gps算法.docx

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gps算法

2．4坐标系介绍

在现代测绘GPS的测量研究与应用中，涉及到多种坐标系统，但是都不外

乎描述天空卫星位置和地面点位置，根据坐标轴指向的不同，主要划分为两大

类坐标系，天球坐标系和地球坐标系。

地球坐标系随同地球自转，可看作为固

定在地球上的坐标系，便于描述地面观测点的空间位置；天球坐标系则与地球

自转无关，便于描述卫星的位置和状态。

根据论文课题研究的需要，主要介绍

地球坐标系，地球坐标系分为地心坐标系和参心坐标系两大判19’20l。

2．4．1地心坐标系

地心坐标系是以地球质心为原点。

它又有两种表示法：

地心空间直角坐标

系和地心大地坐标系。

1．地心空问直角坐标系

地心空间直角坐标系原点与地球质心重合，Z轴指向北极，X轴指向格林

尼治子午面与地球赤道的交点E，Y轴垂直于XOZ，构成右手坐标系。

2．地心大地坐标系

地心大地坐标系地球椭球中心与地球质质心相重合，椭球的短轴与地球自

转轴相重合，大地纬度B为过空间点P的椭球面法线与椭球赤道面XOY的夹角。

大地经度L为过地面的椭球子午面ZOP与格林尼治子午面ZOX之间的夹角，大

地高度H为过P点的椭球面法线上自椭球面至P点的距离，以远离椭球面中心的

方向为正。

地心空间直角坐标系和地心大地坐标系如图2．2所示。

2．4．2参心坐标系

在传统大地测量中，通常选取参考椭球面作为基本参考面，并且尽可能地

使参考面与大地水准面密合的最好，选一个参考点作为大地测量的起算点（或称

为大地原点．），并且利用大地原点的天文观测量来确定参考椭球在地球内部的位

置和方位，坐标原点一般与地球质心（即“地心’’）不一致，因此也称之为非地心

坐标系。

与地心坐标系类似，主要包括参心空间直角坐标系和参心大地坐标系。

1．参心空问直角坐标系

参心空间之间坐标系是以参心为坐标原点O，以起始子午面与赤道的交线

为x轴，以椭球的旋转轴（短轴）为z轴，向北为正，在赤道面上与x轴正交方

为Y轴，构成右手坐标系O-XYZ。

2．参心大地坐标系

参心大地坐标系用大地纬度B、大地经度L和大地高H表示．空间一点P沿

椭球法线与赤道面的夹角B，称为P点的大地纬度，由赤道面起算，向北为正

（00一900），称为北纬，向南为负（00—·900），称为南纬。

P点的子午面与起始

子午面所构成的二面角L，称为P点的大地经度，为正向东（00一1800），称为

东经，向西为负（00—．1800），称为西经。

P点沿法线方向到椭球面的距离为P点

2．5定位数据的坐标转换

我们根据上一节介绍的内容可以提取出包含定位信息的经纬度坐标。

但从

GPS接收机直接得到的经纬度坐标是WGS．84坐标系统，而目前大多数导航电

子地图采用的坐标系统并不是WGS．84坐标系统。

为了导航定位电子地图显示

的需要，必须要统一坐标系统。

比如，本文制作的导航电子采用的坐标系统就

是基于北京54椭球的上海地方坐标系统，因此必须要把WGS．84坐标系统下的

位置经纬度坐标转化为上海地方坐标系统的平面坐标．

WGS．84（WorldGeodeticSystem1984年’l是美国国防部研制确定的地心坐标

系。

WGS．84空间直角坐标系：

坐标系的原点在地球质心，Z轴指向BIHl984．0（国际时间局，1984年）定

义的cry（协议地球极）方向；x轴指向BIHl984．0的零度子午面与CTP赤道的交

点：

Y轴与ZX轴构成右手坐标系，如图2．3所示：

WGS．84大地坐标系如图3．4所示。

大地纬度B：

经过该点的地球椭球法线与赤道面的交角。

大地经度L：

经过

该点的子午面与格林尼治子午面之间的交角，向东为东经。

大地高H：

点至地

球椭球面的垂直距离。

2．3数据的解码和定位信息的提取

通常GPS定位信息接收系统主要由GPS接收天线、变频器、信号通道、信

号通道、微处理器、存储器、电源等部分组成。

由于GPS定位信息内容较少，

因此多用RS232串口将定位信息从GPS接收机传送到计算机进行信息提取处

理。

数据传送采用异步串行传送方式，设置好相应的串口配置参数，当GPS接

收机处于工作状态，并且和计算机的数据链接通畅时，根据相应的串口读写程

序操作，就可以源源不断地将GPS导航定位信息通过串口传送到计算机

从串口中读取接收到的数据首先是放置于缓存，缓存中存储的是一长串字

节流，这些包含定位信息的字节流必需经过进一步的分类提取才能加以利用。

因此必须通过程序将各个字段的信息从缓存字节流中提取出来，并转化成实际

意义的定位信息数据，以供导航利用。

按照GPS数据NMEA0183数据格式，并根据所选择的帧头及对应的语句进

行逐个字段的信息提取。

如果按照NMEA0183格式中GPRMC的语句格式进行

信息提取，则流程大致如图2．2所示。