GPS原理與應(yīng)用第二章 坐標(biāo)系統(tǒng)與時間系統(tǒng)

1、2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18第二章 坐標(biāo)系統(tǒng)和時間系統(tǒng) 坐標(biāo)系統(tǒng)分類2. 天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系3. WGS-84坐標(biāo)系和我國大地坐標(biāo)系4. 時間系統(tǒng)2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18GPS衛(wèi)星總是圍繞地球質(zhì)心旋轉(zhuǎn)，與地衛(wèi)星總是圍繞地球質(zhì)心旋轉(zhuǎn)，與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)；球自轉(zhuǎn)無關(guān)；觀測站固定在地球表面，與自轉(zhuǎn)有關(guān)。觀測站固定在地球表面，與自轉(zhuǎn)有關(guān)。在全球定位系統(tǒng)中，為了確定用

2、戶接收在全球定位系統(tǒng)中，為了確定用戶接收機(jī)的位置，機(jī)的位置，GPSGPS衛(wèi)星的瞬時位置通常應(yīng)衛(wèi)星的瞬時位置通常應(yīng)化算到統(tǒng)一的地球坐標(biāo)系統(tǒng)。化算到統(tǒng)一的地球坐標(biāo)系統(tǒng)。為何引入坐標(biāo)系統(tǒng)？為何引入坐標(biāo)系統(tǒng)？2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-181. 坐標(biāo)系統(tǒng)分類 空間固定坐標(biāo)系 (與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)的慣性參考系，對描述衛(wèi)星的 運(yùn)行位置和狀態(tài)極其方便) 天球坐標(biāo)系, 慣性坐標(biāo)系 (Inertial System） 與地球固聯(lián)的坐標(biāo)系 (ECEF-Earth-centered-earth-fixed，

3、該系統(tǒng)對表達(dá) 地面觀測站的位置和處理GPS觀測數(shù)據(jù)尤為方便 ) 地球坐標(biāo)系， （WGS-84 北京-54 西安80）坐標(biāo)系統(tǒng)是由坐標(biāo)原點(diǎn)位置、坐標(biāo)軸指向和尺度所定義。坐標(biāo)系統(tǒng)是由坐標(biāo)原點(diǎn)位置、坐標(biāo)軸指向和尺度所定義。2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系（天球參照系）便于描述衛(wèi)星位置CRS Celestial Reference System也被稱為空固系（Space-fixed Reference System ）是空間固

4、定的坐標(biāo)系，與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，稱為慣性坐標(biāo)系或天球坐標(biāo)系，主要用于描述衛(wèi)星和地球的運(yùn)行位置和狀態(tài)。地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系（地球參照系）便于描述測站位置TRS Terrestrial Reference System也被稱為地固系（Earth-fixed Reference System）與地球體固連在一起且與地球同步運(yùn)動的坐標(biāo)系，其中以地心為原點(diǎn)的坐標(biāo)系則稱為地心地固坐標(biāo)系2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18天球天球天球天球：地球質(zhì)心為中心，半徑任意的假想球體：地球質(zhì)心為中心，半徑任意的假

5、想球體天軸與天極天軸與天極：地球自轉(zhuǎn)軸的延伸為天軸，與天：地球自轉(zhuǎn)軸的延伸為天軸，與天球的交點(diǎn)為天極球的交點(diǎn)為天極天球赤道面天球赤道面：過地球質(zhì)心與天軸垂直的平面：過地球質(zhì)心與天軸垂直的平面天球子午面天球子午面：包含天軸與天球上任一點(diǎn)的平面：包含天軸與天球上任一點(diǎn)的平面黃道黃道：地球公轉(zhuǎn)軌道面與天球相交的大圓：地球公轉(zhuǎn)軌道面與天球相交的大圓黃極黃極：通過天球中心垂直于黃道面的直線與天：通過天球中心垂直于黃道面的直線與天球的交點(diǎn)球的交點(diǎn)春分點(diǎn)春分點(diǎn)：太陽在黃道上從南到北運(yùn)行時，黃道：太陽在黃道上從南到北運(yùn)行時，黃道與天球赤道的交點(diǎn)與天球赤道的交點(diǎn)2022-2-182022-2-18GPSGPS原

6、理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18天球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系sPn赤緯赤經(jīng)黃赤夾角23.5=snPs天球天軸與天極（Pn， Ps）天球赤道子午圈時圈(天極起至的半子午圈)黃道黃極(n , s)春分點(diǎn)()2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18天球空間直角坐標(biāo)系天球球面坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系向經(jīng)長度赤經(jīng)赤緯天體s的空間直角坐標(biāo)原點(diǎn)：地球質(zhì)心M；z軸：指向天球北極；x軸：指向春分點(diǎn)；y軸：垂直于xMz與x，y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。含天軸和

7、春分點(diǎn)的天球子午面與過天體S的子午面之間的夾角原點(diǎn)M到天體S的連線與天球赤道面之間的夾角2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18天球空間直角坐標(biāo)系天球空間直角坐標(biāo)系 原點(diǎn)原點(diǎn)o o位于地球質(zhì)心，位于地球質(zhì)心，z z軸指向天球北極，軸指向天球北極，x x軸指向春分點(diǎn)，軸指向春分點(diǎn)，y y軸垂直于軸垂直于xozxoz平面與平面與x x和和z z軸構(gòu)成右手系軸構(gòu)成右手系天球球面坐標(biāo)系天球球面坐標(biāo)系 原點(diǎn)原點(diǎn)o o位于地球質(zhì)心，赤經(jīng)位于地球質(zhì)心，赤經(jīng) 為含天軸為含天軸和春分點(diǎn)的天球子午面與過天體和

8、春分點(diǎn)的天球子午面與過天體s s的天球的天球子午面的夾角；赤緯子午面的夾角；赤緯 為原點(diǎn)至為原點(diǎn)至s s連線與連線與天球赤道面的夾角，向徑長度天球赤道面的夾角，向徑長度r r為原點(diǎn)至為原點(diǎn)至s s的距離的距離( , , )sr ( , , )s x y z2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18歲差和章動的影響歲差歲差：由于地球的實(shí)際形狀，日月和其它天體：由于地球的實(shí)際形狀，日月和其它天體引力的影響下，假定月球的引力及軌道固定不引力的影響下，假定月球的引力及軌道固定不變變, ,且忽略其他行

9、星引力的微小影響且忽略其他行星引力的微小影響, , 地球自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)軸具有周期約軸具有周期約2580025800年繞黃極一周的長周期運(yùn)動，年繞黃極一周的長周期運(yùn)動，該運(yùn)動使得春分點(diǎn)每年約產(chǎn)生該運(yùn)動使得春分點(diǎn)每年約產(chǎn)生50.371”50.371”向西運(yùn)向西運(yùn)動動章動章動：由于月球軌道和月地距離不斷變化：由于月球軌道和月地距離不斷變化, ,地球地球自轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的一系列短周期變化被統(tǒng)稱為章自轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的一系列短周期變化被統(tǒng)稱為章動動2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-182022-2-18202

10、2-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18r=18.6年P(guān)n歲差章動疊加歲差章動疊加章動橢圓章動橢圓n25800年2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18 協(xié)議天球坐標(biāo)系瞬時極天球坐標(biāo)系nz軸指向瞬時地球自轉(zhuǎn)軸；x軸指向瞬時春分點(diǎn)，也稱真天球（赤道）坐標(biāo)系協(xié)議天球坐標(biāo)系（平天球坐標(biāo)系）n選某一時刻 為標(biāo)準(zhǔn)歷元，將此刻地球的瞬時自轉(zhuǎn)軸和地心至瞬時春分點(diǎn)的方向經(jīng)歲差和章動改正后分別作z軸和x軸的指向，稱為標(biāo)準(zhǔn)歷元

11、的平天球坐標(biāo)系 ，也稱協(xié)議天球坐標(biāo)系（協(xié)議慣性系Conventional Inertial SystemCIS）0t0t2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18協(xié)議天球坐標(biāo)系與瞬時天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換協(xié)議天球坐標(biāo)系與瞬時天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換第一步第一步：將協(xié)議天球坐將協(xié)議天球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為瞬時平天球標(biāo)系轉(zhuǎn)換為瞬時平天球坐標(biāo)系。坐標(biāo)系。 二者僅存在由歲差引起二者僅存在由歲差引起的坐標(biāo)軸指向的不同。的坐標(biāo)軸指向的不同。第二步：第二步：將瞬時平天球?qū)⑺矔r平天球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為瞬時天球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為瞬時天球坐標(biāo)系

12、。坐標(biāo)系。 二者差別由地球自轉(zhuǎn)軸二者差別由地球自轉(zhuǎn)軸的章動現(xiàn)象引起。的章動現(xiàn)象引起。)()(0)()()(tMAZAYAztMZYXRRZRZYX協(xié)議天球協(xié)議天球坐標(biāo)系坐標(biāo)系瞬時平天瞬時平天球坐標(biāo)系球坐標(biāo)系)()()()()(tMXZXtcZYXRRRZYX瞬時平天瞬時平天球坐標(biāo)系球坐標(biāo)系瞬時天球瞬時天球坐標(biāo)系坐標(biāo)系瞬時天球瞬時天球坐標(biāo)系坐標(biāo)系協(xié)議天協(xié)議天球坐標(biāo)球坐標(biāo)系系2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-182 地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系v地心空間直角坐標(biāo)系地心空間直角坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)在地球質(zhì)心

13、，坐標(biāo)原點(diǎn)在地球質(zhì)心，Z軸與地球平均自轉(zhuǎn)軸軸與地球平均自轉(zhuǎn)軸重合，即指向某一時重合，即指向某一時刻的平均北極點(diǎn)；刻的平均北極點(diǎn)；X軸軸指向格林尼治平均子指向格林尼治平均子午面與赤道面的交點(diǎn)午面與赤道面的交點(diǎn)Ge，Y軸與此平面垂軸與此平面垂直，指向東為正直，指向東為正,構(gòu)成構(gòu)成右手系。右手系。(, ,)P X Y Z2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18地心大地坐標(biāo)系地心大地坐標(biāo)系大地緯度B：過地面點(diǎn)的橢球法線與橢球赤道面的夾角。大地經(jīng)度L：過地面點(diǎn)的橢球子午面與格林尼治平子午面之間的夾角

14、。大地高/橢球高（H）：地面點(diǎn)沿橢球法線至橢球面的距離。2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18地心空間直角坐標(biāo)系與地心空間直角坐標(biāo)系與地心大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換地心大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換222arctan()arctan()(1)1sinYLXZ NHBXYNeHZHNeB222()coscos()cossin(1)sinsinXNHBLYNHBLZNeHBaNHBbBeaN22sin1222222abeffa其中，其中，abfa卯酉圈曲率半徑大地高大地高2022-2-182022-2-18GPSG

15、PS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18極移與協(xié)議地球坐標(biāo)系極移與協(xié)議地球坐標(biāo)系極移：地球自轉(zhuǎn)軸相極移：地球自轉(zhuǎn)軸相對于地球體位置隨時對于地球體位置隨時間而變化的現(xiàn)象間而變化的現(xiàn)象極移運(yùn)動規(guī)律：地極極移運(yùn)動規(guī)律：地極坐標(biāo)系坐標(biāo)系2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18極移與協(xié)議地球坐標(biāo)系極移與協(xié)議地球坐標(biāo)系瞬時極地球坐標(biāo)系瞬時極地球坐標(biāo)系Z Z軸指向瞬時地球自轉(zhuǎn)軸；軸指向瞬時地球自轉(zhuǎn)軸；X X軸指向瞬時赤道面軸指向瞬時赤道面和格

16、林尼治平子午面的交點(diǎn)和格林尼治平子午面的交點(diǎn)協(xié)議地球坐標(biāo)系協(xié)議地球坐標(biāo)系(CTS)(CTS)以協(xié)議地極（以協(xié)議地極（CIOCIO）為基準(zhǔn)點(diǎn)）為基準(zhǔn)點(diǎn)(1900(1900至至19051905年的年的平均緯度所確定的平均地極位置平均緯度所確定的平均地極位置) )不同的機(jī)構(gòu)組織用不同的方法得到不同的不同的機(jī)構(gòu)組織用不同的方法得到不同的CIOCIO2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18極移與協(xié)議地球坐標(biāo)系極移與協(xié)議地球坐標(biāo)系瞬時極地球坐標(biāo)系與協(xié)議地球坐標(biāo)系的關(guān)系瞬時極地球坐標(biāo)系與協(xié)議地球坐標(biāo)系的

17、關(guān)系etpXpYemZYXYRXRZYX)()(瞬時極地瞬時極地球坐標(biāo)系球坐標(biāo)系協(xié)議地協(xié)議地球坐標(biāo)球坐標(biāo)系系2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18二者原點(diǎn)、瞬時Z軸指向相同，但瞬時X軸指向不同，夾角為春分點(diǎn)的格林尼治恒星時GAST（Greenwich Apparent Sidereal Time）考慮極移、歲差和章動協(xié)議地球坐標(biāo)系與協(xié)議天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換協(xié)議地球坐標(biāo)系與協(xié)議天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)

18、院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18A. 衛(wèi)星大地測量基準(zhǔn)WGS-84 表達(dá)形式： 世界大地坐標(biāo)系 WGS （World Geodetic System）GPS 采用WGS-84 1987年開始 空間直角坐標(biāo)系（X Y Z） 大地坐標(biāo)系（B L H）3. WGS-84坐標(biāo)系和我國大地坐標(biāo)系2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18vWGS-84WGS-84世界大地坐標(biāo)系世界大地坐標(biāo)系WGS-84是一個協(xié)議地球參考系CTS原點(diǎn)是地球質(zhì)心， Z 軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地極CT

19、P方向，X軸指向BIH1984.0零度子午面和CTP赤道的交點(diǎn)， Y軸和Z、X 軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系 2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18基本大地參數(shù)WGS-72WGS-84a(m)63781356378137f1/298.261/298.257(rad/s)7.292115 10-57.292115 10-5GM(km3/s2)398600.8398600.5WGS-72與與WGS-84的基本大地參數(shù)的基本大地參數(shù)2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與

20、環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-183. WGS-84坐標(biāo)系和我國大地坐標(biāo)系(續(xù))B. 國家大地坐標(biāo)系 地球橢球的基本特征: 四參數(shù)GMJa2北京54大地坐標(biāo)系(1954年) a=6378245(m) f=1/298.3西安80大地坐標(biāo)系（1980年） 2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18地球參心坐標(biāo)系（地球坐標(biāo)系的另一種表達(dá)形式）v地球參心坐標(biāo)系定義：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心附近的坐標(biāo)系，稱為地球參心坐標(biāo)系，簡稱參心坐標(biāo)系。v1954年北京坐標(biāo)系n它的原點(diǎn)

21、不在北京，而在前蘇聯(lián)的普爾科沃。相應(yīng)的橢球?yàn)榭死鞣蛩够鶛E球。n缺點(diǎn)： 橢球參數(shù)有較大誤差。 參考橢球面與我國大地水準(zhǔn)面存在著自西向東明顯的系統(tǒng)性的傾斜，在東部地區(qū)大地水準(zhǔn)面差距最大達(dá)+68m。 定向不明確,橢球的短半軸既不指向國際通用的CIO極，也不指向目前我國使用的JYD極。 2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18地球參心坐標(biāo)系v19801980年國家大地坐標(biāo)系年國家大地坐標(biāo)系 地球參心坐標(biāo)系特點(diǎn)： 采用1975年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會 (IUGG) 第16屆大會上推薦的4個橢

22、球基本參數(shù)。地球橢球長半徑 a=6 378 140 m ，地心引力常數(shù) GM=3.986 0051014m3/s2,地球重力場二階帶球諧系數(shù)J2 =1.082 6310-8,地球自轉(zhuǎn)角速度 =7.292 11510-5 rad/s 。2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18地球參心坐標(biāo)系 參心大地坐標(biāo)系是在1954年北京坐標(biāo)系基礎(chǔ)上建立起來的。 橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國境內(nèi)最為密合，是多點(diǎn)定位。 定向明確。橢球短軸平行于地球質(zhì)心指向地極原點(diǎn) 的方向 大地原點(diǎn)地處我國中部，位于西安市以北6

23、0 km 處的涇陽縣永樂鎮(zhèn)，簡稱西安原點(diǎn)。 大地高程基準(zhǔn)采用1956年黃海高程系 2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-184. 時間系統(tǒng)時間系統(tǒng)q時間是時間是GPSGPS衛(wèi)星定位的重要基準(zhǔn)。衛(wèi)星定位的重要基準(zhǔn)。如要求如要求GPSGPS衛(wèi)星位置誤差小于衛(wèi)星位置誤差小于1cm1cm時，對應(yīng)的時刻誤差時，對應(yīng)的時刻誤差不超過不超過2.62.6 1010-6-6秒秒; ;測距誤差小于測距誤差小于1cm1cm，信號傳，信號傳播時間測定誤差小于播時間測定誤差小于3x103x10-11-11; ;赤道點(diǎn)

24、位誤差小赤道點(diǎn)位誤差小于于1cm,1cm,時間測定誤差不超過時間測定誤差不超過2 2 1010-5-5確定時間的基準(zhǔn)：運(yùn)動具有連續(xù)性、周期性；運(yùn)動周期具有穩(wěn)定性、重復(fù)性。2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18恒星時恒星時ST(Sidereal Time)ST(Sidereal Time)平太陽時平太陽時MT(Mean Solar Time)MT(Mean Solar Time)世界時世界時UT(Universal Time)UT(Universal Time)力學(xué)時力學(xué)時DT(Dynam

25、ic Time)DT(Dynamic Time)原子時原子時AT (Atomic Time)AT (Atomic Time)協(xié)調(diào)世界時協(xié)調(diào)世界時UTC(Coordinated Universal Time)UTC(Coordinated Universal Time)GPSGPS時時GPST(GPS Time)GPST(GPS Time)世界時系統(tǒng)世界時系統(tǒng)2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18v世界時系統(tǒng)：以地球自轉(zhuǎn)為基準(zhǔn)世界時系統(tǒng)：以地球自轉(zhuǎn)為基準(zhǔn)恒星時（恒星時（Sidereal T

26、ime - STSidereal Time - ST）參考點(diǎn)：春分點(diǎn)參考點(diǎn)：春分點(diǎn)定義：春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時定義：春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間間隔為一恒星日，并由此派生出間間隔為一恒星日，并由此派生出“時時”、“分分”、“秒秒”等單位等單位是一種地方時是一種地方時由于歲差和章動，春分點(diǎn)在天球的位置不固由于歲差和章動，春分點(diǎn)在天球的位置不固定，對應(yīng)真北天極和平北天極，有真恒星時定，對應(yīng)真北天極和平北天極，有真恒星時（LAST LAST Local Apparent Sidereal Time Local Apparent Sidereal Time）與平恒星時（與平恒星時（LM

27、ST LMST Local Mean Sidereal Local Mean Sidereal TimeTime）之分）之分2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18平太陽時（平太陽時（Mean Solar TimeMean Solar Time）參考點(diǎn)：平太陽（這是由于太陽的視運(yùn)動速度不均參考點(diǎn)：平太陽（這是由于太陽的視運(yùn)動速度不均勻，真太陽不能作為觀察地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動的參考點(diǎn)）勻，真太陽不能作為觀察地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動的參考點(diǎn)）定義：假設(shè)一個參考點(diǎn)的視運(yùn)動速度等于真太陽周定義：假設(shè)一個參考點(diǎn)的視運(yùn)動

28、速度等于真太陽周年運(yùn)動平均速度，且其在天球赤道上作周年視運(yùn)動，年運(yùn)動平均速度，且其在天球赤道上作周年視運(yùn)動，這個參考點(diǎn)稱為平太陽。平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過本地子這個參考點(diǎn)稱為平太陽。平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間間隔為一平太陽日（午圈的時間間隔為一平太陽日（2424個平太陽小時）個平太陽小時）是一種地方時是一種地方時民用時民用時使用平太陽時的不便之處使用平太陽時的不便之處平太陽時從正午起算，同一白天日期不同平太陽時從正午起算，同一白天日期不同民用時（民用時（m mc c）的定義）的定義hcmm122022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)

29、學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18世界時（世界時（Universal Time Universal Time UT UT）以平子午夜為零時起算的格林尼治平太陽時稱為世界時以平子午夜為零時起算的格林尼治平太陽時稱為世界時世界時與平太陽時之間的關(guān)系：世界時與平太陽時之間的關(guān)系：UT=GAMT+12UT=GAMT+12（h h）* *UT0UT0、UT1UT1與與UT2UT2問題的引出：極移和地球自轉(zhuǎn)的不均勻（長期變緩問題的引出：極移和地球自轉(zhuǎn)的不均勻（長期變緩趨勢，且存在短周期變化和季節(jié)性變化）趨勢，且存在短周期變化和季節(jié)性變化）UT0UT0：未經(jīng)改正的世界時：未經(jīng)改正的世界時UT1U

30、T1：引入極移改正（：引入極移改正（）的世界時）的世界時UT2UT2：引入極移改正（：引入極移改正（）和地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)改）和地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)改正（正（ T Ts s）的世界時）的世界時平太陽相對格林尼治子午圈的時角平太陽相對格林尼治子午圈的時角2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18 物質(zhì)內(nèi)部的原子躍遷所輻射和吸收的電磁波頻率有很物質(zhì)內(nèi)部的原子躍遷所輻射和吸收的電磁波頻率有很高的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性，由此建立原子時。高的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性，由此建立原子時。定義定義尺度：尺度：19671967年

31、年1010月，第十三屆國際度量衡大會通過：月，第十三屆國際度量衡大會通過：位于海平面上的銫位于海平面上的銫133133（CsCs133133）原子基態(tài)兩個超精細(xì)）原子基態(tài)兩個超精細(xì)能級間在零磁場中躍遷輻射振蕩能級間在零磁場中躍遷輻射振蕩91926317709192631770周所持周所持續(xù)的時間為續(xù)的時間為1 1原子時秒。原子時秒。原點(diǎn)：原本規(guī)定原點(diǎn)：原本規(guī)定ATAT與與UT2UT2在在19581958年年1 1月月1 1日日0h0h時相同，時相同，但實(shí)際相差但實(shí)際相差0.00390.0039秒，即：秒，即：(AT-UT2)(AT-UT2)1958.01958.0 = -0.0039 = -0

32、.0039秒秒國際原子時（國際原子時（International Atomic Time International Atomic Time IATIAT）19771977年建立年建立通過通過100100臺原子鐘比對求得臺原子鐘比對求得TDT=IAT+32.184sTDT=IAT+32.184s原子時（原子時（Atomic Time Atomic Time AT AT）2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18力學(xué)時Dynamic Time DT定義：編算天體星歷的天體力學(xué)理論運(yùn)動方程中所采

33、用的獨(dú)立定義：編算天體星歷的天體力學(xué)理論運(yùn)動方程中所采用的獨(dú)立變量變量時間參數(shù)時間參數(shù)T T由運(yùn)動方程對應(yīng)的參考點(diǎn)分為：由運(yùn)動方程對應(yīng)的參考點(diǎn)分為：n太陽系質(zhì)心力學(xué)時太陽系質(zhì)心力學(xué)時Barycentric Barycentric Dynamic Time DTB：參考點(diǎn)：參考點(diǎn)為太陽系質(zhì)心為太陽系質(zhì)心n地球質(zhì)心力學(xué)時地球質(zhì)心力學(xué)時Terrestrial Terrestrial Dynamic Time TDT：參考點(diǎn)為：參考點(diǎn)為地球質(zhì)心。地球質(zhì)心。wGPS中描述衛(wèi)星運(yùn)動，將地球質(zhì)心力學(xué)時作為一種嚴(yán)格均勻的中描述衛(wèi)星運(yùn)動，將地球質(zhì)心力學(xué)時作為一種嚴(yán)格均勻的時間尺度和獨(dú)立變量。時間尺度和獨(dú)立變量。

34、TDT的基本單位是國際制秒（的基本單位是國際制秒（SI），），與原子時尺度一致。與原子時尺度一致。w 國際天文學(xué)聯(lián)合會決定，于國際天文學(xué)聯(lián)合會決定，于1977年年1月月1日原子時日原子時(TAI）0時時與地球力學(xué)時的嚴(yán)格關(guān)系定義如下：與地球力學(xué)時的嚴(yán)格關(guān)系定義如下： TDTTAI十十32.184(s) w 若以若以 T表示地球力學(xué)時表示地球力學(xué)時(TDT)與世界時與世界時(UTl)之間的差，則由之間的差，則由上式可得上式可得 T TDT-UTlTAI-UTl十十32.184(s) w該差值可通過國際原時與世界時的比對而確定，通常載于天文該差值可通過國際原時與世界時的比對而確定，通常載于天文年歷

35、中。年歷中。2022-2-182022-2-18GPSGPS原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院王宇明王宇明05地信專業(yè)2022-2-18協(xié)調(diào)世界時（協(xié)調(diào)世界時（Universal Time Coordinated Universal Time Coordinated UTC UTC） 定義：由于地球自轉(zhuǎn)速度有長期變慢的趨勢，世界時每年定義：由于地球自轉(zhuǎn)速度有長期變慢的趨勢，世界時每年比原子時慢比原子時慢1 1秒，逐年積累偏差過大，秒，逐年積累偏差過大，19721972年采用以原子年采用以原子時的秒長為基礎(chǔ)的一種折中時間系統(tǒng)。時的秒長為基礎(chǔ)的一種折中時間系統(tǒng)。 與與ATAT秒長相同秒長相同 與與UTUT的差值保持在的差值保持在 0.90.9秒內(nèi)秒內(nèi)