第二章 時(shí)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(biāo)系統(tǒng)及時(shí)間系統(tǒng) 2.1 坐標(biāo)系統(tǒng) 2.2 天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系 2.3 WGS84坐標(biāo)系與我國國家大地坐標(biāo)系 2.4 坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換2.5 時(shí)間系統(tǒng)GPS測量原理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)22.5 時(shí)間系統(tǒng) 時(shí)間變量是描述衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)過程中瞬時(shí)位置的獨(dú)立變量; 時(shí)間變量可以是瞬時(shí)時(shí)刻 (epoch)或者是時(shí)間間隔,或時(shí)間延遲 (delay). Epoch 可以是電磁波從衛(wèi)星發(fā)射時(shí)的時(shí)刻 delay 可以是時(shí)間延遲從發(fā)射到接收機(jī)接收到信號(hào).GPS測量原理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)3時(shí)間與導(dǎo)航 準(zhǔn)確的時(shí)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(shí)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(shí)鐘（ John Harrison）.GPS測量原理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)4時(shí)間的起源 自由轉(zhuǎn)子確定的時(shí)間 地球 Keplerian運(yùn)動(dòng)確定的時(shí)間 地球繞太陽 月球繞地球 諧波震蕩器（harmonic oscillators）確定的時(shí)間 石英振子 原子時(shí)GPS測量原理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)5時(shí)間尺度 自由轉(zhuǎn)子確定的時(shí)間 恒星時(shí) 平均太陽時(shí) UT0-恒星時(shí): 以 Greenwich Meridian（格林尼治子午線）為基準(zhǔn)的某點(diǎn)換算為太陽時(shí)的恒星時(shí) 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(shí)與太陽時(shí) 恒星時(shí)

3、恒星時(shí):地方子午線兩次通過相同恒星需要的時(shí)間地方子午線兩次通過相同恒星需要的時(shí)間. 平均太陽時(shí)平均太陽時(shí): 由于地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的不一致性由于地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的不一致性(Keplers second law). 根據(jù)太陽位置確定的實(shí)際太陽時(shí)全年是變化的. 平均太陽時(shí)通過全年取平均獲得. 一個(gè)平恒星日大概等于23 h 56m平太陽時(shí). 通用世界時(shí)通用世界時(shí): UT0, 某地方的恒星時(shí)轉(zhuǎn)為平均太陽時(shí)間, 并以Greenwich Meridian為基準(zhǔn). 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(shí)

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

5、理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)9時(shí)間尺度(3) 諧波震蕩器（harmonic oscillators） 原子時(shí) 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(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷輻射振蕩9192631170周所持續(xù)的時(shí)間。（此時(shí)間與UT定義的秒相同） 原點(diǎn)為1958年1月1日0時(shí)0分0秒（UT2）. 國際原子時(shí)(International Atomic Time,TAI). 精度達(dá)到1x10-13秒.GPS測量原理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)10時(shí)間尺度(4) 協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC ，Universal Time Coordinated）：采用原子鐘產(chǎn)生 采用跳秒達(dá)到與原子時(shí)（TAI）一致，每年地球轉(zhuǎn)動(dòng)大概變慢一秒 GPS時(shí)（GPS Time，GPST)：原子時(shí)標(biāo)準(zhǔn) GPST = TAI 19 secs： GPS時(shí)與原子時(shí)差一個(gè)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(shí)間系統(tǒng)與各種時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng)與各種時(shí)間系統(tǒng) GPS時(shí)間系統(tǒng)與各種時(shí)間系統(tǒng)之間的關(guān)系時(shí)間系統(tǒng)與各種時(shí)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(shí)際UT1時(shí)間變化并不均勻，改正后的時(shí)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(shí)間系統(tǒng)的歸納：關(guān)于時(shí)間系統(tǒng)的歸納：根據(jù)地球自轉(zhuǎn)周期不變，初始時(shí)采用太陽時(shí)與恒星時(shí)，由于太陽時(shí)與恒星時(shí)是變化的，于是采用平太陽時(shí)與平恒星時(shí)定義時(shí)間。通常說的北京時(shí)間就是地方平太陽時(shí)（P22）；世界時(shí)（UT）以平子夜為零時(shí)的格林尼治平太陽時(shí)，即倫敦時(shí)間，定義秒為平太陽時(shí)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(shí)0分0秒為基準(zhǔn)定義了原子時(shí)但原子時(shí)比世界時(shí)每年快約一秒，而世界時(shí)是我們?nèi)粘Ｊ褂玫臅r(shí)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(shí)，采用跳秒的方法實(shí)現(xiàn)GPS時(shí)間：不跳秒的協(xié)調(diào)世界時(shí)GPS測量原理及應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)13Note