华南理工大学惯性导航建模仿真研究.docx
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华南理工大学惯性导航建模仿真研究
1.3惯性导航故障引发的飞行事故
惯性元件陀螺仪的特性，因此容易产生偏在实际运用的中埋下了安全隐患。
1.3.1事故描述
威西岛帕雷镇南方8公里海岸外，约300米的海域，印尼亚当航空公司的一架由美国波音公司生产的波音为这次的飞行事故埋下了伏笔，据悉，机场方面曾给予机组关于恶劣天气的警告。
航班在飞行途中遇到了时速高达70公里的侧风，机组在那里改变了航向向东，然而去失去了联系。
1.3.2事故分析
2惯导系统的组成和工作原理
2.1功用
惯性导航系统（Inertialnavigationsystem）是一种自主式的导航方式。
基于惯导系统具有不对外辐射信号且不受到外界干扰等优点，因此惯导适用于各方面用户的导航需求。
伴随商业领域对导航需求的崛起以及军用导航的发展，惯性导航技术被不断应用到新的领域。
惯导范围已有原来的陆地车辆，船舶，舰艇，航空飞行器等，拓展到如今的航天飞机，大地测量，地球物理测量，资源勘测，制导武器，星际探测，海洋深海探测，隧道以及铁路等方面，并且甚至在机器人，儿童玩具，摄像机中也被广泛应用[10]。
上述的导航参数均有机载惯性导航系统中的平台式惯导所提供。
而后伴随惯性导航系统的发展，出现了能够直接把惯性元件（加速度计和陀螺仪）直接固定在机体上的捷联式惯性导航系统。
该系统不仅能够测得上述参数外，而且还能够得出垂直导航参数，例如惯性高度、垂直速度等。
除此之外，飞机沿三个轴相关的线加速度、角速率以及航迹加速度多达三十几种的参数都能够被捷联式惯性导航侧的。
因此，捷联式惯性导航系统能为飞行员提供的信息比飞机上其他测量装置要多，捷联式惯导系统已经被称为是飞机的中心信息库。
2.2结构
机载惯性导航系统通常都是有这几个部分所组成的：
陀螺和加速度计、惯性平台、导航计算机、控制显示器、电源及必要的附件等。
2.2.1陀螺仪
伴随航海、航天、航空领域的蓬勃发展，陀螺仪的种类也日趋繁多。
从结构而言，有二自由度陀螺和三自由度陀螺。
二自由度陀螺即该陀螺只能围绕两个相互垂直的轴进行自由旋转，如图2.1所示。
三自由度陀螺即该陀螺能够围绕三个互相垂直的轴做自由旋转，如图2.2所示。
具有外框与内框的三自由度陀螺，能够保证转子轴在空间内指向任意方向，故由外框与内框组成的支架被称为外能支架。
从三自由度陀螺结构而言，该陀螺中支点与重心相重合，且轴承没有摩擦，故称为自由陀螺。
该陀螺为理想陀螺，可用于工作时间短的弹道式火箭或宇宙飞船。
三自由度陀螺中拥有者能够模拟某一方为的定位的陀螺，如方位陀螺和垂直陀螺。
而在二自由度陀螺中，根据其特性的不同又分为阻尼陀罗尼、积分陀螺仪、速度陀螺仪等。
而根据支撑形式不同又分为气体支撑式、液浮式、滚珠轴承式[12]。
陀螺仪在航海、航天、航空等诸多领域都有着广泛的应用。
如在航空中陀螺仪常被用作指示仪表（航空地平仪、陀螺半罗盘、罗盘系统、转弯仪等）；用陀螺作传感器；测量飞机各种轴的转动角速率。
三自由度陀螺仪具有稳定性和进动性两个基本特性。
稳定性即三自由度陀螺能保持自转轴在空间的方向不发生变化的特性。
而定轴性即陀螺转子高速运转之后，无外力矩作用，基座转动，但支撑在外向支架上的陀螺仪自转轴指向惯性空间的方位不变。
虽然稳定性与进动性是任何一种脱落的的两个特性，但同时也是陀螺在运动工程中互相矛盾所体现的地方。
在稳定性方面而言，陀螺的稳定性若是越好，则其进动性就减弱，换言之，若存在外力矩作用下，那么进动性减弱；而在进动性方面而言，若陀螺的进动性越明显，那么陀螺的稳定性则越差。
这两个互相矛盾的特性，互相联系。
而当陀螺进行高速运转的时候，稳定性与进动性同时存在其运动过程中。
但与此同时，陀螺的这两个特性也是可以互相进行转换的。
若没有外力矩的作用时，则陀螺处于相对稳定的状态，此时陀螺则具备了章动或者定轴的特性。
但若一旦受到外力矩的作用时，就会从稳定的状态转换到进动，从而表现出其进动性。
但之后外力矩若消失后，陀螺又会表现出相对的稳定。
而这两个特性相互转换的条件是陀螺的自转和外力矩作用的时间。
陀螺在实际被运用的时候，受到各种方向，大小的常常变化的外力矩作用是无法避免的。
因此，陀螺的稳定性是相对的、暂时的。
但相反脱落的进动性却是绝对的、经常地。
2.2.2加速度计
加速度计（accelerometer）是通常被用于测量加速度的元件。
测量加速度是当代工程技术提出的重要研究对象[14]。
其中，动载荷被定义为物体具有较大加速度时，该物体所装备的仪器设备及其本身和另外无加速度的物体都能提供相同大的加速度力。
而测出加速度是求解动载荷必要条件。
另外，若欲知飞机，舰艇和火箭各瞬时所在的空间位置，可以利用惯性导航进行连续测量加速度，再通过积分运算从而获取速度矢量，二次积分便可获得方向位置坐标信号，同方式下可测得三个坐标方向的位置信号，综合运动曲线并且可给予航行器瞬时空间位置。
在另外部分控制系统中，加速度信号常被需要作为产生控制作用所需的信息，而连续的被测量加速度也是必须的。
加速度传感器为能够不断给予加速度信号的器件[15]。
加速度计的结构如下图2.3所示：
信号输出器、敏感器件、参考质量、外壳（固连被测物体）。
加速度具有相对一定量程和敏感性、精确度等。
而在某种程度而言，这些要求也是矛盾的。
不同加速度计意因于原理不同，导致量程也不尽相同，同样，对突变加速度频率的敏感性也不尽相同。
常见加速度依具的原理有：
参考质量由壳体与弹簧相连接，加速度分量的大小由壳体与它相对的位移来反映，该信号可以利用电压器来输出；参考质量由壳体和弹性细杆相连接，加速度所产生的动载荷会将杆变形，而变形的大小会被应变电阻丝来感应，而加速度分盘大小的电信号成为输出量等。
为了测出空间或平面的加速度矢量，通常将安装两三个加速度计，用来分别测量一个加速度计分量。
随着测量要求和被测物体的不同，各加速度计具有不同的实现方式和不同原理。
譬如飞行器上，陀螺加速度计是按陀螺原理来设计的。
加速度计通常用来测量运载体的线加速度。
最早应用的飞机仪表应属测量飞机过载的加速度计。
而对飞机而言，加速度计还可以用来监控飞机结构疲劳受损情况与发动机故障。
在惯性导航系统中，敏感元件离不开具有高精度的加速度计。
使用场合的不同，会让加速度计在性能上有较大的不同。
在要求较高的惯性导航系统中，则要求其分辨率在0.001g，而量程却不大；用于测量飞行器过载的加速度计精度要求不高，却有着10g的量程。
2.3工作原理
2.3.1常用坐标系
众所周知，若想要研究某一物体相对于另一物体运动，则必须得之具有和这两个运动物体有所关联的参考坐标系，才可以确定其位置[16]。
无论是飞机、车辆、还是舰船，最为重要的是要了解物体相对于地理坐标系下的水平姿态角与航向角和相对地球的地理位置，故在运动物上获得一个惯性坐标系或一个地理坐标系是极为重要的。
惯性元件陀螺仪具有着重要的作用是它能在运动物体上模拟惯性坐标系或者地理坐标系。
下述坐标为惯性领域中最为常见的坐标系：
（1）惯性坐标系（InertiaCoordinateSystem）
该坐标系原点为地球的中心，x轴与y轴均位于赤道面，其定义无关紧要，此处定义为x轴指向春分点，y轴与另外两轴形成右手坐标系，z轴则与地球自转相重合。
通常该坐标系与时间无关紧要，是相对惯性空间不做任何运动的理想坐标系。
此坐标系亦称地球固定坐标系，于导航中经常被作为参考坐标系。
（2）地球坐标系（geocentriccoordinatesystem）
地球坐标系有两种几何表达方式，即地球大地坐标系和地球直角坐标系。
地球大地坐标系的定义：
地球椭球的中心与地球质心重合，椭球的短轴与地球自转重合。
空间点位置在该坐标系中表述为L、B、H。
地球直角坐标系的定义为：
原点与地球质心重合，X轴指向地球赤道面与格林尼治子午圈的交点，Z轴指向地球北极，Y轴在赤道平面里与XOZ构成右手坐标系。
（3）地理坐标系（geographiccoordinatesystem）
地理坐标系，被认为是实际世界的坐标系，被用于明确事物在地球上具体的坐标系。
任何特点的地理坐标系都是由相对应特点椭圆体和其地图投影相构成的，而该椭圆体则是对地球形状数学描述，地图投影则是把球面坐标与平面坐标相转换的一种数学方法。
实际运用的地图大多数是按照某特定的地理坐标系来表示坐标数据。
（4）机体坐标系（vehiclecoordinatesystem）
机体坐标系，固定于飞机上或者飞行器上且遵循右手法则的三维正文直角坐标系，该原点位于飞行器的重心，OX轴位于飞行器参考平面内平行于机身轴线并指向飞行器前方，OY轴垂直于飞行器参考面并指向飞行器右方，OZ轴在参考面内垂直于XOY平面，指向航空器下方。
（5）大地坐标系（GeodeticCoordinateSystem）
大地坐标系是大地测量从参考椭球面建立起来的坐标系。
地面店的位置用大地经度、大地纬度和大地高度来表示。
大地坐标系的确立包括选择一个椭球体、对椭球进行定义和确定大地起算数据。
一个大小、形状、定向和定位均已明确的地球椭球体叫做参考椭球。
而参考椭球一旦确定，则标志着大地坐标系已经建立。
大地坐标系是一种地理坐标系。
大地坐标系为右手坐标系。
（6）导航坐标系
该坐标系为惯性导航系统在解算导航参数时必须运用到的坐标系。
对于捷联惯性导航系统而言，惯性测量元件所测得的机体系中的分量，但导航参数却不在机体坐标系下解算，因此必须要把加速度计中所测得的量分解到另一方便解算的导航参数的坐标系下，然后进行导航解算。
因在载体内部所测得坐标系不同以及所选的导航坐标系的不同的差异，导致了构成不同的导航方案[18]。
地理坐标系为最为常见的导航坐标系。
因选择地理坐标系为导航坐标系时，经纬度相近90度时，便会有发散的情况，因此并不合适全球导航。
而对于高纬度区域，单位经度角对应的地球表面的弧度将变短，陀螺力矩将承受过大的控制电流，在物理上不易实现。
因此，游动方位角坐标系被用于极地航路的导航。
而本文建模仿真将采用地理坐标系作为导航坐标系。
又因地理坐标系系与载体坐标系可以确定姿态矩阵，故采用地理坐标系最为方便。
本文第三章将对大地坐标系与地心坐标系进行详细介绍，并利用matlab软件平台实现两个坐标系相互转换的建模仿真研究。
2.3.2惯导原理与框图
惯性导航为一种自主式的导航方法。
基于牛顿定律之上，利用一组惯性元件加速度计进行连续的测量，后再将其中提取出运动载体相关导航坐标系的加速度信息区来断运载体与其目标的相对位置；后因载体初始速度已知，故将其一次积分，得出载体相对于导航坐标系的即使位置信息。
而对于例如飞机这类近地运动的载体而言，如果导航坐标系选取的为地理坐标系，那么上述相关速度信息的水平分量即为飞机的地速。
除此之外，利用该该已知导航坐标系，通过计算与测量，就可得到该载体相对地平坐标系下的相关姿态信息，即俯仰角、横滚角、航向角。
因此，利用惯导系统的相关工作，就可即时解算出全部的导航参数[19]。
平台式惯性导航与捷联式惯性导航为惯性导航系统中的两大类。
当中，捷联式惯性导航把惯性元件（加速度计和陀螺仪）直接安装于运载体之上，而并不需要常平架系统和稳定平台的惯性导航系统；而平台式惯性导航系统则是把惯性元件安装于一个稳定的平台之上，并将平台坐标系作为测量运载体相关运动参数的惯性导航系统。
两种惯导系统的原理框图如图2.1及2.2所示：
图2.1捷联式惯性导航系统原理框图
图2.2平台式惯性导航系统原理框图
捷联式惯性导航的工作原理：
陀螺仪与加速度计为捷联式惯性导航系统中的两大敏感元件。
陀螺仪将其组件所测取得到运载体坐标系的角速度信息导入到导航系统中的计算平台，再进行计算误差补偿，最后进行姿态矩阵运算。
而加速度计将其组件所测取的运载体坐标系三轴加速度信息导入导航系统中的计算平台，再进行计算误差补偿，最后将运载体坐标系转换成平台坐标系。
惯性元件均沿着机体坐标系三轴方向安装，而且与机体固定相连，故它所测量得出的均为该机体坐标系下的物理量。
比力是指加速度计组件测量的机体坐标系对于在惯性空间的加速度对机体坐标系下的投影。
与之不同，捷联式惯性导航系统中，相关导航计算要在该坐标系下直接完成。
所以，第一步就是直接要把机体坐标系对导航坐标系的转换，而这转换是利用相关姿态矩阵来完成。
而该矩阵则是利用惯性元件陀螺仪的输出，即运载体在惯性空间中转动而获得的角速率在机体坐标系中的投影解算获得；但姿态矩阵却都是随时间变化而变化的。
除此之外，机体姿态角可以从姿态矩阵中获得。
因要最大程度简便的提取机体的姿态角和变化比力，因此，捷联式惯性导航系统需要连续的求解姿态矩阵。
上述为捷联式惯性导航系统中的计算机自行运算的功能，主要区别是与平台式惯性导航系统的物理平台[20]。
2.4使用特点
惯性导航是一种完全自主式的导航方式。
而惯性导航系统则是通过精准的测量运载体旋转运动角速率和直线运动加速度信息，并将其传送至惯导系统中的数字计算机中，进行数学积分的运算，从而得出导航数据。
故惯导系统不与外界发生任何电、声、光、磁的联系，实现了与外界真正的隔绝。
在遐想的“封闭”空间内来实现精确的导航，因此，惯导系统具有着极好的隐蔽性，且工作环境不受外界气象条件等以及些许人为的外界干扰等优点。
恰是这些优点，有利于惯导系统在军事等领域的运用。
捷联式惯性导航系统的特点：
1.功能全面。
捷联式惯性导航不仅能够拥有平台式惯性导航所有的功能之外，而且还可以对运载体进行实现垂直导航的功能。
此外，由于陀螺和加速度计是直接固定在了运载体上，所以机载捷联式惯性导航还能提供飞机各轴之间的线速度和角速度。
飞机的飞行控制系统将运用这些参数数据，军用机中的火控系统也具备运用这些参数的功能。
民航波音757/767两种机型上安装的激光陀螺惯性基准系统（即捷联式惯性导航系统）能提供给飞机多大35种信息。
2.结构简单。
在惯性导航系统中，由于没有电器机械平台，所有该系统结构较为简单，重量较轻，维护较为方便，而由于机电平台结构和线路产生的故障的概率也得到了很大的减缓。
3.可靠性高。
相比于使用电气机械平台，让具备高可靠性的激光陀螺的捷联式惯性导航来取而代之，外加使用余度等一系列技术，大大提高了捷联式惯性。
4.对惯性元件和计算机的要求高。
贯穿捷联式导航系统的整个发展历程，一直存在着两大障碍，一是惯性元件，特别是陀螺的性能；二是计算机的效率低下，运算速度过慢等问题。
而正是这两个问题曾经制约着捷联式惯性导航的发展。
2.5本章小结
本章详细介绍了机载惯性导航系统的功用，并对其工作原理及其原理框图进行了阐释，继而介绍了惯性导航系统的功用。
同时，基于其工作原理，介绍了与之相关的部分坐标系，并为第三章中大地坐标系与地心坐标系的转换做好了充足的准备。
3惯性导航坐标系转换的建模仿真分析
作为仿真建模的专业软件MATLAB在惯性导航运行工作原理仿真中一定会被使用到。
本章将利用MATLAB软件来对大地坐标系与地心坐标系相互转换这一关系进行相关的建模分析。
如今，机载惯性导航能精准的测量出飞机所需的各种导航参数，如地速、位置、偏航角、航迹角、偏航距离、风速、风向等；同时也能测量出姿态参数，如倾斜角、俯仰角、和航向等；并能与飞机其他系统配合完成人工或自动驾驶。
在惯导定位系统中，惯性元件加速度计与陀螺仪测量采用的是地心坐标（亦称质心坐标系、球体坐标系），即WGS-84坐标系。
而已参考椭球体中心为原点的地心坐标系则是经典大地测量所采用的。
然而其椭球参数相差较大，因而造成了已知值与观测值有一定差距。
目前，我国所用的1980西安坐标系和1954年北京坐标系都属于地心坐标系。
因此，常用惯性导航观测的坐标值与民航飞行中常用地形图是不同的坐标系。
例如，实际导航中，惯导观测值与1980年西安坐标系的地图上的同一点在地理位置上存在偏差。
基于上述原因，为了减少惯导因为不同椭球参数而产生的定位误差，须对各类参数进行调整和重新设置，从而更广泛运用到飞行中去。
本章与惯性导航工作原理相关的坐标系转换的建模与仿真分析过程及步骤主要如下：
（1）对两类坐标系系统中所涉及的地球参数进行初始化；
（2）对角度制弧度制转换子程序进行程序解析、框图绘制并且应用于算例；
（3）对坐标转换子程序进行程序解析、框图绘制并且应用于算例；
（4）对主程序进行程序解析、框图绘制并且应用于算例。
3.1欧拉角
通常通过2个相对独立的角度来描述固定连接在刚体上的一个轴的空间取向，然而若刚体围绕该轴进行转动，则依旧需要另外一个独立的角进行描述。
因此，建立一个广义坐标需要取三个独立的角度，就可以完全确定定点转动时刚体相对于空间的角位置。
简单来说，可以通过三次独立转动获得的三个转动角来确定刚体坐标系相对于参考坐标系的角位置，这也就是颇为著名的欧拉法。
而这相对独立的三个则被称为是欧拉角。
运载体（飞机、航天器、舰船、等）、平台载体、陀螺转子位于空间的角位置，实际上均可以用欧拉角来表示。
欧拉角（Eulerianangle）通常被用来表明确定点转动刚体三个独立角的参量，三分角分别是自转角、旋进角（即进动角）与章动角。
该角因为有欧拉首先提出，因此以之命名。
欧拉角的取法并非单一，而最为常见的如下图3.1所示，通过定点O做出Oxyz即固定坐标系以及固定在刚体上的坐标系Ox’y’z’。
基本轴为Oz和OZ’时，垂直平面Oxy与Ox’y’就为基本平面。
章动角为轴Oz到OZ’的角。
Oxy与基本平面Ox’y’的交线为节线，它又是平面ZOZ’的垂线。
在右手坐标系中，若从ON正面来看，角θ应该按照逆时针的方向来计量。
假如Oxyz与Ox’y’z’的初始位置互相重合，那么通过饶ON、OZ与OZ’转动后，刚体所得到的位置如下图3.1所示。
位于三维空间的任何一个参考系，均可以用三个欧拉角来表示参考系中任何坐标系的取向。
实验室参考系即参考系是相对静止的。
然而坐标系因固定于刚体，因此随刚体旋转而转动的。
如图3.1所示，若参考系的参考轴为xyz轴，则交点线为XY平面和xy平面的相交线，即英文字母N。
ZXZ顺规欧拉角在静态下定义如下：
Y是交点线和x轴的夹角，B是Z轴与Z’轴的夹角，a是X轴与交点线的夹角。
但是遗憾的是，夹角的标记与顺序，以及两个轴的旋转，没有任何相对的规定。
因此，每当应用欧拉角的时候，夹角的顺序要明确的被指出，并指定为参考轴。
然而实际应用上，欧拉角方法只是设定两个坐标系相对取向众多方法中的一种。
另外，许多不同欧拉角的组合以及应用不同，同样的欧拉角具有许多不同的名字，因此，在运用前必须明确其定义。
图3.1欧拉角
3.2地心坐标系与大地坐标系
地心坐标系（o-xyz）于大地体系内被建立。
该坐标系的原点为地球质心，并且该椭球的中心和地球的质心相重合，并且该椭球的定位和大地水准基面最密合。
其常见的两种表现形式为坐标元素为B、L、H的地心大地坐标系和坐标元素为X、Y、Z的地心空间直角坐标。
地心坐标系别称地理坐标系，在大地测量中，该坐标系是把大地起始子午面与地球椭球赤道面作为起算面后参考椭球面为基准面从而建立坐标系。
大地测量的基本坐标系就是地心坐标系，该坐标系有经度L、纬度B、和高度H表现相关地面店空间位置。
坐标系中的经度L为空间任意一点和参考椭球自转轴所属面和该椭球体起始子午面的夹角；该坐标系的纬度B为空间任意一点和参考椭球面法线和赤道夹角；该坐标系高度H表示空间任意一点沿着参考椭球法线到其椭球面的距离。
而地心大地坐标系和相关椭球元素有所关联。
通常要求改椭球与大地水准面最密合。
而所谓最为密合的椭球体即其中心和地球的质心相重合。
因此，地心坐标系对应的对应的最密合的椭球的中心和地球质心重合是地心大地坐标的明显特征，其短轴通常指向CIO（国际协议原点）。
地心空间直角坐标系，即其原点与地球质心重合，坐标系中一点用x、y、z来表示。
X轴指向地球赤道与格林尼治子午面的交点，Y轴垂直XOZ平面并且和XZ轴形成右手坐标系，Z轴指向地球北极。
下节所述的地心大地坐标（GGS-S4）为常用地心坐标轴。
若建立地心坐标系，需满足下述条件：
（1）确定相关地球椭球体：
其形状f与大小a须和大地球体最吻合。
（2）地心的定向与定位：
该坐标系原点为地球质心。
定向为国际时间局所测的协议地级与零子午线即地球定向参数EOP。
定向伴随时间推移满足底壳无体运动的结束。
（3）采用广义相对论下某一局部地极内的尺度量长度的尺度。
地心坐标系的建立方法。
第一种方法是测量重力，该方法通过有效的利用重力测量的相关资料，并且结合韦宁迈内磁公式与斯托克斯公式进行相关的积分，并且结合天文坐标从而获得大地原点或者些许相关的地心大地坐标。
然而，在全球上重力资料的分布并不是很均匀，绝大多数部分存在量过少，因此，导致了在该种方法下所测得的地心大地坐标的精准度仅仅大约在10米内。
第二种方法是通过卫星大地测量，其中包括了卫星定位法与卫星动力法。
其中卫星动力法通过有效的利用人造卫星所获取的相关观测资料或者结合地面大地所测得出的资料和综合人造卫星，根据动力法的相关原理就可以获取分布于全球的众多的地面跟踪站的地心坐标与地球重力场模型。
第三种方法是将结合利用人造卫星观测资料组成新型弧度测量方程和全球相关地面大地相关资料。
通过此方程组获取关于局部坐标系对于地心坐标系所需要的相关参数。
再通过利用这些参数就可以将原来的局部坐标系转换成为地心坐标系。
r=ro+（1+m）Rr为换算公式。
在该公式中，R表示为一个矩阵，独立的欧拉角是该矩阵的元素；m是将相关的尺度变正；r是位于局部坐标系中的位置矢量；ro是局部坐标系原点的地心坐标矢量。
在第三种方法中地心坐标转换的精准度在1至3米。
在建立地心坐标系的三类方法中，第一种由于全球的重力资料不足，因此照成精准度过低，但精准度在今后会随着重力资料的增加而日趋完善。
第二种方法是直接获取相关接收站或跟踪站的地心坐标。
第三种方法是通过利用参数将大地坐标系中的某一点的坐标转换为地心坐标下的三分值。
而第三种方法也是本章节的研究之重。
图3.1地心空间直角坐标系
3.3WGS-S4坐标系统
3.3.1WGS-S4坐标系的概况
WGS-84坐标系（WorldGeodeticSystem-1984coordinatesystem）是一种国际上采用的地心坐标系。
坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向BIH（国际时间服务机构）1984.0定义的协议地球极（ctp）方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系统。
WGS-84的定义:
地球的质心为该坐标系的原点，IUGG与IAU一起推荐的国际协议原点CIO是空间直角坐标系的Z轴，指向1984BIH定义的地极方向。
该坐标系中X轴指向赤道与BIH定义的零度子午面的交点。
而坐标系下的轴轴与轴相构成右手坐标系。
地球物理联合会第十七届大会测量常数推荐值与国际大地测量值是WGS-84椭球采用的两个常用的基本几何参数。
与WGS-84坐标相构成三大常用坐标系的还有西安80坐标系与北京54坐标系。
其中北京54坐标系亦属参心大地坐标系，该坐标系以克拉所附斯基椭球为基础，经过局部评差后所得的坐标系，与本节所述的WGS-84坐标系着极为相似，也可以进行互相转换。
建立WGS-84世界大地坐标系的一个重要原因，是在世界上建立一个统一的地心坐标系。
图3.2地心大地坐标系
3.3.2WGS-S4坐标系的建模仿真
有关WGS-S4坐标系下地球相关参数定义及赋值详见表3.1。
表3.1地球参数定义与赋值表
代码
定义
赋值
a-smaxis
WGS-84地心坐标X轴，单位为米
b-smaxis
WGS-84地心坐标Y轴，单位为米
6356752.314245179
eccentr
WGS-85坐标的地球离心率
由关系式：
得出。
eccentr2
WGS-8
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