地心坐標(biāo)系(geocentric coordinate system )以地球質(zhì)心為原點(diǎn)建立的空間直角坐標(biāo)系，或以球心與地球質(zhì)心重合的地球橢球面為基準(zhǔn)面所建立的大地坐標(biāo)系。

　　以地球質(zhì)心(總橢球的幾何中心)為原點(diǎn)的大地坐標(biāo)系。通常分為地心空間直角坐標(biāo)系(以x，y，z為其坐標(biāo)元素)和地心大地坐標(biāo)系(以B，L，H為其坐標(biāo)元素)。

　　地心坐標(biāo)系是在大地體內(nèi)建立的O-XYZ坐標(biāo)系。原點(diǎn)O設(shè)在大地體的質(zhì)量中心，用相互垂直的X，Y，Z三個(gè)軸來表示，X軸與首子午面與赤道面的交線重合，向東為正。Z軸與地球旋轉(zhuǎn)軸重合，向北為正。Y軸與XZ平面垂直構(gòu)成右手系。

　　產(chǎn)生原因

　　20世紀(jì)50年代之前，一個(gè)國家或一個(gè)地區(qū)都是在使所選擇的參考橢球與其所在地區(qū)的大地水準(zhǔn)面最佳擬合的條件下，按弧度測量方法來建立各自的局部大地坐標(biāo)系的。由于當(dāng)時(shí)除海洋上只有稀疏的重力測量外，大地測量工作只能在各個(gè)大陸上進(jìn)行，而各大陸的局部大地坐標(biāo)系間幾乎沒有聯(lián)系。不過在當(dāng)時(shí)的科學(xué)發(fā)展水平上，局部大地坐標(biāo)系已能基本滿足各國大地測量和制圖工作的要求。但是，為了研究地球形狀的整體及其外部重力場以及地球動(dòng)力現(xiàn)象；特別是50年代末，人造地球衛(wèi)星和遠(yuǎn)程彈道武器出現(xiàn)后，為了描述它們在空間的位置和運(yùn)動(dòng)，以及表示其地面發(fā)射站和跟蹤站的位置，都必須采用地心坐標(biāo)系。因此，建立全球地心坐標(biāo)系(也稱為世界坐標(biāo)系)已成為大地測量所面臨的迫切任務(wù)。

　　建立方法

　　第一類是重力測量方法，它是利用重力測量資料，按斯托克斯公式和韋寧-邁內(nèi)茲公式全球積分，聯(lián)同天文坐標(biāo)得出大地原點(diǎn)或若干地面點(diǎn)的地心大地坐標(biāo) (L,B,H)。但由于重力資料在全球分布還很不均勻，多數(shù)地區(qū)還相當(dāng)稀疏，按此法所得地心大地坐標(biāo)精度僅約為10米以內(nèi)。

　　第二類是衛(wèi)星大地測量方法，這又可分為衛(wèi)星動(dòng)力法和衛(wèi)星定位法。衛(wèi)星動(dòng)力法是單獨(dú)利用人造衛(wèi)星觀測資料或綜合人造衛(wèi)星和地面大地測量觀測資料，按動(dòng)力法原理同時(shí)解算出地球重力場模型和全球分布的若干地面跟蹤站的地心坐標(biāo)。例如，美國戈達(dá)德空間飛行中心(GSFC)的地球重力場模型GEM-10至GEM-10C等，都包括全球146個(gè)跟蹤站的地心大地坐標(biāo)，法國和聯(lián)邦德國聯(lián)合研究的地球重力場模型GRIM-3，包括95個(gè)跟蹤站的地心大地坐標(biāo)。這兩種模型地心坐標(biāo)的精度約為1～5米。衛(wèi)星定位法是利用地面站接收機(jī)接收某種導(dǎo)航衛(wèi)星的信息，直接測定地面接收站的地心大地坐標(biāo)。例如美國海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(NNSS)或全球定位系統(tǒng) (GPS)所測定的地心坐標(biāo)。

　　第三類方法是綜合利用全球地面大地測量資料和人造衛(wèi)星觀測資料組成新型弧度測量方程，推求局部坐標(biāo)系對地心坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)。根據(jù)轉(zhuǎn)換參數(shù)就可把局部坐標(biāo)系換算為地心坐標(biāo)系。換算公式是：

　　r =r0+(1+m)Rr′,

　　式中r是測點(diǎn)的地心坐標(biāo)矢量;r0是局部坐標(biāo)系原點(diǎn)的地心坐標(biāo)矢量;r′是測點(diǎn)在局部坐標(biāo)系中的位置矢量;m是尺度改正數(shù);R是一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣,它的元素是獨(dú)立的歐拉角εx、εy、εz，表示圍繞局部坐標(biāo)系x、y、z軸的旋轉(zhuǎn)。計(jì)算這些轉(zhuǎn)換參數(shù)至少要有3個(gè)公共點(diǎn),它們在兩種坐標(biāo)系中的位置都是已知的。

　　由此法所得地心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度可達(dá)1～3米。

　　建立地心坐標(biāo)系的第一類經(jīng)典重力測量方法，由于全球重力資料還不足，故所得坐標(biāo)精度還較低，但隨著全球重力資料的增加，其精度還會(huì)提高。第二類方法可以直接得出跟蹤站或接收站的地心坐標(biāo)。第三類則可利用轉(zhuǎn)換參數(shù)將局部大地坐標(biāo)系中任一大地點(diǎn)的坐標(biāo)換算為地心坐標(biāo)系中的相應(yīng)數(shù)值。