第二章 時間系統(tǒng)()

1、GPS測量原理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)1坐標系統(tǒng)及時間系統(tǒng) 2.1 坐標系統(tǒng) 2.2 天球坐標系與地球坐標系 2.3 WGS84坐標系與我國國家大地坐標系 2.4 坐標系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換2.5 時間系統(tǒng)GPS測量原理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)22.5 時間系統(tǒng) 時間變量是描述衛(wèi)星繞地球運動過程中瞬時位置的獨立變量; 時間變量可以是瞬時時刻 (epoch)或者是時間間隔,或時間延遲 (delay). Epoch 可以是電磁波從衛(wèi)星發(fā)射時的時刻 delay 可以是時間延遲從發(fā)射到接收機接收到信號.GPS測量原理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)3時間與導(dǎo)航 準確的時間測量是精確導(dǎo)航的基礎(chǔ). 早期的導(dǎo)航器通過觀測恒星確定緯度. 經(jīng)度

2、與時間具有內(nèi)在的相關(guān)性. 通過經(jīng)度的理解（Dava Sobel）發(fā)明了時鐘（ John Harrison）.GPS測量原理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)4時間的起源 自由轉(zhuǎn)子確定的時間 地球 Keplerian運動確定的時間 地球繞太陽 月球繞地球 諧波震蕩器（harmonic oscillators）確定的時間 石英振子 原子時GPS測量原理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)5時間尺度 自由轉(zhuǎn)子確定的時間 恒星時 平均太陽時 UT0-恒星時: 以 Greenwich Meridian（格林尼治子午線）為基準的某點換算為太陽時的恒星時 UT1：在UT0中加入極移改正GPS測量原理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)6恒星時與太陽時 恒星時

3、恒星時:地方子午線兩次通過相同恒星需要的時間地方子午線兩次通過相同恒星需要的時間. 平均太陽時平均太陽時: 由于地球繞太陽運動的不一致性由于地球繞太陽運動的不一致性(Keplers second law). 根據(jù)太陽位置確定的實際太陽時全年是變化的. 平均太陽時通過全年取平均獲得. 一個平恒星日大概等于23 h 56m平太陽時. 通用世界時通用世界時: UT0, 某地方的恒星時轉(zhuǎn)為平均太陽時間, 并以Greenwich Meridian為基準. 如果考慮地球極移矯正,改正后的UT0稱為UT1. UT1在地球所有位置是相同的.Courtesy StolzGPS測量原理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)7 恒星時

4、指向無窮遠處的恒星. 太陽時指向太陽(much closer).恒星時與太陽時(2)GPS測量原理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)8時間尺度（2） Keplerian運動確定的時間 動態(tài)或星歷時間 尺度定義為地球繞太陽的軌道運動（實踐中采用月球繞地球的軌道運動） Barycentric Dynamical Time(TDB),太陽系力學(xué)時 ： 考慮到地球在太陽重力場中運動的相對論效應(yīng) Terrestrial Dynamical Time(TDT)，地球力學(xué)時: 考慮到地球及其重力場中的相對論效應(yīng) TDT用于衛(wèi)星大地測量，考慮相對論效應(yīng)限制在地球重力場中 TDT=TAI（國際原子時）+32.184GPS測量原

5、理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)9時間尺度(3) 諧波震蕩器（harmonic oscillators） 原子時 基于SI秒（The fundamental time interval unit in the International System of Units(SI)） “the duration of 9 192 631 770 periods of the radiation corresponding to the transition between the two hyperfine levels of the ground state of the caesium atom 133.”

6、 銫原子Cs133基態(tài)的兩個超精細能級間躍遷輻射振蕩9192631170周所持續(xù)的時間。（此時間與UT定義的秒相同） 原點為1958年1月1日0時0分0秒（UT2）. 國際原子時(International Atomic Time,TAI). 精度達到1x10-13秒.GPS測量原理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)10時間尺度(4) 協(xié)調(diào)世界時（UTC ，Universal Time Coordinated）：采用原子鐘產(chǎn)生 采用跳秒達到與原子時（TAI）一致，每年地球轉(zhuǎn)動大概變慢一秒 GPS時（GPS Time，GPST)：原子時標準 GPST = TAI 19 secs： GPS時與原子時差一個19秒的

7、常量GPS測量原理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)11GPS時間系統(tǒng)與各種時間系統(tǒng)時間系統(tǒng)與各種時間系統(tǒng) GPS時間系統(tǒng)與各種時間系統(tǒng)之間的關(guān)系時間系統(tǒng)與各種時間系統(tǒng)之間的關(guān)系:AT1GPSUTCUT10s19s1980.1.61958.1.1.0h由于受到地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性變換影響，實際UT1時間變化并不均勻，改正后的時間系統(tǒng)也稱之為UT2GPS測量原理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)12關(guān)于時間系統(tǒng)的歸納：關(guān)于時間系統(tǒng)的歸納：根據(jù)地球自轉(zhuǎn)周期不變，初始時采用太陽時與恒星時，由于太陽時與恒星時是變化的，于是采用平太陽時與平恒星時定義時間。通常說的北京時間就是地方平太陽時（P22）；世界時（UT）以平子夜為零時的格林尼治平太陽時，即倫敦時間，定義秒為平太陽時的1/86400；當(dāng)考慮地球極移改正即得UT1,加上地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性變化后為UT2為了更精確的表示秒，提出SI秒定義，并以1958年1月1日0時0分0秒為基準定義了原子時但原子時比世界時每年快約一秒，而世界時是我們?nèi)粘Ｊ褂玫臅r間，為了（1）采用精確的秒長；（2）和地球自轉(zhuǎn)更一致。提出采用協(xié)調(diào)世界時，采用跳秒的方法實現(xiàn)GPS時間：不跳秒的協(xié)調(diào)世界時GPS測量原理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)13Note