2. GPS相关基本知识
围绕卫星、地面测站的位置信息需要设定参考的空间和时间系统以及对卫星轨道精确计算。坐标系统与时间系统是描述卫星运动，处理观测数据和表达定位结果的数学与物理基础。因此，了解和掌握一些常用坐标系统和时间系统，熟悉它们各自间的转换关系，对GPS用户来说，是极为重要的。
第1部分：无线电导航定位方法 一、圆周定位
无线电传播最简单的原理就是以已知的速度(光速c)进行传播，称为恒速特性。由此，如果测量出信号发射台相信号接收台之间的传输时间，那么他们之间的距离也随之而定。当测得的传播时间为τ时．利用物理学中距离等于速度乘时间这个简单的公式，就可以得到发射台和待测点之间的真实队离R＝τc。而利用测量待测点到已知点之间的距离，求得待测点坐标的方法就称为测边交会法，也称为Time of Arrival(ToA)方式。
二、双曲线定位
双曲线定位主要是采用Time Difference of Arrival (TDoA)的方式，其原理是通过测量无线电波到达两个基站的时间差，而不是由到达
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的时间来确定待测点的位置。待测点必须位于以两个基站为焦点的双曲线上，确定待测点的二维位置坐标需要建立两个以上双曲线方程，两双曲线的交点即为待测点的二维位置坐标。
三、多普勒定位
多普勒定位原理是通过测定同一信号发射源不同间隔时段其信号的多普勒频移，从而确定发射源在各时段相对观察考的视向速度和视向位移，再利用发射源所给定多个（4个以上）的空间坐标，结合对应的视向位移解算出测站空间位置(x, y, z)。
从数学上我们如道，一个动点P到两个定点的距离差为—定值时，该动点P则构成一个旋转双曲面，这两定点即为焦点。以多个时刻的卫星位置为定点，两两为焦点构成旋转双曲面，就可获得多个双曲面。4个以上双曲面的交点即为测点位置。
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第2部分：空间参考坐标系统介绍
空间系统即空间参考坐标系，需要确定原点、坐标轴指向、长度单位。在GPS测量与应用中，通常采用的坐标系统有两大类。一类是地球（大地）坐标系，该系坐标系是固结在地球上的，随地球一起转动，故又称为地固坐标系。它是一种非惯性坐标系，但对于表述点的位置和处理GPS观测成果是十分方便的。地固坐标系有多种表达形式，对GPS测量来说，最基本的是以地球质心为原点的地心坐标系。第二类是天球坐标系，该类坐标系与地球自转无关，称空固坐标系，对于描述卫星的运行状态、确定卫星轨道是极其方便的。 直角坐标系和球面（极）坐标系 相互转换
一、天球坐标系 1．概念、定义
概念：赤道、黄道、春分点、天极
所谓天球，指的是以地球质心为球心，以无限大长度为半径的一个假想球体。地球自转轴的延长线与天球的两个交点称为天极，分为北天极和南天极。通过地球质心与天轴垂直的平面称为天球赤道面。地球公转的轨道面与天球相交的大圆称为黄道，黄道与天球赤道有两个交点，其中，太阳的视位置由南到北的交点称为春分点。
定义：笼统地说，以地心为坐标原点的天球坐标系，Z轴的正向指向北天极，X轴的正向指向春分点，并构成右手坐标系，以确定Y轴的正向。
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2．平天球坐标系 日月岁差影响
日月岁差指的是由此引起的地球自转轴绕黄道的垂直轴旋转的一种长期运动(周期约25800年)，即在天球上北天极绕北黄极向西移动，构成一个以黄赤交角（23.44度）为半径的小圆，从而也使春分点在黄道上缓慢地西移。在任一瞬间，按这种方式运动的北天极称为瞬时平北天极。
3．瞬时天球坐标系 章动影响
北天极除了这种有规律的长期运动外，由于日月引力等因素的影响，还会有短周期的变化，周期约为18．6年，称为章动。当分解出平北天极绕北黄极的运动(9差)后，章动则成为真北天极绕平北天极顺时针的转动，其轨迹大致成椭圆形．周期约为18．6年。
协议天球坐标系（协议惯性系）：参考用平天球坐标系；约定2000年1月15日为标准历元，记为J2000.0即儒略日JD2451545.0。
4．三种天球坐标变换 岁差旋转矩阵CIM
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章动旋转矩阵CMt
?X?Y???Z
??tM?CMCI???t?X?Y???Z??? ??I二、地球坐标系 1．概念、定义
地球直角坐标系（圆球坐标）与地球大地坐标（椭球坐标）
参照于椭球的任一地面点的大地经纬度(B，L)和大地高程(H)是与其三维直角坐标(X，Y，Z)等价的表达形式
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