基本上都是全球地心坐標系。WGS84、PZ-90是主要使用的衛星導航系統坐標系，其中WGS84是GPS採用的坐標系，PZ-90是GLONASS採用的坐標系。由於衛星圍繞地球質心運動，為了描述衛星運動規律，衛星導航系統坐標系採用地心坐標系。衛星導航系統坐標系的定義一般與地心坐標系的定義基本一致，區別在於實現方法的不同。衛星導航系統坐標參考框架由衛星導航系統的地面監測站組成，地面監測站的數目一般很少，如GPS有5個地面監測站，GLONASS有4個地面監測站，這些站的坐標通過衛星大地測量方法獲得。任一點在衛星導航系統坐標系中的坐標通常有兩種表示方式，一種是三維直角坐標，另一種是參考於某一參考橢球的大地緯度、大地經度和大地高程。衛星導航系統坐標系除可用於測t和製圖外，它主要著重於導航，它的具體體現是廣播星曆,以廣播星曆計算的導航衛星空間位置為基準，通過對導航衛星的距離觀測，可以得到用戶在空間的位置，即地心坐標。導航衛星數目較少,且衛星存在信號被干擾和被摧毀的可能，它所保持的坐標系易被破壞，不利於戰時使用。但在套用效率方面，依據導航系統接收機,用戶很容易得到點位坐標，所要求的技術含量較低。
WGS84
原點是地球的質心，空間直角坐標系的Z軸指向BIH（1984.0）定義的地極（CTP）方向，即國際協定原點CIO，它由IAU和IUGG共同推薦。X軸指向BIH定義的零度子午面和CTP赤道的交點，Y軸和Z,X軸構成右手坐標系。WGS-84橢球採用國際大地測量與地球物理聯合會第17屆大會測量常數推薦值，採用的兩個常用基本幾何參數。
WGS-84是修正NSWC9Z-2參考系的原點和尺度變化，並旋轉其參考子午面與BIH定義的零度子午面一致而得到的一個新參考系，WGS-84坐標系的原點在地球質心，Z軸指向BIH1984.0定義的協定地球極（CTP）方向，X軸指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交點，Y軸和Z、X軸構成右手坐標系。它是一個地固（地心固連）坐標系。
PZ-90
GLONASS系統採用PZ-90坐標系。PZ-90亦屬地心坐標系，它的原點位於地球質心，Z軸指向與IERS協定地球極重合，X軸與地球赤道面和BIH零子午面的交線重合，Y軸完成右手坐標系，同WGS84一樣，PZ-90定義了自己的重力場模型。
PZ-90坐標系由地面26個點的地心坐標實現，這些點的地心坐標由這些站對Geo-IK衛星的都卜勒、雷射測距、衛星測高以及對GLONASS和Etalon衛星的微波、雷射觀測數據用衛星大地測t方法計算得到，點位地心坐標精度約1-2米。這26個點包括了GLONASS的地面監測站。GLONASS的T框架由4個監測站組成，‘已們位於歐洲的聖彼得堡( St.Peterburg)和特努拜爾(Ternopol )西伯利亞中部的葉尼塞河(Yeniseisk)和遠東的共青城(Komsomolsk)，GLONASS系統的運行控制中心位於莫斯科地區(Moscow)。GLONASS的T框架地心坐標先是通過4個監測站1985-1986年的觀測數據用軌道計算得到，軌道計算時將其中一個監測站的經度和Z坐標固定以使其與SGS86一致，並且極移和UT1-UTC參數採用IERS的推薦值，而到上世紀90年代初期，採用的措施是加Z軸平移和經度旋轉以使它們與PZ-90解一致。GLONASS衛星過這些監測站上空時，每個站跟蹤2個或多個10分鐘時段，實際上每天每個衛星能跟蹤8-10個時段，距離測量的精度約1m。GLONASS的E框架山這4個監測站的GLONASS觀測數據通過軌道確定實現，計算GLONASS的E框架(廣播星曆)時，採用軌道弧長為8天，固定這4個站的地心坐標，極移參數採用俄羅斯獨自計算的值而不採用IERS推稱值，估計衛星狀態矢量同時還估計了光壓.參數、經驗攝動力以及測站系統偏差。由於沒採用IERS推薦的極移參數和UTI-UTC值，GLONASS的E框架與ITRF參考框架的轉換參數隨時間而變化。
經度和緯度
經度和緯度是最重要的位置參數。
經度
經度泛指球面坐標系的縱坐標。定義為地球面上一點與兩極的連線與0度經線所在平面的夾角。以球面上的點所在輔圈相對於坐標原點所在輔圈的角距離來表示。通常特指地理坐標的經度。為了區分地球上的每一個地區，人們給經線標註了度數，這就是經度（longitude ）。實際上經度是兩條經線所在平面之間的夾角。
從北極點到南極點，可以畫出許多南北方向的與地球赤道垂直的大圓圈，這叫作“經圈”；構成這些圓圈的線段，就叫經線。公元1884年，國際上規定以通過英國倫敦近郊的格林尼治天文台舊址的經線作為計算經度的起點，即經度零度零分零秒，也稱“本初子午線”。在它東面的為東經，共180度；在它西面的為西經，共180度。因為地球是圓的，所以東經180度和西經180度的經線是同一條經線。各國公定180度經線為“國際日期變更線”。為了避免同一地區使用兩個不同的日期，國際日期變線在遇陸地時略有偏離。
國際上規定，把通過英國首都倫敦格林尼治天文台原址的那一條經線定為0°經線，也叫本初子午線。從0°經線算起，向東、向西各分作180°，以東的180°屬於東經，習慣上用“E”作代號，以西的180°屬於西經，習慣上用“W”作代號。東經180°和西經的180°重合在一條經線上，那就是180°經線。在地圖上判讀經度時應注意：從西向東，經度的度數由小到大為東經度；從西向東，經度的度數由大到小，為西經度；除0°和180°經線外，其餘經線都能準確區分是東經度還是西經度。不同的經線具有不同的地方時。偏東的地方時要早，偏西的地方時要遲。每15個經度便相差一個小時。
重要的經線：經線曾引起過一場國際性紛爭，時至1954年格林尼治才選取20°W與160°E兩條經線作為劃分東西半球的界線。
