第2章 坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)

1、第二章 坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng) 坐標(biāo)系統(tǒng) 天球坐標(biāo)系空固系與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，用于描述衛(wèi)星的運(yùn)行位置和狀態(tài)。 地球坐標(biāo)系地固系隨同地球自轉(zhuǎn)，點(diǎn)位坐標(biāo)不會隨地球自轉(zhuǎn)而變化；用于表達(dá)地面觀測站的位置和處理GPS觀測數(shù)據(jù)。 軌道坐標(biāo)系統(tǒng) 用于研究衛(wèi)星在其運(yùn)行軌道上的運(yùn)動第二章 坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng)恒星時(shí)ST（Sidereal Time）平太陽時(shí)MT（Mean Solar Time）世界時(shí)UT（Universal Time）原子時(shí)AT（Atomic Time）諧調(diào)世界時(shí)UTC（Coordinated Universal Time）GPSGPS時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng) GPST第二章 坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)本章主要內(nèi)

2、容2.1 天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系2.2 WGS84坐標(biāo)系和我國大地坐標(biāo)系2.3 坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換2.4 時(shí)間系統(tǒng)復(fù)習(xí)思考題重點(diǎn)難點(diǎn)2.1 天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系本節(jié)主要內(nèi)容：一、天球坐標(biāo)系二、地球坐標(biāo)系三、天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換四、站心地平坐標(biāo)系五、坐標(biāo)系的兩種定義方式 關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式重點(diǎn)難點(diǎn)關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式1 1 空間直角坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系 位置矢量在3個坐標(biāo)軸上的投影（X,Y,ZX,Y,Z） 定義坐標(biāo)原點(diǎn)的位置3個坐標(biāo)軸的指向長度單位 優(yōu)點(diǎn)便于進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式2 2 球面坐標(biāo)系球面坐標(biāo)系常用于天球坐標(biāo)系第一參

3、數(shù)：r第二參數(shù)： 或赤緯赤緯= 900第三參數(shù)：赤經(jīng)球面坐標(biāo)和空間直角坐標(biāo)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換圖21 關(guān)于坐標(biāo)系的幾種表達(dá)形式3 3 大地坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系常用于地球坐標(biāo)系大地坐標(biāo)大地經(jīng)度L大地緯度B大地高H大地坐標(biāo)與空間直角坐標(biāo)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換圖22“球面坐標(biāo)和空間直角坐標(biāo)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”sincossincoscosrzyx)/arctan()/arctan(22222yxzxyzyxr(21) (22) 一、天球坐標(biāo)系（一）（一）基本概念基本概念（二）（二）天球坐標(biāo)系的定義天球坐標(biāo)系的定義（三）歲差和章動（了解）（四）瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和協(xié)議天球坐標(biāo)系 （了解）（一）基本概念 天球天軸與天極 天球赤

4、道（面）天球子午面（圈） 黃道黃赤交角黃極春分點(diǎn)當(dāng)太陽在黃道上，從天球南半球向北半球運(yùn)行時(shí)，黃道與天球赤道的交點(diǎn)地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓。即當(dāng)?shù)厍蚶@太陽公轉(zhuǎn)時(shí)，地球上的觀測者所見到的，太陽在天球上運(yùn)動的軌跡是指以地球質(zhì)心M為中心，半徑r為任意長度的一個假象的球體地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線為天軸；天軸與天球的交點(diǎn)Pn和Ps稱為天極通過地球質(zhì)心M與天軸垂直的平面包含天軸并通過地球上任一點(diǎn)的平面黃道面與赤道面的夾角通過天球中心，且垂直于黃道面的直線與天球的交點(diǎn)（二）天球坐標(biāo)系的定義 天球空間直角坐標(biāo)系天球空間直角坐標(biāo)系 天球球面坐標(biāo)系天球球面坐標(biāo)系 天球空間直角坐標(biāo)系和天球球面坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

5、公式（21）（22）假設(shè)地球?yàn)榫|(zhì)的球體，且沒有其它天體攝動力天體攝動力的影響；即假定地球的自轉(zhuǎn)軸，在空間的方向是固定的，春分點(diǎn)春分點(diǎn)在天球上的位置保持不變。1. 天球空間直角坐標(biāo)系 p系統(tǒng)定義坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心地球質(zhì)心MZ軸指向天球北極天球北極x軸指向春分點(diǎn)春分點(diǎn)y軸垂直于xMz平面，與x軸和z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系統(tǒng)XYZp 點(diǎn)的坐標(biāo)表示（X，Y，Z）2. 天球球面坐標(biāo)系 p系統(tǒng)定義坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心向徑長度r赤經(jīng)赤緯p點(diǎn)的坐標(biāo)表示（r，） （三）歲差和章動p實(shí)際上地球自轉(zhuǎn)軸在空間的方向是變化的，由此導(dǎo)致：北天極北天極在天球上繞北黃極北黃極依順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)春分點(diǎn)春分點(diǎn)在黃道黃道上產(chǎn)生緩慢的西

6、移p北天極在天球上的這種復(fù)雜運(yùn)動，通常分解為兩種規(guī)律的運(yùn)動：歲差章動 p歲差和章動的影響歲差 假設(shè)月球的引力及其運(yùn)行軌道是固定不變的，同時(shí)忽略其它天體引力的微小影響。則在日月引力的影響下，使北天極繞北黃極以順時(shí)針的方向緩慢地旋轉(zhuǎn)，在天球上北天極的運(yùn)動軌跡，近似地構(gòu)成一個以北黃極為中心，以黃赤交角黃赤交角為半徑的小圓，這種現(xiàn)象稱為歲差歲差。歲差瞬時(shí)平北天極（簡稱平北天極）瞬時(shí)平北天極（簡稱平北天極）按照歲差的變化歲差的變化規(guī)律規(guī)律在天球上運(yùn)動的北天極瞬時(shí)天球平赤道和瞬時(shí)平春分點(diǎn)瞬時(shí)天球平赤道和瞬時(shí)平春分點(diǎn)與平北天極平北天極相應(yīng)的天球赤道和春分點(diǎn)瞬時(shí)北天極（或真北天極）瞬時(shí)北天極（或真北天極）觀測

7、時(shí)的北天極瞬時(shí)天球赤道和瞬時(shí)春分點(diǎn)（或稱真天球瞬時(shí)天球赤道和瞬時(shí)春分點(diǎn)（或稱真天球赤道和真春分點(diǎn)）赤道和真春分點(diǎn)）與瞬時(shí)北天極瞬時(shí)北天極相應(yīng)的天球赤道和春分點(diǎn)章動 在日月引力等因素的影響下，瞬時(shí)北瞬時(shí)北天極天極繞瞬時(shí)平北天瞬時(shí)平北天極極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，大致成橢圓形軌跡橢圓形軌跡，其長半徑約為9.2秒，周期約為18.6年。這種現(xiàn)象稱為章動章動歲差和章動的影響 實(shí)際上，在歲差和章動的共同影響下，瞬時(shí)北天極瞬時(shí)北天極繞北黃北黃極極旋轉(zhuǎn)的軌跡：順時(shí)針、波浪式地旋轉(zhuǎn)。 （四）瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和協(xié)議天球坐標(biāo)系1、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系（真天球坐標(biāo)系 ）2、協(xié)議天球坐標(biāo)系 3、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和協(xié)議天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

8、1、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系（真天球坐標(biāo)系 ）p 原點(diǎn)位于地球質(zhì)心p z軸指向瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸（瞬時(shí)北天極瞬時(shí)北天極）p x軸指向瞬時(shí)春分點(diǎn)瞬時(shí)春分點(diǎn)p y軸按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向“以瞬時(shí)北天極瞬時(shí)北天極和瞬時(shí)春分點(diǎn)瞬時(shí)春分點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)建立的天球坐標(biāo)系”在歲差和章動的影響下，瞬時(shí)天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸指向，在不斷地變化，為非慣性坐標(biāo)系統(tǒng)非慣性坐標(biāo)系統(tǒng)。2、協(xié)議天球坐標(biāo)系 p歷元平天球坐標(biāo)系：歷元平天球坐標(biāo)系：選擇某一歷元時(shí)刻t，以此瞬間的地球自轉(zhuǎn)軸和春分點(diǎn)方向分別扣除此瞬間的章動值章動值作為z軸和x軸的指向，y軸按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向，坐標(biāo)系原點(diǎn)仍取地球質(zhì)心。p協(xié)議天球坐標(biāo)系：協(xié)議天球坐標(biāo)系：以標(biāo)準(zhǔn)歷元t0（J2

9、000.0）所定義的平天球坐標(biāo)系。 3、瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系和協(xié)議天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 p可通過歲差和章動旋轉(zhuǎn)變換來實(shí)現(xiàn)p參考教材P15公式(211)、（212） 二、地球坐標(biāo)系 （一）定義 地心空間直角坐標(biāo)系 地心大地坐標(biāo)系 地心空間直角坐標(biāo)系和地心大地坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（二）地極移動（了解）（三）瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系和協(xié)議地球坐標(biāo)系（了解）1. 地心空間直角坐標(biāo)系p 坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心p Z軸p X軸p Y軸2. 地心大地坐標(biāo)系 p大地經(jīng)度Lp大地緯度Bp大地高H（二）地極移動 1 1、概念、概念地球自轉(zhuǎn)軸相對地球體的位置是變化的，從而地極點(diǎn)在地球表面上的位置，也是隨時(shí)間而變化的。2 2、瞬時(shí)地球

10、自轉(zhuǎn)軸、瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸“觀測瞬間地球自轉(zhuǎn)軸的位置”3 3、瞬時(shí)極、瞬時(shí)極“和瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸相對應(yīng)的極點(diǎn)”（三）瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系和協(xié)議地球坐標(biāo)系 1、瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系2、協(xié)議地球坐標(biāo)系3、協(xié)議地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換1、瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系p 原點(diǎn)位于地球質(zhì)心p z軸指向瞬時(shí)瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸方向p x軸指向瞬時(shí)瞬時(shí)赤道面和包含瞬時(shí)瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸與平均天文臺赤道參考點(diǎn)的子午面之交點(diǎn)p y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向由于極移的影響，瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系是隨時(shí)間而變化的，不便于描述地球上點(diǎn)的位置。2、協(xié)議地球坐標(biāo)系p國際協(xié)議原點(diǎn)國際協(xié)議原點(diǎn)CIOCIO （Conventional Inter

11、national Origin）以1900.001905.00年地球自轉(zhuǎn)軸瞬時(shí)位置的平均位置作為地球的固定極，稱為CIO。p協(xié)議地極協(xié)議地極CTPCTP(Conventional Terrestrial Pole)p協(xié)議赤道面（或平赤道面）協(xié)議赤道面（或平赤道面）2、協(xié)議地球坐標(biāo)系p 定義定義CTSCTS(Conventional Terrestrial System) 原點(diǎn)位于地球質(zhì)心 z軸指向CIOCIO x軸指向協(xié)議地球赤道面協(xié)議地球赤道面和包含CIO與平均天文臺赤道參考點(diǎn)的子午面之交點(diǎn) y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向。3、協(xié)議地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換二者存在旋轉(zhuǎn)關(guān)系： etpxp

12、yemzyxyRxRzyx （213）為瞬時(shí)地極相對于CIO的坐標(biāo)。 ),(ppyx三、天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 （一）瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系與瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系與瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 如圖：二者只是x軸的指向不同ctGzetzyxRzyx)(（210） t時(shí)刻的瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系t時(shí)刻的瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系對應(yīng)格林尼治平子午面的真春分點(diǎn)時(shí)角三、天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換協(xié)議天球坐標(biāo)系 瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系協(xié)議地球坐標(biāo)系（211）（212）（210）（213）（二）協(xié)議天球坐標(biāo)系與協(xié)議地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)（二）協(xié)議天球坐標(biāo)系與協(xié)議地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)

13、轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換瞬時(shí)天球坐標(biāo)系與瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的關(guān)系圖四、站心地平坐標(biāo)系 （一）定義（一）定義1 1、站心（左手）地平直角坐標(biāo)系站心（左手）地平直角坐標(biāo)系P P1 1-xyz-xyz2 2、站心地平極坐標(biāo)系站心地平極坐標(biāo)系P1P1rAhrAh（二）（二）站心地平極坐標(biāo)系與站心地平直角坐站心地平極坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換（三）（三）站心（左手）地平直角坐標(biāo)系與地心站心（左手）地平直角坐標(biāo)系與地心空間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換空間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換重點(diǎn) 1、站心（左手）地平直角坐標(biāo)系P1-xyzp測站P1為原點(diǎn)pP1點(diǎn)的法線為z軸 （指向天頂為正）p子午線方向?yàn)閤軸 （向北為正）py

14、軸與x、z軸垂直（向東為正），構(gòu)成左手坐標(biāo)系 2、站心地平極坐標(biāo)系P1rAh類似于球面坐標(biāo)系p以測站P1為原點(diǎn)p衛(wèi)星s至P1的距離距離r r p衛(wèi)星的方位角方位角A Ap衛(wèi)星的高度角高度角h h（二）站心地平極坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換 sinhcoshsincoshcosrzAryArx(2-8)arctan()arctan(22222yxzhxyAzyxr(2-9)（三）站心（左手）地平直角坐標(biāo)系與地心空間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換 站心地平直角坐標(biāo)系站心地平直角坐標(biāo)系站心赤道直角坐標(biāo)系站心赤道直角坐標(biāo)系地心空間直角坐標(biāo)系地心空間直角坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)變換（26）平移變換（25）（三）站心（左

15、手）地平直角坐標(biāo)系與地心空間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換BHeNLBHLBHzyxBBLBLLBLBLLZYXsin)1 (sincos)N(coscos)N(sin0cossincoscossinsincoscossincossinB2地平地心旋轉(zhuǎn)矩陣 平移矩陣 （27）旋轉(zhuǎn)變換 地平地平站赤zyxBBLBLLBLBLLzyxPBRLRZYXyyzsin0cossincoscossinsincoscossincossinB90180旋轉(zhuǎn)矩陣（26）平移變換站赤站赤地心地心ZYXBHeNLBHLBHZYXZYXZYXPPPsin)1 (sincos)N(coscos)N(2111（平移矩陣）P1地心坐

16、標(biāo) （25）五、坐標(biāo)系的兩種定義方式 理論定義理論定義先選定一個尺度單位（一般采用標(biāo)準(zhǔn)米），然后定義坐標(biāo)原點(diǎn)的位置和坐標(biāo)軸的指向。 協(xié)定坐標(biāo)系協(xié)定坐標(biāo)系在實(shí)際應(yīng)用中，由一系列已知測站點(diǎn)的坐標(biāo)值所定義的坐標(biāo)系稱為協(xié)定坐標(biāo)系。例如：GPS衛(wèi)星的坐標(biāo)就是屬于GPS跟蹤站及其坐標(biāo)值所定義的協(xié)定坐標(biāo)系。2.2 WGS84坐標(biāo)系和我國大地坐標(biāo)系一、WGS-84世界大地坐標(biāo)系 二、國家大地坐標(biāo)系（參心坐標(biāo)系）1、1954年北京坐標(biāo)系2、1980年國家大地坐標(biāo)系三、ITRF參考框架簡介一、WGS-84世界大地坐標(biāo)系p 幾何定義幾何定義坐標(biāo)原點(diǎn)Z軸X軸Y軸p WGS-84橢球采用國際大地測量和地球物理聯(lián)合會（I

17、UGG）第17屆大會大地測量常數(shù)的推薦值（World Geodical System-84）一、 WGS-84世界大地坐標(biāo)系p協(xié)議地球坐標(biāo)系CTSp地心地固系ECEF（Earth Centered Earth Fixed）p由分布于全球的一系列GPS跟蹤站的坐標(biāo)來具體體現(xiàn)的。 WGS-84（G730） WGS-84（G873） WGS-84WGS-84（G1150G1150）：）：與ITRF2000的站坐標(biāo)之差約為1cm 三、ITRF參考框架簡介 pITRFITRF（I International T Terrestrial R Reference F Frame）是由國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)IERS

18、（International Earth Rotation Service）提供的國際地球參考框架，由空間大地測量由空間大地測量觀測站的坐標(biāo)和運(yùn)動速度來定義的觀測站的坐標(biāo)和運(yùn)動速度來定義的。pITRF框架實(shí)質(zhì)上也是一種地心地固坐標(biāo)系地心地固坐標(biāo)系ECEFECEF（Earth Centered Earth Fixed），其原點(diǎn)在地球體系（含海洋和大氣圈）的質(zhì)心，以WGS-84橢球?yàn)閰⒖紮E球。2.3 坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換p參心大地坐標(biāo)系與地心大地坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換重點(diǎn)解決：重點(diǎn)解決：WGS84WGS84地心坐標(biāo)與國家參心坐標(biāo)地心坐標(biāo)與國家參心坐標(biāo)p不同參心大地坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換p大地坐標(biāo)與高斯平面坐標(biāo)

19、之間的轉(zhuǎn)換WGS84地心坐標(biāo)與國家參心坐標(biāo)（空間直角坐標(biāo)）系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換p 7個轉(zhuǎn)換參數(shù)（3平移參數(shù)3旋轉(zhuǎn)參數(shù)1尺度變化參數(shù)）p 轉(zhuǎn)換參數(shù)一般是利用公共點(diǎn)的兩套坐標(biāo)值公共點(diǎn)的兩套坐標(biāo)值通過一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算。p 當(dāng)重合點(diǎn)數(shù)為三個以上時(shí)，通常可以采用布布爾薩模型爾薩模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換： 方法一方法二（一）方法一 設(shè) 和 分別為地面網(wǎng)點(diǎn)的參心坐標(biāo)參心坐標(biāo)列向量和GPS網(wǎng)點(diǎn)的地心坐標(biāo)地心坐標(biāo)列向量。由布爾薩模型可知： DiXGiXGixyzDiXRRRkXX)()()()1 (（220） 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的7 7參數(shù)參數(shù)為： TzyxX),(TzyxkzyxR),(尺度變化參數(shù)平移參數(shù)旋轉(zhuǎn)參數(shù)矩陣（

20、一）方法一當(dāng) 為微小量時(shí)，忽略其間的互乘項(xiàng)，且 簡化模型為：GiGiGixyxzyzGiGiGiDiDiDizyxzyxkzyxzyx000)1 (221) 010000100001GiGiGiGiGiGiGiGiGiixyzxzyyzxC令式（221）用向量表示為： RCXXiGiDi（222） sin, 1coszyx、k（一）方法一 根據(jù)模型（222），利用重合點(diǎn)的兩套坐標(biāo)值，可平差計(jì)算出轉(zhuǎn)換參數(shù)：)()(1GiDiTTXXCCCCR 求得轉(zhuǎn)換參數(shù)R后，再利用模型（222）進(jìn)行各點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。 注意：若忽略一些轉(zhuǎn)換參數(shù)，則還有注意：若忽略一些轉(zhuǎn)換參數(shù)，則還有3 3參數(shù)法、參數(shù)法、4 4參

21、數(shù)法等。參數(shù)法等。（二）方法二【利用基線向量求轉(zhuǎn)換參數(shù)】【利用基線向量求轉(zhuǎn)換參數(shù)】選定一個公共點(diǎn)公共點(diǎn)D0為基準(zhǔn)點(diǎn)基準(zhǔn)點(diǎn)，然后求解其它各公共點(diǎn)Di相對基準(zhǔn)點(diǎn)基準(zhǔn)點(diǎn)的基線向量（坐標(biāo)差）基線向量（坐標(biāo)差）)()()()1 ()(00GGixyzDDiXXRRRkXX（224） 00)()()()1 (GxyzDXRRRkXX（223） GixyzDiXRRRkXX)()()()1 (（220） 同理可求出4參數(shù)。2.4 時(shí)間系統(tǒng)一、時(shí)間系統(tǒng)的定義要素：（1）原點(diǎn)（2）時(shí)間尺度（時(shí)間單位）二、周期運(yùn)動的選用與時(shí)間系統(tǒng)的發(fā)展三、常用的時(shí)間系統(tǒng)二、周期運(yùn)動的選用與時(shí)間系統(tǒng)的發(fā)展 地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動

22、為基準(zhǔn)的世界時(shí)系統(tǒng)世界時(shí)系統(tǒng)觀察地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，所選空間參考點(diǎn)空間參考點(diǎn)不同：（1 1）恒星時(shí)）恒星時(shí) （2 2）太陽時(shí)、平太陽時(shí)）太陽時(shí)、平太陽時(shí)（3 3）世界時(shí)）世界時(shí) 以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動為基礎(chǔ)的原子時(shí)系統(tǒng)原子時(shí)系統(tǒng) 協(xié)調(diào)世界時(shí)協(xié)調(diào)世界時(shí)UTCUTC GPS專用時(shí)間系統(tǒng)（GPSGPS時(shí)）時(shí)）三、常用的時(shí)間系統(tǒng)恒星時(shí) STST(Sidereal Time)(Sidereal Time) 平太陽時(shí) MT(Mean Solar Time)MT(Mean Solar Time) 世界時(shí) UTUT（Universal TimeUniversal Time） 原子時(shí) AT(Atomic

23、 Time)AT(Atomic Time) 諧調(diào)世界時(shí) UTCUTC（Coodinated Coodinated Universal TimeUniversal Time）GPS時(shí) GPSTGPST 1. 恒星時(shí)ST(Sidereal Time)ST(Sidereal Time) (1)(1)定義定義以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，由春分點(diǎn)的周日視運(yùn)動所定義的時(shí)間系統(tǒng)為恒星時(shí)系統(tǒng)。 時(shí)間尺度時(shí)間尺度：春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時(shí)間間隔為一恒星日，一恒星日分為24個恒星時(shí)。 起算原點(diǎn)：起算原點(diǎn)：春分點(diǎn)通過本地上子午圈的時(shí)刻。1. 恒星時(shí)STST（2）特點(diǎn) 恒星時(shí)具有地方性，同一瞬間對不同測站的恒星時(shí)是不同

24、的，所以恒星時(shí)也稱為地方恒星時(shí)。 對于同一歷元時(shí)刻，有真春分點(diǎn)和平春分點(diǎn)之分。因此恒星時(shí)就有真恒星時(shí)和平恒星時(shí)2. 平太陽時(shí)MT(Mean Solar Time) 太陽時(shí)（ Solar Time）以太陽太陽為參考點(diǎn)，由太陽的周日視運(yùn)動太陽的周日視運(yùn)動來測定地球的自轉(zhuǎn)周期并建立的時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)。 真太陽時(shí)（真時(shí)）真太陽時(shí)（真時(shí)）以真太陽視面中心真太陽視面中心為參考點(diǎn)，由太陽的周日視太陽的周日視運(yùn)動運(yùn)動來測定地球的自轉(zhuǎn)周期并建立的時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)。 真太陽日、真太陽時(shí) 地方真時(shí) 真太陽時(shí)的不均勻性2. 平太陽時(shí)MT(Mean Solar Time)（1）平太陽 假設(shè)以真太陽周年運(yùn)動的平均速度在天球赤道上

25、作周年視運(yùn)動的一個參考點(diǎn)，其周期與真太陽一致。（2）平太陽時(shí) 以平太陽平太陽為參考點(diǎn)，由平太陽的周日視運(yùn)動平太陽的周日視運(yùn)動所定義的時(shí)間系統(tǒng)。 時(shí)間尺度：平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時(shí)間間隔為一平太陽日，一平太陽日分為24平太陽時(shí)。 起算原點(diǎn)：平太陽通過本地子午圈時(shí)刻。（3）地方平太陽時(shí)3. 世界時(shí)UT（Universal Time） （1）定義： 以平子夜為零時(shí)起算的格林尼治平太陽時(shí)。（2）世界時(shí)與平太陽時(shí)的區(qū)別 尺度相同； 起算點(diǎn)不同。（3）世界時(shí)系統(tǒng)的缺陷 世界時(shí)系統(tǒng)是以地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動為基礎(chǔ)的； 嚴(yán)格來講，地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動是不穩(wěn)定的。世界時(shí)（續(xù)）（4）世界時(shí)系統(tǒng)的發(fā)展 世界時(shí)UT1： 在世界

26、時(shí)UT中引入極移改正 世界時(shí)UT2在UT1中再次引入地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性改正說明：世界時(shí)UT2雖然經(jīng)過上述改正，但仍含有地球自地球自轉(zhuǎn)速度的長期變化和不規(guī)則變化影響轉(zhuǎn)速度的長期變化和不規(guī)則變化影響，所以，世界時(shí)不是一個嚴(yán)格均勻的時(shí)間系統(tǒng)。1976年以后，為原子時(shí)所取代。 關(guān)于地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動的不穩(wěn)定性 由于極移極移現(xiàn)象，使得地球自轉(zhuǎn)軸在地球內(nèi)部的位置并不是固定的； 地球的自轉(zhuǎn)速度也不均勻，地球自轉(zhuǎn)周期存在著季節(jié)變化、長期變化及其他不規(guī)則變化，情況甚為復(fù)雜 4.原子時(shí)ATI(Atomic Time) （1）定義 時(shí)間尺度：原子時(shí)秒長被定義為銫原子Cs133基態(tài)的兩個超精細(xì)能級間躍遷輻射振蕩91926

27、31170周所持續(xù)的時(shí)間。 起算原點(diǎn)：按國際協(xié)定取為1958年1月1日0時(shí)0秒（UT2）（事后發(fā)現(xiàn)在這一瞬間ATI與UT2相差0.0039秒）。4. 原子時(shí)（2）原子鐘 原子時(shí)是通過原子鐘來授時(shí)的； 原子鐘振蕩器頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，決定了原子時(shí)的精度； 銣原子鐘、銫原子鐘、氫原子鐘（3）國際原子時(shí)IAT（International Atomic Time）許多國家建立了各自的地方原子時(shí)系統(tǒng)，國際上大約有100多座原子鐘，通過相互比對，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理推算出的統(tǒng)一原子時(shí)系統(tǒng)。5.協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC（Coodinated Universal Time） （1）定義嚴(yán)格采用原子時(shí)秒長，并采用跳秒（閏秒）的方法使協(xié)調(diào)時(shí)與世界時(shí)的時(shí)刻相接近，其差不超過1秒。（