杭州余杭网站制作,今天军事新闻,做再生资源的网站有哪些,Wordpress 阅读全部来源#xff1a;微信公众号中国测绘学会引文格式#xff1a;魏子卿, 吴富梅, 刘光明. 北斗坐标系[J]. 测绘学报#xff0c;2019#xff0c;48(7)#xff1a;805-809. DOI: 10.11947/j.AGCS.2019.20190131第一作者#xff1a;魏子卿#xff08;中国工程院院士#xff0c… 来源微信公众号中国测绘学会引文格式魏子卿, 吴富梅, 刘光明. 北斗坐标系[J]. 测绘学报201948(7)805-809. DOI: 10.11947/j.AGCS.2019.20190131第一作者魏子卿中国工程院院士研究方向为大地坐标系、大地边值问题及GNSS测量编辑张永超初审齐阳审核彭震中摘要北斗坐标系是北斗卫星导航系统的大地基准。本文在扼要叙述背景情况之后首先给出了北斗坐标系原点、尺度、定向的定义和参考椭球的定义和导出常数其次介绍北斗坐标系的首次实现这次实现由北斗系统的8个监测站在历元2010.0的ITRF2014框架下的坐标和速度体现它们是通过处理一个包括8个监测站的全球GNSS网4期GPS数据、框架对准与监测站坐标序列的线性回归拟合得到的最后就参考框架的更新周期、监测站境外布设和连续观测、精密星历的生成与发布北斗坐标系的标准化问题进行了讨论并提出一些建议。关键词北斗坐标系北斗卫星导航系统参考框架监测站一个全球卫星导航定位系统的基本任务是为全球用户提供可用性、完好性、连续性和精度符合规定要求的导航定位服务。卫星导航系统赖以导航定位的大地基准是其使用的坐标系。坐标系对导航定位系统的重要性不言而喻。坐标系在很大程度上决定了导航系统的性能特别是导航定位的精度。另外坐标系也是决定一个导航系统的国际兼容性和系统互操作性的重要因素。毫无疑问一个全球卫星导航系统的大地基准应是一个地心的全球坐标系。根据2013年12月发布的北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件北斗导航系统的大地基准采用2000中国大地坐标系(CGCS2000)[1]。CGCS2000是我国的国家大地坐标系2008年开始正式实施。在北斗系统建设的早期阶段笔者利用2007—2009年的监测站GPS观测数据计算了监测站的坐标和速度建立了北斗系统的试用坐标系。实际上这一试用坐标系在严格意义上并不是CGCS2000实际上更接近ITRF2000[2-3]。这一试用坐标系在北斗系统的前期建设中曾经发挥了积极作用。但是随着时间的推移我们发现将北斗系统的大地基准与国家大地坐标系捆绑一起是不适当的不切实际的对北斗系统的长远发展也是不利的。从长远观点来看一个卫星导航系统应该采用属于自己的独立大地基准[2]。GPS、GLONASS及Galileo均是如此[4-5]。北斗导航系统采用独立于国家大地坐标系采用自己的专用坐标系当属正确决策。于是就提出了“北斗坐标系”。2017年12月中国卫星导航系统管理办公室发布的《北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件公开服务信号B2a(1.0版)》正式规定北斗导航系统采用专用坐标系——北斗坐标系[6]。本文简要介绍北斗坐标系的定义和首次实现以及坐标精度评估并就某些问题提出一些建议。定义1 名称与标识北斗坐标系是北斗卫星导航系统的大地基准。英文名称是BeiDou coordinate system缩写BDCS。北斗坐标系通过参考历元的地面监测站坐标和速度实现称为参考架。北斗坐标系将通过重新实现使参考框架最现时化和精度最佳化。坐标系的每次实现对应产生一个新的参考框架。随着时间的推移北斗坐标系将出现多个参考架。不同参考架的标识是BDCS(W×××)括号内符号W×××标示该参考架开始执行的北斗系统时(BDT)第×××周的0秒。例如BDCS(W465)、BDCS(W1002)分别标示从BDT时第465周0秒开始执行的参考框架和从BDT时第1002周0秒开始执行的参考框架。2 坐标系原点、尺度与定向北斗坐标系的原点、尺度与定向的定义如下。原点包括海洋和大气的整个地球的质量中心。尺度长度单位是m(SI)。这一尺度同地心局部框架的TCG时间坐标一致。定向在1984.0时初始定向与BIH的定向一致。定向时间演变定向随时间的演变使得整个地球的水平构造运动无整体旋转。上述定义与IERS规范[7]一致。北斗坐标系为一右手直角坐标系。原点为地球质量中心Z轴指向IERS参考极方向X轴为IERS参考子午面与通过原点且同Z轴正交的赤道面的交线Y轴完成右手直角坐标系如图 1。图1 BDCS参考椭球3 参考椭球北斗坐标系采用CGCS2000参考椭球即CGCS2000坐标系的参考椭球该参考椭球的定义常数和导出常数见表 1—表 3。表1 BDCS参考椭球的定义常数表2 BDCS参考椭球的导出几何常数值表3 BDCS参考椭球的导出物理常数值CGCS2000参考椭球的几何中心与坐标系的原点重合旋转轴与坐标系的Z轴一致。CGCS2000参考椭球为一等位旋转椭球参考椭球面既是大地经纬度、高程的几何参考面又是地球外部正常重力场的参考面。首次实现北斗坐标系通过地面监测站在参考历元的坐标和速度实现。因此如何获得监测站的坐标和速度以及如何进行框架对准是北斗坐标系实现的关键。在本次实现中监测站的坐标通过GNSS数据处理得到参考框架对准通过最小约束法实现。1 监测站GPS观测因早期北斗系统不具备全球观测能力为了实现并维持其坐标系截至2016年在北斗系统地面监测站进行了4期GPS观测。第1期为2007—2009年各站观测依次单独进行。第2期从2011年12月16日至12月31日连续观测15 d8个监测站同步联测。第3期从2014年4月24日至5月8日连续观测15 d8个监测站同步联测。第4期于2016年5月至11月单独观测完成。2 北斗坐标系实现实现北斗坐标系的数据处理分3个步骤。第1步是联合处理由全球IGS站、国内陆态网基准站和北斗地面监测站组成的全球GNSS网数据得到监测站坐标的单日松弛解第2步采用最小约束法将北斗监测站坐标单日解体现的框架对准ITRF2014框架第3步是将经框架对准的监测站坐标序列进行线性回归拟合得到历元2010.0的监测站坐标和速度最终实现北斗坐标系。2.1 站坐标松弛解在全球选取均匀分布且稳定可靠的62个IGS站国内选取27个陆态网基准站与8个北斗地面监测站组成全球GNSS网。全球网GPS数据处理用GAMIT10.5软件。软件采用绝对天线相位中心模型、FES2004海潮模型。为了更好地保持网形结构同时不影响松弛解解算结果国际IGS站坐标给予1 m约束国内基准站坐标给予10 m约束。除其他参数输出参数包括站坐标单日松弛解及其协方差矩阵。2.2 框架对准监测站坐标单日松弛解是有先验松约束的站坐标解。在框架对准之前需要将先验松约束去除。为此执行去约束运算[8-11] (1)式中∑unc代表去约束后的坐标协方差阵∑est代表坐标松弛解的协方差阵∑const代表加入的先验约束值。然后采用如下方程加入最小约束[10-12]将去约束解体现的框架对准于由62个IGS站ITRF2014(http://itrf.ensg.ign.fr/ITRF_solutions/2014/ITRF2014.php)坐标定义的参考基准 (2)式中N(∑unc)-1ΔXXC-Xapr, Xapr是站坐标近似值(松弛解采用的概略坐标)XC是松弛解的站坐标K是松弛解法方程自由项B(ATA)-1ATA是由概略坐标构成的偏导数设计矩阵 (3)根据式(2)得到北斗监测站4期观测时段的ITRF2014坐标序列。2.3 参考历元坐标和速度计算用线性回归方程拟合监测站4期站坐标序列未知参数取坐标和速度协方差矩阵由坐标时间序列的方差确定从而得到历元2010.0的监测站ITRF2014框架下的坐标和速度。表 4列出得到的监测站速度及其标准差。此外为了验证结果的可靠性将此次计算结果与前3期观测数据的计算结果进行比较发现北斗监测站坐标差异不到1 mm。表 4 北斗监测站速度及标准差讨论与建议(1) 关于坐标系重新实现周期。一个坐标系的每次实现无论多么精确随着时间的推移监测站坐标和速度的误差积累将越来越大以致坐标系重新实现成为不可避免。坐标系重新实现的结果就是框架的更新。重新实现就是利用历时更长的观测数据重新确定监测站坐标并将框架对准于最新的ITRF框架。现在的问题是参考框架更新周期多长比较合适一般而论总的原则是以北斗框架与ITRF框架的失准度小于规定的限差为准或者简单的北斗框架更新与ITRF框架更新的周期相同更新时间可以稍有落后。当然也可以根据其他实际情况而定例如由于监测站的数量变动或升级改造框架需要更新。笔者建议一般情况下北斗框架的更新周期可以采用ITRF的更新周期但稍有滞后。(2) 关于监测站境外布设与连续观测。鉴于北斗系统的全球性质监测站的境外扩展是必要的也是必然的这无疑有利于改善坐标系的实现精度。另外假若监测站采用长期连续观测对改善框架精度和现势性同样有益处。如果拥有长期连续观测数据数据处理方法当然需要相应改变或许可以采用监测站运动非线性假设有可能得到更逼真的监测站速度。因此笔者建议监测站的境外布设以及长期连续观测应是今后努力方向之一。(3) 关于卫星精密星历。如前所述导航系统的坐标系通过参考历元的监测站坐标和速度实现。这是实现坐标系的最基本形式因为监测站坐标是卫星轨道确定必不可少的输入参数。作为卫星定轨的输出卫星星历也是坐标系的重要体现(或实现)。卫星星历分为精密星历和广播星历。精密星历的精度为厘米级即代表厘米级精度的参考框架。广播星历实际上是精密轨道的外推精度一般在米级水平甚至更低一些代表低精度的参考框架。广播星历是用户最容易得到的坐标系产品。精密星历甚至也可以从网站下载得到。为了北斗系统应用的推广对于精密定位(点定位和相对定位)有必要组织例行化的北斗卫星精密星历的生成并通过有效形式向用户发布。(4) 关于北斗坐标系的标准化。卫星星历(轨道)既然是重要的坐标系产品那么卫星定轨所用的卫星动力学模型、地球重力场模型、天球参考系与地球参考系之间的转换模型和地球定向参数以及其他一些重要常数当属坐标系的重要内容。在实际工作中应将这些元素纳入坐标系一起考虑。为了使坐标系产品生产的规范化与北斗坐标系工作的正规化建议在条件成熟时有必要制定北斗坐标系标准以便实际工作有所遵循。总结(1) 北斗系统采用专用的地心大地基准。(2) 北斗系统的大地基准中文名称是北斗坐标系英文名称是BeiDou coordinate system英文缩写BDCS。(3) 北斗坐标系的不同框架的标识是“BDCS(W×××)”其中W×××标示该框架自北斗系统时第×××周0秒开始执行。(4) 北斗坐标系的原点、尺度、定向与IERS规范规定一致参考椭球采用CGCS2000椭球。(5) 北斗坐标系通过监测站坐标和速度与卫星星历实现。北斗坐标系还包括参考椭球、重力场模型、地球定向参数以及坐标转换参数等。(6) 北斗坐标系的首次实现包括参考历元2010.0时8个监测站ITRF2014框架下坐标和速度通过8个监测站4期GNSS数据与62个国际IGS站和27个国内陆态网络基准站数据的联合解算得到监测站坐标松弛解、框架对准与监测站坐标序列线性回归拟合得到。坐标标准差小于2 mm速度标准差小于1 mm/a。关于北斗坐标系工作提出如下建议(1) 北斗坐标系的重新实现周期一般与ITRF相同。(2) 北斗系统采取全球跟踪与连续观测。(3) 组织北斗卫星精密星历的生成与发布。(4) 注意北斗坐标系的标准化工作。未来智能实验室的主要工作包括建立AI智能系统智商评测体系开展世界人工智能智商评测开展互联网城市云脑研究计划构建互联网城市云脑技术和企业图谱为提升企业行业与城市的智能水平服务。 如果您对实验室的研究感兴趣欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”
