WGS-84坐标系下坐标转换的方法研究

柳斌 陈莉 康立学

摘要：民航ADSB和RADAR目标坐标总存在着各种各样的转换，不同的转换方法影响着目标最终的精度显示，本文通过研究WGS-84地心直角坐标系下不同坐标表现形式的不同特点，推导其间的转换关系，提出借助地心直角坐标系进行转换的计算方法，为坐标转换提供了一种新的思路。

关键词：WGS-84地心直角坐标系;站心地平直角坐标系;大地坐标系;极坐标系;

在监视目标探测中，总是存在坐标转换计算，我们需要把远端探测到的不同类型目标坐标，转换到数据中心的极坐标上来，做以融合计算，集中显示。本文以WGS-84椭球坐标系为参考，以民航ADSB、RADAR坐标转换为例，在同一椭球参考系下，借助地心直角坐标系来进行转换计算，通过数学方法推导各坐标表现形式相互间的转换关系，最终得出目标相对于数据中心极坐标转换的计算方法。

一 坐标介绍

1 WGS-84地心直角坐标系

自20世纪60年代以来，美国国防部为了建立全球统一的大地坐标系统，建立了WGS-84坐標系。该坐标系原点选在地球质心O，Z轴指向BIH1984.0时元的协议地极，X轴指向BIH1984.0时元定义的零子午面与CTP相应迟到的交点，Y轴在CTP赤道面内向东转90°而构成右手系[1]。如图1

2 站心地平直角坐标系

以本地站心o为坐标原点，站心点法线为Z轴，延子午线方向指北为X轴正方向，与X，Z正交指东为Y轴正方向。如图1

3 大地坐标系

大地坐标系是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。地面点的位置用大地经度L、大地纬度B和大地高度H表示。对于地心大地坐标系，其地面上一点的大地经度L为大地起始子午面与该点所在的子午面所构成的二面角，由起始子午面起算，向东为正，称为东经（0～180），向西为负，称为西经（0～180）;大地纬度B是经过该点作椭球面的法线与赤道面的夹角，由赤道面起算，向北为正，称为北纬（0～90），向南为负，称为南纬（0～90）;大地高H是地面点沿椭球的法线到椭球面的距离。

4 极坐标系

大地极坐标系是指，在椭球上的某点位置，用极点至该点的大地线长S和大地方位角A来表示。在椭球以某观察点为极点，极点向北的子午线为极轴正向，极点到目标点的大地线长S为极径。

二 ADSB坐标转换方法

ADSB获取的信息是以大地坐标来描述的，根据需求最终需要转换成以当地跑道中心为原点的本地极坐标。转换需要经过大地坐标系-地心直角坐标系-站心地平直角坐标系-本地极坐标系的三步转换。

假设某ADSB地面站获取一个目标P大地坐标系下，经度，纬度，高度坐标为（L，B，H），该目标在WGS-84地心直角坐标系下的坐标为（Xe，Ye，Ze）。o点为本地跑道中心点，亦为站心地平直角坐标系原点和极坐标系的极点，P`为P点在站心地平直角坐标系中的投影，D为P到o点的距离，A为极坐标系的下的方位角，H为高度。故目标P在两坐标系下坐标分别为（Xl，Yl，Zl），（D，A，φ），如图1

四 结论

坐标转换计算复杂，坐标种类繁多。本文以WGS-84质心椭球为地球参考模型，在此模型下通过分析不同坐标系的特点，结合监视数据源坐标的不同描述特征，提出了以地心直角坐标系为参照的坐标转换思路，推导总结了ADSB和RADAR数据的具体转换方法，为坐标转换提出了一种新的可借鉴思路。

参考文件

阳海峰 2000国家大地坐标系与我国常用坐标系在大地控制成果转换方面的研究[D].西安：西安科技大学，2010.

姜楠 坐标转换算法研究与软件实现[D].合肥：安徽理工大学，2013.

倪玉德 卢丹 王颖 崔铭 导航原理与系统[M].北京：清华大学出版社，2015，40-44.

牛丽娟 测量坐标转换模型研究与转换系统实现[D].西安：长安大学，2010.

作者简介：

1作姓名：柳斌;性别：男;出生年月：1987.1.10;籍贯（具体到市）：陕西汉中;民族;汉最高学历：硕士;目前职称：高级工程师;研究方向：雷达、ADSB，民航无线电

2作姓名：陈莉;性别：女;出生年月：1968.1.10;籍贯（具体到市）：广东中山;民族;汉最高学历：本科;目前职称：高级工程师;研究方向：雷达，内话，民航无线电

3作姓名：康立学;性别：男;出生年月：1985.10.4;籍贯（具体到市）：宁夏中卫;民族;汉最高学历：硕士;目前职称：高级工程师;研究方向：信标导航，民航无线电