WGS-84坐標系下坐標轉換的方法研究

柳斌 陳莉 康立學

摘要：民航ADSB和RADAR目標坐標總存在著各種各樣的轉換，不同的轉換方法影響著目標最終的精度顯示，本文通過研究WGS-84地心直角坐標系下不同坐標表現形式的不同特點，推導其間的轉換關系，提出借助地心直角坐標系進行轉換的計算方法，為坐標轉換提供了一種新的思路。

關鍵詞：WGS-84地心直角坐標系;站心地平直角坐標系;大地坐標系;極坐標系;

在監(jiān)視目標探測中，總是存在坐標轉換計算，我們需要把遠端探測到的不同類型目標坐標，轉換到數據中心的極坐標上來，做以融合計算，集中顯示。本文以WGS-84橢球坐標系為參考，以民航ADSB、RADAR坐標轉換為例，在同一橢球參考系下，借助地心直角坐標系來進行轉換計算，通過數學方法推導各坐標表現形式相互間的轉換關系，最終得出目標相對于數據中心極坐標轉換的計算方法。

一 坐標介紹

1 WGS-84地心直角坐標系

自20世紀60年代以來，美國國防部為了建立全球統(tǒng)一的大地坐標系統(tǒng)，建立了WGS-84坐標系。該坐標系原點選在地球質心O，Z軸指向BIH1984.0時元的協(xié)議地極，X軸指向BIH1984.0時元定義的零子午面與CTP相應遲到的交點，Y軸在CTP赤道面內向東轉90°而構成右手系[1]。如圖1

2 站心地平直角坐標系

以本地站心o為坐標原點，站心點法線為Z軸，延子午線方向指北為X軸正方向，與X，Z正交指東為Y軸正方向。如圖1

3 大地坐標系

大地坐標系是大地測量中以參考橢球面為基準面建立起來的坐標系。地面點的位置用大地經度L、大地緯度B和大地高度H表示。對于地心大地坐標系，其地面上一點的大地經度L為大地起始子午面與該點所在的子午面所構成的二面角，由起始子午面起算，向東為正，稱為東經（0～180），向西為負，稱為西經（0～180）;大地緯度B是經過該點作橢球面的法線與赤道面的夾角，由赤道面起算，向北為正，稱為北緯（0～90），向南為負，稱為南緯（0～90）;大地高H是地面點沿橢球的法線到橢球面的距離。

4 極坐標系

大地極坐標系是指，在橢球上的某點位置，用極點至該點的大地線長S和大地方位角A來表示。在橢球以某觀察點為極點，極點向北的子午線為極軸正向，極點到目標點的大地線長S為極徑。

二 ADSB坐標轉換方法

ADSB獲取的信息是以大地坐標來描述的，根據需求最終需要轉換成以當地跑道中心為原點的本地極坐標。轉換需要經過大地坐標系-地心直角坐標系-站心地平直角坐標系-本地極坐標系的三步轉換。

假設某ADSB地面站獲取一個目標P大地坐標系下，經度，緯度，高度坐標為（L，B，H），該目標在WGS-84地心直角坐標系下的坐標為（Xe，Ye，Ze）。o點為本地跑道中心點，亦為站心地平直角坐標系原點和極坐標系的極點，P`為P點在站心地平直角坐標系中的投影，D為P到o點的距離，A為極坐標系的下的方位角，H為高度。故目標P在兩坐標系下坐標分別為（Xl，Yl，Zl），（D，A，φ），如圖1

四 結論

坐標轉換計算復雜，坐標種類繁多。本文以WGS-84質心橢球為地球參考模型，在此模型下通過分析不同坐標系的特點，結合監(jiān)視數據源坐標的不同描述特征，提出了以地心直角坐標系為參照的坐標轉換思路，推導總結了ADSB和RADAR數據的具體轉換方法，為坐標轉換提出了一種新的可借鑒思路。

參考文件

陽海峰 2000國家大地坐標系與我國常用坐標系在大地控制成果轉換方面的研究[D].西安：西安科技大學，2010.

姜楠 坐標轉換算法研究與軟件實現[D].合肥：安徽理工大學，2013.

倪玉德 盧丹 王穎 崔銘 導航原理與系統(tǒng)[M].北京：清華大學出版社，2015，40-44.

牛麗娟 測量坐標轉換模型研究與轉換系統(tǒng)實現[D].西安：長安大學，2010.

作者簡介：

1作姓名：柳斌;性別：男;出生年月：1987.1.10;籍貫（具體到市）：陜西漢中;民族;漢最高學歷：碩士;目前職稱：高級工程師;研究方向：雷達、ADSB，民航無線電

2作姓名：陳莉;性別：女;出生年月：1968.1.10;籍貫（具體到市）：廣東中山;民族;漢最高學歷：本科;目前職稱：高級工程師;研究方向：雷達，內話，民航無線電

3作姓名：康立學;性別：男;出生年月：1985.10.4;籍貫（具體到市）：寧夏中衛(wèi);民族;漢最高學歷：碩士;目前職稱：高級工程師;研究方向：信標導航，民航無線電