地心地固坐标系

地心坐标系（缩写ECEF），也称为地心坐标系，是一个笛卡尔空间参考系，将地球附近（包括其表面、内部、大气和周围的外层空间）的位置表示为X 、Y 和 Z 从其质心开始的测量值。 它最常见的用途是跟踪卫星轨道和用于测量地球表面位置的卫星导航系统，但它也用于跟踪地壳运动等应用。

从给定兴趣点到地球中心的距离称为地心距离，R = (X2 + Y2 + Z2)0.5，它是地心半径 R0 的推广，不限于参考椭球面上的点 .地心高度是一种高度，定义为上述两个量之间的差值：h' = R − R0； 不要将其与大地高度混淆。

ECEF 与大地坐标（纬度和经度）之间的转换在地理坐标转换中讨论。

与任何空间参照系一样，ECEF 由一个抽象坐标系（在本例中为传统的三维右手系）和一个将坐标系绑定到地球上实际位置的大地基准组成。 用于全球定位系统 (GPS) 的 ECEF 是地心 WGS 84，目前包括其自己的椭球定义。 也可以使用其他局部基准，例如 NAD 83。 由于基准之间的差异，一个位置的 ECEF 坐标对于不同的基准会有所不同，尽管大多数现代基准之间的差异相对较小，在几米以内。

ECEF坐标系有以下参数：

• 所选椭圆体中心的原点。 在 WGS 84 中，这是地球的质心。
• Z 轴是北极和南极之间的线，正值向北增加。 在 WGS 84 中，这是国际参考极 (IRP)，它与地球的自转轴并不完全重合。自转轴的轻微摆动被称为极移，实际上可以根据 ECEF 进行测量。< /li>
• X 轴在赤道平面内，穿过原点，从经线 180°（负）延伸到本初子午线（正）； 在 WGS 84 中，这是 IERS 参考子午线。
• Y轴也在赤道平面内，从西经90°（负）延伸到东经90°（正）

一个例子是加利福尼亚州 Donner Summit 附近黄铜圆盘的 NGS 数据。 给定椭球的尺寸，从纬度/经度/椭球上方高度坐标到 X-Y-Z 的转换很简单——计算椭球表面给定经纬度的 X-Y-Z 并添加垂直于坐标的 X-Y-Z 矢量 那里的椭圆体，其长度等于该点在椭圆体上方的高度。 反向转换更难：给定 X-Y-Z 我们可以立即得到经度，但不存在纬度和高度的封闭公式。 请参见大地测量系统。 在 1976 年的 Survey Review 中使用 Bowring 的公式，只要该点在椭圆体上方 10,000 米或下方 5,000 米以内，xxx次迭代就会给出 10-11 度内的正确纬度。

地心坐标可用于沿笛卡尔 X、Y 和 Z 轴在三个维度上定位太阳系中的天体。 它们与地心坐标不同，地心坐标使用观察者的位置作为高度和方位角方位的参考点。

对于附近的恒星，天文学家使用日心坐标，以太阳的中心为原点。 参考平面可以与地球的天球赤道、黄道或银河系的银河赤道对齐。 这些 3D 天体坐标系将实际距离作为 Z 轴添加到球面天文学中使用的赤道、黄道和银河坐标系。