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在卫星导航定位系统中, 用于计算卫星 位置的轨道数据通常是在一个地心地固系下给出的, 用户将利用这些轨道数据计算卫星在观测时刻的位置, 并将这些位置作为空间已知点, 用于确定用户的位置。这样, 在GPS测量定位中, 直接的定位结果( 单点定位或相对定位的结果) 与进行数据处理时所采用的轨道数据同属一个坐标参照系。

目前, 较为常用的GPS卫星轨道数据主要有以下两种:

( 1 ) 基于 WGS-84 的广播星历。

( 2 ) 基于国际地球参考框架( ITRF) 的 IGS 精密星历。

也就是说, 在测量定位时, 若采用广播星历, 则结果属于 WGS-84, 若采用 IGS 精密星历, 则结果属于 ITRF。

1、1984 年世界大地系统

1984 年世界大地系统, 是一个由全球地心参考框架和一组相应的模型( 包括地球重力场模型和 WGS-84 大地水准面）所组成的测量参照系。WGS-84 提供了一个易于使用的单一、标准三维坐标参照系, GPS 系统内部在处理与位置有关的信息时, 所采用的就是这一参照系。

例如,在 GPS 卫星所播发的导航电文中, 有关位置的信息就是基于此坐标参照系。

WGS-84 是由美国国防制图局于20世纪 80 年代中期所建立的, 并于 1987 年取代了此前 GPS 所采用的坐标参照系 WGS-72, 正式成为 GPS 的新坐标参照系。

WGS-84 是一个协议地球参照系, 为地心地固右手正交坐标系, 其定义遵循如下准则:

( 1 ) 为地心系, 原点位于包括海洋和大气在内的整个地球的质心;

( 2 ) 尺度在局部地球框架下, 遵守相对论原理;

( 3 ) 初始定向由国际时间局( BIH) 1984 . 0 的定向给定;

( 4 ) 定向中的时变不会使地壳产生残余的全球性旋转。

根据以上准则, WGS-84 坐标参照系的定义如下( 见下图) :

 

( 1 ) 原点位于地球质心;

( 2 ) Z 轴与 IERS 参考极指向相同, 该指向与 1984. 0 历元的BIH 协议地极一致;

( 3 ) X 轴指向 IERS 参考子午线与过原点且垂直于 Z 轴平面的交点, IRM 与 1984. 0 历元的 BIH 零子午线一致;

( 4 ) Y 轴最终完成右手地心地固正交坐标系。

WGS-84 坐标参照系的原点也被当做 WGS-84 椭球的几何中心, 而 Z 轴则作为该旋转椭球的自转轴。

WGS-84 参考框架的维持是通过将坐标赋予组成 GPS 控制部分的跟踪站进行的。在定轨过程中, 这些坐标被用于确定卫星轨道并通过导航电文向用户播发, WGS-84 坐标参考框架最终通过 GPS 网中各点的坐标在局部区域实现。究竟 GPS 测量结果与 WGS-84 的关系能有多精确, 与导航电文中广播星历的质量以及网中基准点坐标的质量有关。