WGS—84、BEJ—54与PE—90坐标转换的算法分析

王伟锋　王沛丰

摘 要：针对PE-90、BEJ-54、WGS-84坐标转换模型和大地作坐标以及空间大地指教坐标系的公式转换，GPS和GOLONASS公式转换的方法进行研究。进而保证卫星的定位运用在高精度的海洋测绘和车辆导航等工作中。

关键词：PE-90；WGS-84；BEJ-54；坐标变换；算法分析

中图分类号： P228.4 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）25-177-2

0 引言

GPS和GLONESS两个卫星的定位系统等全球卫星系统GNSS是当代定位系统的重要发展方向。其中GNSS和单独的GPS或者是GLONASS比较，系统的可用性和自主完整性以及精度都实现显著的提升。虽然GPS和GLONASS系统的构成以及定位原理有着一定的相似性，但是在实际的数据处理以及实现中有着相应的差别。其中数据处理的一个重要因素是坐标系的差异。GPS是1984年世界地心坐标系中的WGS-84，该技术种GLONASS使用的是PE-90。当前GLONASS广播星历和历书数据都使用这一坐标系。为了将PE-90、BEJ-54、WGS-84等实现正确的 结合就必须得知PE-90、BEJ-54、WGS-84三者之间的坐标转换数学模型。

1 PE-90和WGS-84坐标系的转换

GLONASS与GPS系统相比较，前一个系统中不存在SA的问题，所以使用GLONASS来进行定位或导航准确性会更高。若是实现两者的结合使用，可以对卫星的可见数实现成倍的提升，进而对观测的精确度进行提升，最大程度减少造成卫星不足的因素。GLONASS卫星星历中的速度、位置都被包含在PE-90坐标框架内。GPS卫星星历给出在WGS-84坐标系基础的坐标框架内。[1～2]以上两者的定期比较显示，但原点和定向参数差别很小。为了深入处理GPS和GLONASS观测数据，需要成立统一坐标系。PE-90和WGS-84坐标系都包含在了地心坐标系内，该坐标系的转换可以通过布尔沙坐标转换模型实现。

GPS/GLONASS信号测量动态用户具体位置工作中，卫星被当成精确动态一致点，通过下式算得相关用户的详细位置：

式子中的Xu，Yu，Xu指的是动态用户在时间t的瞬时位置。

其中Xpi，Ypi，Zpi是第i颗GPS卫星于时间t，在PE-90坐标系上瞬时在轨位置，实际上是在导航电文作用下得到的。

式中Xlj，Ylj，Zlj为第j颗GLONASS卫星于时间t上，基于PE-90坐标瞬时在轨位置，获得方式同样是导航电文。

R——GPS/GLONASS 接收机，测量接收天线和i颗卫星的瞬时距离是GPS站星距离。

R接收机测量的接受天线和第j颗GLONASS卫星间瞬时距离被简称为站星距离。

D是接收机时钟偏差等原因造成的站星距离偏差。

很多人和单位都做出大量工作，对PE-90和WGS-84的转换参数进行确定。相关研究学者和研究[3～4]所对该问题进行了大量的测定。

经过会测后显示：使用GPS数据对标准大地测量方法实现有效处理后，也能被成功运用在GLONASS数据分析内。通过ITRF坐标框架使用GLONASS法对已知PE-90坐标进行测量，得到了PE-90到WGS-84 的近似变换参数。其中有一个转换参数十分重要，就是Z轴旋转参数，估算值是-0.33.但数据分析后没有发现Y轴的平移分量，两者间转换模型为：

美国林肯实验室内的相关研究人员对大量的数据实现了手机，最终得出两个坐标的变换参数，并且提供了转换模型：

2 从WGS-84到BEJ-54坐标的转换算法

当前，在我国的测量工作中，坐标的变换多数是在北京-54坐标系基础上实行，但是GPS定位的成果是属于WGS-84的。

4 设计坐标轴的转换程序

根据上述数学模型，通过C语言编写相应的程序，对已经给定的（φ84，λ84，H84）转换为（X84，Y84，Z84）的子程序，随后再从（X84，Y84，Z84）转换为（X90，Y90，Z90）的子程序，最终从（X90，Y90，Z90）转换为（φ90，λ90，H90）。通过TurboC2.0实现运行通过，下面只给出坐标转换算法中的大致框图：φ84，λ84，H84→X84，Y84，Z84→φ90，λ90，H90→X90，Y90，Z90→Δφ，Δλ，ΔH→ΔX，ΔY，ΔZ。

5 计算的最终结果

选定我国比较具有代表性的WGS-84系统的地理坐标，依据坐标转化法的大致框图中的顺序对其他各个值进行求出，最终得出相应的结果。

参 考 文 献

[1] 杨铮，党亚民，成英燕.GPS/GLONASS定位系统融合的坐标转换研究[J].测绘科学，2008，02：45-47.

[2] 陈强，吴广华，东昉.PE-90坐标与WGS-84坐标转换模型的应用探讨[J].集美大学学报（自然科学版），2000.