GPS坐标与时间系统解析

"GPS软件接收机基础.pdf" 在深入理解GPS软件接收机的工作原理之前，我们需要首先了解相关的坐标系统和时间系统。GPS系统依赖于精确的定位和定时信息，而这离不开合适的坐标框架和时间标准。 第2章介绍了两种关键的坐标系统，即地心惯性坐标系统(ECI)和地心地固坐标系统(ECEF)。ECI系统主要用于描述GPS卫星的运动轨迹，它的原点位于地球质心，xy平面与地球赤道面重合，x轴指向天球上的特定方向，z轴指向北极，形成右手坐标系。考虑到地球自转和公转的影响，ECI系统以UTC时间2000年1月1日的赤道面方向作为基准，以保持相对的惯性。 而ECEF坐标系统是GPS接收机通常使用的坐标框架，它与地球同步旋转，便于计算接收机的地理坐标（纬度、经度和海拔）。在这个系统中，x轴指向经度0，y轴指向东经90度，z轴依然指向北极。由于ECEF坐标系统随地球自转，所以需要将卫星在ECI坐标中的位置和速度转换到ECEF坐标，这可以通过数学上的旋转矩阵实现。 此外，为了进行坐标转换和GPS定位，需要定义地球的物理模型，这就是世界大地84坐标系统(WGS-84)。WGS-84是一个全球认可的地心地固坐标系统，用于提供统一的地球参考框架，以便准确计算接收机的经纬度和高度。 在GPS软件接收机中，接收机接收到卫星信号后，会通过解码这些信号获取卫星的ECI坐标和时间信息。然后，通过坐标转换算法将卫星位置从ECI转换到ECEF，接着计算出接收机相对于这些卫星的几何距离，利用三角定位原理确定接收机的ECEF坐标。最后，这些ECEF坐标还需转换为常规的经纬度和海拔高度，以便用户理解和使用。 总结起来，理解GPS软件接收机工作原理的关键在于熟悉不同的坐标系统（ECI和ECEF）以及它们之间的转换，同时掌握WGS-84坐标系统和相应的转换算法。这对于GPS接收机的开发和应用至关重要。