目前广为使用的协议天球坐标系是由IAU规定的国际天球坐标系ICRS。依据坐标原点的不同,ICRS可分为太阳系质心天球参考系(BarycentricCelestialReferenceSystem,BCRS)和地心天球参考系(GeocentricCelestialReferenceSystem,GCRS)两类。前者的坐标原点位于太阳系质心,用于计算行星的运动轨道,编制星表;后者的坐标原点位于地心,用于计算卫星轨道编制卫星星历。下文中提及的ICRS均指的是GCRS。
为了使地面固定点的坐标保持固定不变,需要建立一个与地球本体完全固联在一起的坐标系,国际上通过协商确立了国际地球参考系ITRS。
在理解坐标系之前需要对地球岁差（进动）、章动和极移有一定的了解，就是要对你所参考的物体有所了解。
岁差：岁差是由于太阳、月球和行星对地球的吸引力造成的。（1）日月岁差：太阳和月球对地球赤道隆起部分的吸引力产生不可抵消的力偶作用，从而使得地球自转轴在惯性空间中绕黄道轴进动。北天极绕着黄道轴做进动，进动周期约25700年，每年向西移动50″.37，同时也有章动。（2）行星岁差：由于太阳系内其它行星引力作用，地球的周年运动并不严格遵守开普勒定律，黄道面的位置是在不断变化的，黄道面的变化也会导致春分点的变化，这使得春分点每年沿着天赤道东进约0″.13。
极移与岁差章动是两种不同的地球物理现象。岁差和章动是地球自转轴在惯性空间的运动，其在地球内部的相对位置并没有改变，因此它只引起天体坐标的变化，不会引起地球表面经纬度的变化。与之相反，极移是地球自转轴在地球本体内的变化，其在惯性空间中的方向并没有改变，因而会引起地球表面上各地经纬度的变化。
综上所述：（1）日月岁差会引起地球天极变化，春分点变化；（2）行星岁差会引起春分点变化；（3）章动会引起天极变化，春分点变化；（4）极移会引地表各地经纬度变化；
我们都知道，确定一个物体的运动（运动事实上也就是位置）需要一个参照物。依据一个特定的参照物，选取一个坐标系，我们会得到一个物理上的参考系。
ICRF是一系列河外源的精确位置，这些源通常是遥远的类星体，它们足够遥远，以保证这一参考框架的“惯性”性以及稳定性，这其中就有著名的也是第一个被发现类星体3C273。通过VLBI——甚长基线射电干涉测量技术，我们可以将这些射电源的位置精确到数个毫角秒以内，以保证ICRS的精确性。
ICRS的原点为地球质心，地球质心指向天球北极的方向为Z轴方向，地球质心指向春分点的方向为X轴方向，利用右手法则确定Y轴方向，该坐标系描述卫星在轨飞行时的运动状态。使用该坐标系时一般采用国际组织于1984年启用的协议天球坐标系J2000。下图为空间固定惯性参考系示意图。
根据ICRS的定义，它的极点与赤经原点都是相对于遥远类星体不动的(在观测误差之内），这样一来，ICRS就成为了一个在（天文学意义上的）短期内不会在空间中发生变化的坐标系。这使得ICRS变成了完全独立于地球运动的一个参考系。
根据前面所说的地球自转的不稳定性，可以知道：对于一个时刻的天空，如果采用那个时刻真正的春分点与地球自转轴建立赤道坐标系，那么天文学家之间的沟通将无法进行——因为这个坐标系无时无刻不在变动。所以天文学家约定采取某一个时刻的地球运行状态作为赤道坐标系的基准。
J2000坐标系，其原点也是在地球质心，xy平面为J2000时刻的地球平赤道面，x轴指向J2000时刻的平春分点（J2000时刻平赤道面与平黄道面的一个交点）。
此坐标系常被作为地球卫星的惯性坐标系，卫星运动积分等都在此坐标系计算。
1988年国际大地测量学与地球物理学联合会(IUGG)和国际天文学联合会(IAU)联合创建了国际地球自转服务局(IERS),IERS是国际地球参考框架(ITRF)的发布机构,定期求取ITRF的年度解,这些解由IERS年报和技术备忘录公布,至今ITRF已经公布了12个版本,分别为ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF97、ITRF2000、ITRF2005、ITRF2008。其中,ITRF2008是目前最新的版本。
它是大地测量学和地球动力学研究的一种基本坐标系。如果把地球潮汐和地壳运动忽略不计，地球重力场和地面点的位置在这个坐标系中是固定不变的。也就是说这个坐标系仅随地球自转而转动，固定在地球上不变，因而也被称为地固坐标系。地球坐标系的建立已有一百多年的历史，1980年以前主要采用的是光学观测。随着空间大地测量的开展，观测人造的或自然的天体打破了集团或国家独有的观测传统，迫切要求确立与使用公用的地球坐标系。但宇宙间不可能存在绝对固定不动的东西，所以建立这种坐标系只能通过一种协议结果来体现，因而这种坐标系也被称协议地球参考系（CTRS），它是国际上约定统一采用的地球参考系。世界各国经常使用的国际地球参考框架就是这种坐标系的实现。
国际地球自转局（IERS）主要任务是准确及时提供自转参数。它的目的之一，就是建立与保持这个地球参考框架。该框架是国际大地测量学和地球物理学联合会（IUGG）、国际大地测量学协会（IAG）、国际天文学会（IAU）专门决定建立的，有关工作由IERS下属地球参考框架部门负责执行。具体由设在法国巴黎的国家地理院(IGN)大地测量室(LAREG)主持。使用的空间大地测量技术为：激光测月（LLR）；激光测卫（SLR）；甚长基线干涉（VLBI）；全球定位系统（GPS）；多普勒卫星跟踪和无线电定位系统（DORIS）等。
国际地面参考框架（ITRF，InternationalTerrestrialReferenceFrame）是ITRS的实现，每隔几年就会产生新的ITRF解决方案，使用最新的数学和测量技术，尽可能精确地实现ITRS。由于实验误差，任何给定的ITRF都将与已有ITRF略有不同。ITRS和ITRF解决方案由国际地球自转和参考系统处（IERS）维护。
（4）区时：全球分为24个标准时区。在同一时区,统一采用该时区中央子午线上的平太阳时,称为区时。
出于许多目的，日历日期很不方便。为此，可以使用儒略日编号系统。JDzero位于7000年前，远早于历史时代，定义为格林威治正午；例如，JD2449444开始于1994年4月1日正午（12点）。JD2449443.5是1994年4月1日开始的午夜（0点）。由于儒略日的值太大，加上半天偏移的笨拙，删除前导“24”和“尾0.5”是公认的做法，由此产生所谓的修正儒略日：
ICRF与ITRF转换方法目前主要有基于春分点的经典转换方法,和天球中间原点(CIO)的新方法。
基于春分点的ICRF与ITRF转换的经典方法在基于春分点的转换方法中ICRF转化到ITRF要经历了ICRF转化为瞬时平天球坐标系、瞬时平天球坐标系转化为瞬时天球坐标系、瞬时天球坐标系转化为瞬时地球坐标系、瞬时地球坐标系转化为ITRF四个过程。ITRF转换到ICRF经历与之相反的四个转换过程,在实际转换中主要采用直接ICRF转化到ITRF的逆矩阵。基于春分点ICRF转化到ITRF转换的经典方法主要流程如下：
计算转换矩阵需要的参数有5个：
计算GCRS转ITRS的转换矩阵。计算W(t)，R(t)和Q(t)矩阵的过程在代码中都有所体现。