GB/T39787-2021
北斗卫星导航系统坐标系
CoordinatesystemofBeiDounavigationsatellitesystem
- 中国标准分类号（CCS）A75
- 国际标准分类号（ICS）07.040
- 实施日期2021-10-01
- 文件格式PDF
- 文本页数14页
- 文件大小867.06KB
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北斗卫星导航系统坐标系
国家标准 GB/T39787一2021 北斗卫星导航系统坐标系 CordimatesystemBeiDounavigationsatellitesystem 2021-03-09发布 2021-10-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花管理委员会国家标准
GB/T39787一2021 次 目 前言 范围 2 规范性引用文件 3 术语、定义和缩略语
3.1术语和定义 3.2缩略语 坐标系定义 4.l原点、尺度和定向 4.2参考椭球 4.2.l -般规定 4.2.2定义常数 4.2.3特殊应用常数 4.2.4其他常数 4.3相关主要模型和参数 5 北斗坐标系实现要求 一般概念 5.1 5.2北斗参考站要求 5.3北斗观测数据要求 5.4数据处理要求 北斗参考框架维持与更新要求 6.1北斗参考框架维持要求 6.1.1 -般概念 6.1.2维持要求 6.2北斗参考框架更新要求 6.2.1 -般概念 6.2.2更新要求 坐标转换 7.1转换类型 7.2转换模型及要求 7.3公共点选取 附录A规范性)导出几何常数公式 附录B规范性导出物理常数公式
GB/39787一2021 前 言 本文件按照GB/T1.1一2020<标准化工作导则第1部分;标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草
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本文件由中央军委装备发展部提出
本文件由全国北斗卫星导航标准化技术委员会(SAC/Tc544)归口
本文件起草单位;西安测绘研究所、北京卫星导航中心
本文件主要起草人:魏子卿、吴富梅、刘利焦文海、刘莹、曾安敏、徐君毅、方柳、明锋、郭睿,李晓杰、 王维嘉
GB/39787一2021 北斗卫星导航系统坐标系 范围 本文件规定了北斗卫星导航系统坐标系的定义、实现、维持与更新的要求,以及北斗卫星导航系统 坐标系与其他地心坐标系的转换方法
本文件适用于北斗卫星导航系统的建设,运行和应用
规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款
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GB/T39267一2020北斗卫星导航术语 术语、定义和缩略语 3.1术语和定义 GB/T392672020界定的以及下列术语和定义适用于本文件
3.1.1 国际地球参考框架internationalterrestrialreferenceframe;IRF 用于实现国际地球参考系的，一组全球分布的空间大地测量观测站的坐标和速度
3.1.2 参考椭球referenceelpsoid 大小和形状由赤道长半轴和扁率定义,代表地球体并经定位定向的旋转椭球体
3.1.3 地球重力场earth'sgravityfiedl 地球位,重力、,大地水准面(或似大地水准面、垂线偏差等的集合
3.1.4 2000大地坐标系统Chinageodetiecoordnatesystem2000;cGCS2000 建立的大地坐标系
其坐标系的原点位于地球质心,乙轴指向国际地球自转服务组织(IERs) 定义的参考极(IRP)方向.X轴为IERS定义的参考子午面(IRM)与通过原点且同Z轴正交的赤道面 的交线,Y轴满足右手法则
[[来源GB/T39267一2020,2.2.5] 3.1.5 北斗坐标系BeiDou ocoordinatesystem;BDcS ofBeiDo 北斗卫星导航系统坐标系coordin inatesystemof ounavigationsatelitesystem 北斗卫星导航系统(BDS)采用的大地坐标系
BDCS的定义符合国际地球自转服务(IERS)规范， 与CGCS2000的定义一致
[来源:GB/T39267一2020,2.2.6,有修改]
GB/T39787一2021 3.1.6 北斗参考站BDcsreferencestations 用于实现北斗坐标系的一组跟踪北斗卫星的北斗地面观测站
注:包括北斗卫星定轨观测的主控站、监测站和注人站
3.1.7 北斗参考框架BDcSrefereneeframme 体现北斗坐标系的北斗参考站的坐标和速度
注北斗参考框架的表示方法为BDs(YYYY.DoY),YYYY代表年份,DoY代表年积日
Ds(YYYY.DoY) 表示该框架从YYYY年第DOY天UTC0时启用
3.2缩略语 下列缩略语适用于本文件
BDS;北斗卫星导航系统(BeiDouNavigationSateliteSystem) ereauInternationaldel'Heure BIH国际时间局(Ber Satellite GNSs;全球卫星导航系统(GlobalNam system) vigation GLONASS;格洛纳斯卫星导航系统(GlobalNavigationSatelliteSystem System GPS;全球定位系统(GlobalPositioning GTRF;伽利略大地参考框架(GalileoTerrestrialReferenceFrame) PZ-90:PZ-90坐标系(Pat arametersoftheEarth1990System eocentricCoordinateTime TCG地心坐标时(Ge wGS84:1984世界大地坐标系(worldGeodetieSystem1984 坐标系定义 4.1原点、尺度和定向 BDCS的定义与CGCS2000的定义一致
原点、尺度、坐标轴的定向及其时间演变定义符合以下 IERS定义 a 原点;位于包括海洋和大气的整个地球的质量中心; b)尺度:长度单位为米(m)
这一尺度同地心局部框架的TcG时间坐标一致; c 定问.在18Lo时初始定向与团的定问- -致; d)定向时间演变;定向随时间的演变相对于整个地球的水平构造运动无整体旋转
Dcs为一有手直角坐标系
原点位于地球质量中心,乙轴指向IERS参考极方向,X轴为IERs 参考子午面与通过原点且同乙轴正交的赤道面的交线,Y轴完成右手直角坐标系,见图1
GB/39787一2021 参考椭球 ERs参考极 参考子午面 ERS 地球质心 图1北斗坐标系参考椭球 4.2参考椭球 一般规定 4.2.1 BDCS参考椭球与CGCs2000参考椭球一致,其几何中心与BDCs的原点重合,旋转轴与BDCs的 Z轴一致
BDcS参考椭球也是表面为正常重力场的等位面的正常椭球,由四个常数(a",f,o)定 义,几何常数和物理常数导出公式及数值应符合附录A和附录B 4.2.2定义常数 BDCS参考椭球的定义常数如下 长半轴;4=6378137.0m; a 包含大气的地心引力常数GM(亦可用表示);/=3986004.418X10nm/s" b) 扁率;f=1:298.257222101 c d 地球自转角速度;w=7292l15.0×10-rad/s 4.2.3特殊应用常数 北斗坐标系采用的特殊应用常数见表1
表1特殊应用常数的值 值 应用常数名称 不包括大气的地球引力常数GM'7/m'/s GM=3986000,9×10 地球大气的引力常数GM./(m'/s) GM=3,5×10" =7292115.8553×10-"十4.3×10-T co 式中 -自J2000.0的儒略世纪数,Tu=d/36525 在进动参考架中地球角速度o”/rad/s) T 自JD2451545.0UT1的世界时(UT)的天数,取值 d， 士0.5,士1.5,士2.5,d=JD2451545
GB/T39787一2021 4.2.4其他常数 北斗坐标系采用的其他常数见表2. 表2其他常数的值 值 其他常数名称 大地水准面的位W/m'/s' W
=62636856.0士0.5 地球位尺度因子Ro/m R
=GM/W=6363672.6士0.l 动力学扁率H H 1/305,4413 8.,0091029×10 一就092559x10 地球的主惯性矩A、B,C/kgm' 8.0354872×10" 4.3相关主要模型和参数 北斗坐标系宜采用IERS推荐的相关模型和参数,见表3
表3BDcs推荐的模型和参数 模型种类 模型名称 地球重力场模型 EGM2008模型 地球定向参数 ERsS地球定向参数 岁差一章动模型 AU2000/2006模型 固体 IERS模型 海潮模型 FES2004模型 行星历表 DE421 5 北斗坐标系实现要求 5.1一般概念 北斗坐标系的实现应采用专用的软件、算法和模型通过处理分布在全球的北斗参考站观测数据,获 得北斗参考站高精度的坐标,实现过程应符合北斗参考站、观测数据和数据处理等要求
5.2北斗参考站要求 北斗参考站建设应遵守如下要求 a 参考站的观测墩建在稳固的基岩上,避开因地基不稳定而产生沉降和位移的地区;对无法建在 基岩上的站点,应进行地基处理,保证点位稳定; b 参考站宜尽量全球均匀分布
5.3北斗观测数据要求 北斗参考站观测数据应符合如下要求
GB/39787一2021 采用BDs/GNSS接收机连续观测; a b 参考站观测视场内障碍物高度角不超过15";参考站远离大功率发射源,远离高压线和微波无 线电信号传送通道及电磁场较强的地区;避开雷击区及多路径效应严重的环境 观测仪器应强制对中
5.4数据处理要求 北斗坐标系实现的数据处理应遵守如下要求 采用两套独立软件进行数据处理并比对; a b)从ITRF参考站中选取若干全球均匀分布、稳定、可靠、具有较长观测时间的参考站作为基准 站(基准站一经选取宜尽量保持不变); 收集数据:北斗参考站观测数据、ITRF站观测数据 c 构建包含北斗参考站和ITRF站的全球网 d 采用松约束解算全球网,获得松弛解; ee 采用通用基准约束方法,对全球网施加约束,实现与最新的ITRF框架对准,获得北斗参考站 坐标; 精度评估 g 北斗参考框架维持与更新要求 6.1北斗参考框架维持要求 6.1.1一般概念 北斗参考框架维持是指对构建的全球网数据进行处理,分析北斗参考站坐标时间序列,研究坐标变 化规律,获得精确的北斗参考站速度,并对坐标进行修正
6.1.2维持要求 北斗参考框架的维持应遵守如下要求 采用两套独立软件进行数据处理并比对; a 收集数据:参考站历年坐标时间序列、当前参考站观测数据、当前ITRF站观测数据; b 采用松约束解算当前构建的全球网,获得松弛解 c d 采用通用基准约束方法,对当前全球网施加约束,实现与当前采用的1TRF框架对准,获得北 斗参考站坐标; 合并参考站所有坐标时间序列并进行分析和处理,获得参考站速度; h精度评估; f 利用解算获得的速度,获得参考站在不同解算历元的坐标
6.2北斗参考框架更新要求 6.2.1一般概念 北斗参考框架更新是指通过对历年北斗参考站数据进行处理,获得对准于最新的ITRF框架的北 斗参考站坐标及其速度
6.2.2 更新要求 北斗参考框架更新应遵守如下要求
GB/T39787一202 采用两套独立软件进行数据处理并比对
a b 常规更新;每年更新一次,采用更新之后的参考站坐标及速度代替之前版本的结果
特殊更新:当通过维持解算得到的参考站(一个或者几个)坐标与当前使用的坐标分量超过限 c 值3em即进行更新
d 当模型或参数发生较大变化时的框架更新 收集数据;参考站所有观测数据、国际ITRF站所有观测数据; 1 采用松约束解算所有全球网,获得松弛解; 22 采用通用基准约束方法,对全球网施加约束,实现与最新的ITRF框架对准,获得北斗参 33 考站坐标; 对北斗参考站坐标时间序列进行分析,获得坐标及速度; 44 精度评估
5 当模型或参数未发生较大变化时的框架更新 1) 收集数据;参考站历年坐标时间序列、当前参考站观测数据、当前ITRF基准站观测数据; 采用松约束解算当前构建的全球网,获得松弛解 2 3 采用国际通用基准约束方法,对所有全球网施加约束,实现与最新的ITRF框架对准,获 得北斗参考站坐标; 4 对北斗参考站坐标时间序列进行分析,去除各种误差影响,获得参考站坐标及速度; 5 精度评估 坐标转换 7.1转换类型 北斗坐标系的坐标转换主要包括BDCS与其他地心坐标系(CGCS2000、WGS84、GTRF、PZ-90等 之间的转换
7.2转换模型及要求 从坐标系1变换到坐标系2,采用七参数模型,见公式(1)
m A 1 z小 m 式中: AX、AY、AZ 平移参数,单位为米(n m -旋转参数,单位为弧度(rad: Ex、ey、e2 尺度少化参数,无量纲
n 七参数模狸的适用范围,取决于坐标精度的一致性或者网的均匀性
如果变换的两个坐标系中各 自坐标精度有很好的一致性,则全国范围可以用一组变换参数
否则,变换可按地区进行,不同地区用 不同的转换参数
7.3公共点选取 公共点选取应满足如下要求 优先选用具有两种坐标系下的高精度的地面点坐标作为公共点 a
GB/39787一2021 b)其次选用具有两种坐标系下的高精度卫星位置作为公共点 也可采用具有两种坐标系下的高精度精密星历解算的地面点作为公共点; c 或可采用具有两种坐标系下的广播星历解算的地面点作为公共点
d
GB/T39787一2021 附 录 A 规范性) 导出几何常数公式 导出几儿何常数公式包括 子午椭圆第一偏心率;BDcS参考椭球子午椭圆第一偏心率根据公式(A.1)采用迭代方式 a 计算 oa .A.l e=3十 音 GM2g 式中: 地球重力场的2阶带谐系数 3 tan-le 2q 万 -1/2 儿何扁率:BDCS参考椭球儿何扁率根据公式(A.2)计算 b =1一(1一e)13 (a A.2 或 6/a 短半轴BDCS参考椭球短半轴根据公式(A.3)计算 (A.3 d 线偏心率;BDC参考椭球线偏心率根据公式(A.4)计算 b')1/2 E=ae" 或 E=a" (A.4 极曲率半径;BDCS参考椭球极曲率半径根据公式(A.5)计算 (A.5 或 c=al一e c=a"7/6 从赤道到极的子午圈弧长:BDCS参考椭球从赤道到极的子午圈弧长根据如下公式(A.6 ff 计算 *开2 dB Q=a(1一e 一esinB)丽 A.6 175 11025 43659 e )" =a(1一e2 e》十 64 256 " 1638 式中 B 大地纬度
椭球体积;BDCS参考椭球体积根据公式(A.7)计算 8 1/ V-吉" v- 了(1一e' 或 -Ta'b A.7 h 椭球表面积BDCS参考椭球表面积根据公式(A.8)计算 -2和(+n S A.8 算术平均半径;BDCS参考椭球算术平均半径根据公式A.9)计算 /3 十b)7 R =a十a a(I一f/3 = (A.9 =a[2+一e=)'2]/3 同面积之球半径;BDcS参考椭球同面积之球半径根据公式(A.10)计算 1/2 +“如) R？=a (A.10
GB/39787一2021 同体积之球半径;BDCS参考椭球同体积之球半径根据公式(A.11)计算 =a(1一e1 A.l1 R 或R;=(a'b)' 根据上述公式和常数得到的BDCS参考椭球几何常数数值见表A.1
表A.1北斗坐标系参考椭球的导出几何常数值 值 值 常数名 常数名 6356752.3141 298.257222101 短半轴b/ 扁率倒数1/ m 521854.0097 0.996647189319 线偏心率E/ 轴比b/a 极曲率半径c/m 6399593.6259 子午圈一象限弧长Q/m1 10001965.7293 第一偏心率e 0.081819191042782 椭球体积V/km l083207319783,546 第 -偏心率平方e 0.00669438002290 椭球表面积S/km 510065621.718 第二偏心率e 0.082094438151912 算术平均半径R/m 6371008.7714 同面积之球的半径R:/m 6371007.1809 第 0.00673949677548 二偏心率平方e' 6371000.790o 同体积之球的半径R 0.00335281068118 R/m 扁率了
GB/T39787一2021 B 录 附 规范性 导出物理常数公式 导出物理常数公式包括 参考椭球的正常位;BDCS参考椭球的正常位根据公式(B.1)计算 a 以-，+士"" B.1 b)正常引力位(重力位U减去离心力位);DCS参考椭球正常引力位根据公式(B.2)计算 Y- (B.2 尸(cos0) 兴(-'.(") 式中 向径,单位为米(m); 极距,单位为弧度(rad); 2n阶勒让德丽数,用下式(B.3)递推: P d2”(cos/)?一1)2" Pcos/ B.3 s2" n" (cos/ 地球重力场的2阶带谐系数,定义常数
2阶以上偶阶带谐系数用下式(B.4)递推 3e" J2，=一l)" 一n十5n 2n十(2n十3 B.4 赤道正常重力和极正常重力，BICS参考椭球赤道正常重力x
和极正常重力y，根据公 式(B.5)计算 GM m 1一n一 6 go B.5 e" GM > 1十 式中 i-(+(-g')-" w'a'6 n三 GM 重力扁率;BDCS参考椭球重力扁率根据公式(B.6)计算 d 广”-，- --- B.6 几何扁率和重力扁率满足的关系:BDCS参考椭球几何扁率和重力扁率满足以下关系(克莱劳 定理),见公式(B.7) 十-“(+- (B.7 fD 椭球面重力的平均值:BDCS参考椭球面重力的平均值,见公式(B.8)和公式(B.9). cosBdB rcosBdB -驾 一
SI esin'B (B,8 n(十-小-[r-(+" 10
GB/39787一2021 式中: bY k一 B.9 aY 地球质量;BDCS参考椭球地球质量,见公式(B10). M=GM/G B.10 式中 G -牛顿引力常数,G=6.67259×10-m/kg/s h 椭球对其短轴的转动惯量;BDCS参考椭球对其短轴的转动惯量,见公式(B.11): 几-号 B.11 椭球对其长轴的转动惯量:BDCS参考椭球对其长轴的转动惯量,见公式(B.12) J
=一Ma'(2一) B.12 根据上面公式和常数可得到BDCS参考椭球的物理常数数值,见表B.1
表B.1北斗坐标系参考椭球的物理常数值 常数名 常数名 9.8321849402 椭球面正常位U./(m/s62636851.7149 极正常重力y,/(m/s 4阶带谐系数 -0,2370911256140×10 平均正常重力/(m/s') 9.7976432224 6阶带谐系数J
0.6083465258888×10 重力扁率 0,00530244174137 8阶带谐系数J -0.l426811009796×10-" =bY/aY
一1 0,00193185297052 地球质量包括大气 5.97333196×103" 0.1214393383337×10- 10阶带谐系数J M/kg 椭球对短轴的转动惯量 m=w'a'6/GM 0.00344978650676 9.71995668×10 /(kgm 椭球对长轴的转动惯量 赤道正常重力Y./m/s' 9.7803253349 9,68742213×107 ./(kg”nm
深入探究北斗卫星导航系统坐标系GB/T39787-2021
北斗卫星导航系统是我国独立建设的全球卫星导航系统，具有高精度、高可靠、全天候、全天时等特点，在交通运输、农业、测绘、地质勘查、资源调查、灾害应急等领域得到了广泛应用。
北斗卫星导航系统采用的坐标系是一种大地坐标系，即以地球椭球体为基准面建立的坐标系。根据国家标准GB/T39787-2021《北斗卫星导航系统空间参考坐标系与时间系统》规定，北斗卫星导航系统采用的空间参考坐标系是“WGS84/ITRF2014跨接坐标系”，其坐标原点位于地球质心。
在北斗卫星导航系统中，常用的坐标系有两种：大地坐标系和空间直角坐标系。大地坐标系是将地球表面点的经纬度转换为其在地球椭球体上的三维坐标，以地心为原点建立的坐标系。而空间直角坐标系则是以某一点或物体的质心为原点，以三条相互垂直的轴线为坐标轴建立的坐标系。
北斗卫星导航系统坐标系GB/T39787-2021规定了大地坐标系和空间直角坐标系的定义、转换方法及使用等内容。其中，大地坐标系包括经度、纬度和高程三个分量，可以通过北斗卫星导航系统实现地面目标的精确定位。而空间直角坐标系则包括东向、北向和天向三个分量，常用于卫星运动轨迹计算、卫星遥感应用等领域。
总之，北斗卫星导航系统坐标系GB/T39787-2021对于保障我国北斗卫星导航系统在各个领域中的应用具有重要意义，同时也为相关专业人士提供了统一的规范和标准。
