1.3. Система координат и высот
1.3.1. Геоцентрические системы координат
При работе с системой позиционирования GPS используется Мировая геодезическая система 1984 года (WGS84), которая является четвертой из серии глобальных геоцентрических систем координат, созданных Министерством обороны США, начиная с 1960 года. Для системы позиционирования ГЛОНАСС в Российской Федерации принята система ПЗ-90.02 [4].
Положения точек в системе WGS могут быть получены в виде пространственных прямоугольных или геодезических координат.
Начало координатной пространственной системы расположено в центре масс Земли (рис 1.2). Поверхность и полюса Земли подвержены геодинамическим процессам. Ось суточного вращения движется в теле Земли и перемещается относительно небесных тел. Поэтому координатная ось Z направлена в Международное условное начало; ось X лежит в плоскости начального астрономического меридиана, установленного Международным бюро времени, при этом оси X и Y лежат в плоскости экватора и образуют правую систему координат [4]. Составной частью координатных систем являются опорные геодезические сети. Они фиксируют положение координатной системы в теле Земли.
Рис. 1.2. Положение координатных осей в геоцентрической системе
Различия общеземных координатных систем обусловлены именно особенностями построения и обработки геодезических сетей. Сети закрепляют начало координат в центре масс Земли с точностью до 10 см, ориентируют ось Z на условный земной полюс с погрешностью в сотых долях угловой секунды и устанавливают ось X в плоскости меридиана Гринвича до тысячных долей секунды. Со временем геоцентрические координаты пунктов опорных сетей вследствие непрерывного их совершенствования и геодинамических процессов изменяются. Эти изменения могут достигать 1-2 см в год. Поэтому каталоги координат обновляют и указывают их эпоху, например, ITRF-89, ITRF-94 и т.д.
На поверхности Земли или в любой произвольной точке при любом размещении спутников, вращающихся вокруг Земли, координаты любой точки могут быть описаны в координатах XYZ в пределах глобальной системы.
1.3.2 Геодезическая (географическая) система координат и высот
Эту систему еще можно назвать эллипсоидальной, поскольку она строится на основе эллипсоида вращения. Поверхность эллипсоида используется как поверхность относимости, на которую проецируются, а затем обрабатываются все результаты измерений.
Положение проекции М´ точки М физической поверхности Земли на поверхности эллипсоида характеризуется геодезической широтой B и геодезической долготой L.
Геодезическая широта B – это угол между нормалью к поверхности эллипсоида в точке Мʹ и плоскость его экватора. Широта может быть северная и южная в пределах 0 до 90°.
Геодезическая долгота L – это двугранный угол между плоскостью начального меридиана и меридиана точки Mʹ. Плоскость начального меридиана проходит через установленный в обсерватории Гринвича (Англия) пункт. Долгота может отсчитываться на восток в пределах от 0 до 360°. Иногда используют понятия восточной и западной долготы.
Для определения положения самой точки физической поверхности Земли требуется знать геодезическую высоту Н.
Геодезическая высота H – это расстояние MM´, то есть удаление точки физической поверхности Земли от поверхности эллипсоида.