Земная система координат

Международная земная система координат ITRS используется при анализе данных, поставляемых разными техническими средствами (РСДБ, лазерная локация, ГЛОНАСС, GPS, DORIS,, …), а также при интеграции отдельных навигационных решений (координат станций, параметров вращения Земли и т.д.) и удовлетворяет следующим критериям.

Это геоцентрическая система, центр масс которой определен для Земли в целом, включая океаны и атмосферу.

Ее ориентация изначально определена по BIH 1984, 0.

Фактической реализацией Земной системы координат является Международная земная система координат (ITRF, International Terrestrial Reference Frame).

Система ITRF физически определяется положениями опорных наземных станций, координаты которых за вычетом тектонических движений постоянны относительно шкалы времени TCG.

Основной плоскостью этой системы является подвижный экватор (экватор даты), который определяется относительно параметров вращения Земли.

Условная земная система координат (CTRS) может быть реализована как система координат, представляющая набор координат сети станций. Такая реализация определяется прямоугольными (картезианскими) координатами X, Y и Z. Предложенная IERS система координат CTRS называется Международной земной системой координат (ITRS), что определено Резолюцией N 2 IUGG, принятой 20-ой Генеральной ассамблеей IUGG в Вене в 1991 г.

В соответствии с рекомендациями IERS положение точки, расположенной на поверхности твердого тела Земли, представляется в виде:

где:

- поправки, зависящие от времени и обусловленные различными эффектами,

- вектор положения и вектор скорости точки на эпоху t₀.

Поправки учитывают смещение положения за счет приливов твердого тела Земли (полный учет прилива включает и его постоянную часть), океанического прилива, движения геоцентра и атмосферного давления.

Реализация ITRS, разработанная IERS под именем Международная земная система координат (ITRF), включает перечень координат и скоростей для выбранных IERS точек (станций слежения, отнесенных к земным ориентирам). К настоящему времени ITRF ежегодно обновляется IERS [20].

Земная система координат может быть определена с включением эффекта постоянной части прилива или без него.

В терминологии постоянная или “zero-frequency” часть прилива содержится в системе «без прилива» (“zero-tide”) системе координат. В такой системе поверхность описывает реальную во времени среднюю поверхность, которая изменяется под действием лунно-солнечного прилива.

В системе «свободной от прилива» (“tide-free”) удален весь эффект постоянной части прилива. В этом случае – это виртуальная, но не реально наблюдаемая поверхность, которая адекватно описывается известными числами Лява.

Координаты в ITRF даются в системе, в которой эффект постоянной части прилива удален [20]. Координаты в системе координат ПЗ-90.02 также даны без учёта эффекта постоянной части прилива. Это обстоятельство следует учитывать при относительных навигационных определениях, включая пересчёт к геодезическим системам координат, когда в качестве опорных используются станции каталога ITRF или ПЗ-90.

Принятый масштаб Земной системы координат соответствует релятивистской модели, рекомендованной МАС. Согласно резолюциям Международного астрономического союза (IAU) и IAGG принятый масштаб не противоречит (совместим) с геоцентрическим координатным временем TCG для локальной геоцентрической системы координат. Ориентация геоцентрической системы координат определяется принятыми IERS (BIH) параметрами ориентации Земли, отнесенными к соответствующей эпохе.

Единицей длины является метр (SI), определяемый через секунду и постоянную скорости света, заданную на эллипсоиде вращения с нормальным геопотенциалом. Исходный полюс и меридиан IERS (IRP и IRM) совместимы последовательно с направлениями BIH в земной системе координат с точностью ±0², 005. Исходный полюс BIH скорректирован к Условному международному началу (CIO) в 1967 г и был постоянным до 1987 г. Неопределенность отклонений IRP от CIO составляет ±0², 03. Временные изменения ориентации связаны с горизонтальным тектоническим движением всей поверхности Земли.

Параметры преобразования координатных систем с различными началами отсчета осуществляются с использованием матричного соотношения Гилмерта.

где DX, DY, DZ	-	линейные элементы трансформирования систем координат при переходе из системы А в систему Б, м;
	-	угловые элементы трансформирования систем координат при переходе из системы А в систему Б, рад.;
m	-	масштабный элемент трансформирования систем координат при переходе из системы А в систему Б.

При обратном преобразовании пространственных прямоугольных координат элементы трансформирования имеют те же значения, а вычисления выполняют по формуле:

Данное преобразование используется для реализации связи ITRF, WGS-84 и ПЗ-90.