坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)分析課件

第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)

(一)第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)1第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)1.地球公轉(zhuǎn)：圍繞太陽(yáng)的旋轉(zhuǎn)★公轉(zhuǎn)一周的周期為一恒星年，為365.256354個(gè)太陽(yáng)日★地球連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)春分點(diǎn)所需的時(shí)間為一回歸年，長(zhǎng)度為365.24219個(gè)太陽(yáng)日。遠(yuǎn)日點(diǎn)近日點(diǎn)地球春分點(diǎn)秋分點(diǎn)1）滿足開(kāi)普勒三大行星定律第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)1.地球公轉(zhuǎn)：圍繞太陽(yáng)的旋轉(zhuǎn)遠(yuǎn)2①行星運(yùn)行的軌道是一個(gè)橢圓，該橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)與太陽(yáng)的質(zhì)心相重合②行星質(zhì)心與太陽(yáng)質(zhì)心間的距離向量，在相同的時(shí)間內(nèi)所掃過(guò)的面積相等③行星運(yùn)動(dòng)周期的平方與軌道橢圓長(zhǎng)半徑的立方之比為一常量第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)①行星運(yùn)行的軌道是一個(gè)橢圓，該橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)與太陽(yáng)的質(zhì)心相3坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)分析4：以地球質(zhì)心為中心以無(wú)窮大為半徑的假想球體。①天軸與天極：地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線為天軸；天軸與天球的交點(diǎn)稱為天極(為北天極，為南天極)。②天球赤道面與天球赤道：通過(guò)地球質(zhì)心O與天軸垂直的平面，稱為天球赤道面．它與天球相交的大圓，稱為天球赤道。③天球子午面與子午圈：包含天軸并通過(guò)地球上任一點(diǎn)的平面，稱為天球子午面，它與天球相交的大圓，稱為天球子午圈。④時(shí)圈：通過(guò)天球的平面與天球相交的半個(gè)大圓。第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)2)天球：以地球質(zhì)心為中心以無(wú)窮大為半徑的假想球體。①天軸與天極5:地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓，黃道面與赤道面的夾角，稱為黃赤交角，約為。:當(dāng)太陽(yáng)在黃道上從天球南半球剛北半球運(yùn)行時(shí)，黃道與天球赤道的交點(diǎn)r。：太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道，是一橢圓，稱為黃道。但由于其它星球的影響，使軌道產(chǎn)生攝動(dòng)，并不嚴(yán)格的橢圓。4）黃極第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)⑤黃道⑥春分點(diǎn)3）黃道:地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓，黃道面與赤道面的夾角，稱6黃赤交角23°27′黃道天球黃赤交角23°27′黃道天球72.地球自轉(zhuǎn)：繞其自身旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。周期為24小時(shí)。2.1地軸方向相對(duì)于空間的變化：由于日月等天體的影響及地球自身的不規(guī)則，地球自轉(zhuǎn)軸方向是不斷變化的。1）歲差：在日月引力和其它天體引力對(duì)地球隆起部分的作用下，地球在繞太陽(yáng)運(yùn)行時(shí)，自轉(zhuǎn)軸的方向不再保持不變，從而使春分點(diǎn)在黃道上產(chǎn)生緩慢的西移，這種現(xiàn)象在天文學(xué)中稱為歲差。在歲差的影響下，地球自轉(zhuǎn)軸在空間繞北黃極產(chǎn)生緩慢的旋轉(zhuǎn)(從北天極上方觀察為順時(shí)針?lè)较?，形成一個(gè)倒圓錐體，其錐角等于黃赤交角23°27′。歲差的周期約為25800年。歲差使春分點(diǎn)每年西移50.3″。第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)2.地球自轉(zhuǎn)：繞其自身旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。周期為24小時(shí)。2.18歲差歲差9坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)分析102）章動(dòng)：在日月引力等因素的影響下，瞬時(shí)北天極將繞瞬時(shí)平北天極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，大致成橢圓形軌跡，其長(zhǎng)半徑約為9.2″，周期約為18.6年。這種現(xiàn)象稱為章動(dòng)。第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)2）章動(dòng)：在日月引力等因素的影響下，瞬時(shí)北天極將繞瞬時(shí)平北天11真赤道:某一時(shí)刻的赤道.(由于歲差和章動(dòng)的影響,每一時(shí)刻赤道的位置不同)平赤道:只有歲差影響時(shí)的赤道.黃經(jīng)章動(dòng):章動(dòng)引起的黃經(jīng)變化.即平春分點(diǎn)與真春點(diǎn)的角距.交角章動(dòng):章動(dòng)引起的黃赤交角的變化.第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)真赤道:某一時(shí)刻的赤道.(由于歲差和章動(dòng)的影響,每一時(shí)刻赤122.2地軸對(duì)于地球本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置變化（極移）

1.極移：地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于地球體自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置變化，從而導(dǎo)致極點(diǎn)在地球表面上的位置隨時(shí)間而變化，稱為地極移動(dòng)，簡(jiǎn)稱極移。2.瞬時(shí)極：與觀測(cè)瞬間相對(duì)應(yīng)的自轉(zhuǎn)軸所處的位置，稱為該瞬時(shí)的地球極軸，相應(yīng)的極點(diǎn)稱為瞬時(shí)極。

3.平極：某段時(shí)間內(nèi)地極的平均位置。4.國(guó)際協(xié)定原點(diǎn)CIO：國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)IAU和國(guó)際大地測(cè)量與物理聯(lián)合會(huì)IUGG采用國(guó)際上5個(gè)緯度服務(wù)站的資料，以1900至1905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國(guó)際協(xié)定原點(diǎn)CIO。也稱協(xié)議地球極CTP。第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)2.2地軸對(duì)于地球本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置變化（極移）3.平135.地極坐標(biāo)系：以CIO為原點(diǎn)，零子午線方向?yàn)閄軸，以零子午線以西為了描述90°子午線為y軸。用來(lái)描述極移規(guī)律。任意瞬時(shí)t的極點(diǎn)位置可用()表示。6.平春分點(diǎn)：相應(yīng)于平極的春分點(diǎn)。第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)5.地極坐標(biāo)系：以CIO為原點(diǎn)，零子午線方向?yàn)閄軸，以零子午14坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)分析15第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)

(1)時(shí)刻：某一時(shí)間點(diǎn)，也就是發(fā)生某一現(xiàn)象的瞬間，也稱歷元。

(2)時(shí)間間隔：兩個(gè)時(shí)刻之間的時(shí)間差。

(3)時(shí)間系統(tǒng)的要素：時(shí)間原點(diǎn)、度量單位（時(shí)間尺度）。

(4)任何一個(gè)周期運(yùn)動(dòng)滿足如下要求方可作為計(jì)量時(shí)間的方法：

a.運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的；b.周期有足夠的穩(wěn)定性；c.運(yùn)動(dòng)可觀測(cè)；

大地測(cè)量學(xué)研究的對(duì)象是隨時(shí)間變化的，大地測(cè)量觀測(cè)量與時(shí)間密切相關(guān)、在衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)中，時(shí)間系統(tǒng)是描述衛(wèi)星運(yùn)行位置的重要基準(zhǔn)。第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)(1)時(shí)刻：某一時(shí)間點(diǎn)，也就是發(fā)生某一現(xiàn)16在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)需要選取滿足上述條件的周期運(yùn)動(dòng)，從而定義了多種時(shí)間系統(tǒng)。例如：（1）以地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，建立了恒星時(shí)(ST)和世界時(shí)(UT)；（2）以地球公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，建立了歷書時(shí)(ET)，并進(jìn)一步發(fā)展為太陽(yáng)系質(zhì)心力學(xué)時(shí)(TDB)和地球質(zhì)心力學(xué)時(shí)(TDT)；（3）以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動(dòng)特征為基礎(chǔ)，建立了原子時(shí)(TAI)。第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)需要選取滿足上述條件的周期運(yùn)動(dòng)，從而171.恒星時(shí)（ST）定義：以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，由它的周日視運(yùn)動(dòng)所確定的時(shí)間稱為恒星時(shí)。計(jì)量時(shí)間單位：恒星日、恒星時(shí)、恒星分、恒星秒；（1）恒星日：春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)同一子午圈上中天的時(shí)間間隔。一恒星日=24恒星時(shí)=1440恒星分=86400恒星秒（2）分類：真恒星時(shí)和平恒星時(shí)。真恒星時(shí)等于真春分點(diǎn)的地方時(shí)角(LAST)，平恒星時(shí)等于平春分點(diǎn)的地方時(shí)角(LMST)（3）某一地點(diǎn)的恒星時(shí)：在數(shù)值上等于春分點(diǎn)相對(duì)于這一地方子午圈的時(shí)角。第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)1.恒星時(shí)（ST）第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)18(4)真春分點(diǎn)的格林尼治時(shí)角(GAST)、平春分點(diǎn)的格林尼治時(shí)角(GMST)與LAST、LMST的關(guān)系：其中，Δψ為黃經(jīng)章動(dòng)，ε黃赤交角第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)(4)真春分點(diǎn)的格林尼治時(shí)角(GAST)、平春分點(diǎn)的格林尼192.平太陽(yáng)時(shí)（MT）（1）真太陽(yáng)時(shí):以真太陽(yáng)作為參考點(diǎn)，由它的周日視運(yùn)動(dòng)所確定的時(shí)間；（2）平太陽(yáng):由于真太陽(yáng)的視運(yùn)動(dòng)速度是不均勻的，因而真太陽(yáng)時(shí)不是均勻的時(shí)間尺度。為此引入虛擬的在赤道上勻速運(yùn)行的平太陽(yáng)，其速度等于真太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng)的平均速度。（3）平太陽(yáng)時(shí):以平太陽(yáng)作為參考點(diǎn)，由它的周日視運(yùn)動(dòng)所確定的時(shí)間。（4）計(jì)量時(shí)間單位：平太陽(yáng)日、平太陽(yáng)小時(shí)、平太陽(yáng)分、平太陽(yáng)秒；第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)2.平太陽(yáng)時(shí)（MT）第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)20（5）平太陽(yáng)日:平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)同一子午圈的時(shí)間間隔.

一回歸年=365.24219879平太陽(yáng)日一平太陽(yáng)日=24平太陽(yáng)小時(shí)=1440平太陽(yáng)分=86400平太陽(yáng)秒。平太陽(yáng)時(shí)與日常生活中使用的時(shí)間系統(tǒng)是一致的，通常鐘表所指示的時(shí)刻正是平太陽(yáng)時(shí)。3.世界時(shí)UT

（1）定義：以平子午夜為零時(shí)起算的格林尼治平太陽(yáng)時(shí)定義為世界時(shí)UT。第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)（5）平太陽(yáng)日:平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)同一子午圈的時(shí)間間隔.3.21UT0:未經(jīng)任何改正的世界時(shí)UT1:經(jīng)過(guò)極移改正的世界時(shí)UT2:在UT1的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性改正的世界時(shí)第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)UT0:未經(jīng)任何改正的世界時(shí)第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)224.原子時(shí)（AT）（1）原子時(shí)：是以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動(dòng)的特征為基礎(chǔ)建立的時(shí)間系統(tǒng)。（2）原子時(shí)的尺度標(biāo)準(zhǔn)：(在海平面實(shí)現(xiàn)的原子秒)國(guó)際制秒（SI）。（3）原子秒：在零磁場(chǎng)下，銫-133原子基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷輻射9192631770周所持續(xù)的時(shí)間。（4）國(guó)際原子時(shí)（TAI）：起點(diǎn)定在1958年1月1日0時(shí)0分0秒（UT2）即規(guī)定在這一瞬間原子時(shí)時(shí)刻與世界時(shí)刻重合。但事后發(fā)現(xiàn)，在該瞬間TAI與世界時(shí)的時(shí)刻之差為

0.0039秒。國(guó)際原子時(shí)(TAI)的原點(diǎn)由下式確定：AT=UT2-0.0039(s)第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)4.原子時(shí)（AT）第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)235.協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC（1）協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC:由于地球自轉(zhuǎn)速度有變慢的趨勢(shì)，為了避免世界時(shí)和原子時(shí)產(chǎn)生過(guò)大偏差而采用的一種以原子時(shí)秒長(zhǎng)為基礎(chǔ)，在時(shí)刻上盡量接近世界時(shí)的一種折衷的時(shí)間系統(tǒng)。當(dāng)二者之差超過(guò)±0.9秒時(shí)，便在協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC加入一閏秒。閏秒一般在12月31日或6月30日加入。協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC的秒長(zhǎng)與原子時(shí)秒長(zhǎng)一致。（2）協(xié)調(diào)時(shí)與國(guó)際原子時(shí)之間的關(guān)系，如下式所示：

TAI=UTC+1s×n

式中n為調(diào)整參數(shù)第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)5.協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)246.GPS時(shí)間系統(tǒng)GPST（1）定義：基于美國(guó)海軍觀測(cè)實(shí)驗(yàn)室維持的原子時(shí)的時(shí)間系統(tǒng)。

GPST屬于原子時(shí)系統(tǒng)，它的秒長(zhǎng)即為原子時(shí)秒長(zhǎng)，GPST的原點(diǎn)與國(guó)際原子時(shí)TAI相差19s。有關(guān)系式：

TAI-GPST=19（s）在1980年1月6日，GPST與UTC相等，它們的關(guān)系為：

GPST=UTC+n(13秒（2005年）)（2）GPS時(shí)間系統(tǒng)與各種時(shí)間系統(tǒng)的關(guān)系見(jiàn)圖所示：第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)6.GPS時(shí)間系統(tǒng)GPST（2）GPS時(shí)間系統(tǒng)與各種時(shí)間系統(tǒng)25坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)分析267.歷書時(shí)(ET)與力學(xué)時(shí)(DT)（1）歷書時(shí)(ET)：以地球公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基準(zhǔn)的時(shí)間系統(tǒng).起始?xì)v元為1900年1月1日12時(shí).秒長(zhǎng)為1900年1月1日12時(shí)整回歸年長(zhǎng)度的1/31556925.9747.（2）力學(xué)時(shí)(DT):天體運(yùn)動(dòng)力學(xué)理論建立的運(yùn)動(dòng)方程所采用的時(shí)間參數(shù).（3）太陽(yáng)系質(zhì)心力學(xué)時(shí)(TDB):相對(duì)于太陽(yáng)系質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)方程所采用的時(shí)間參數(shù).（4）地球質(zhì)心力學(xué)時(shí)(TDT):相對(duì)于地心系的運(yùn)動(dòng)方程所采用的時(shí)間參數(shù).第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)7.歷書時(shí)(ET)與力學(xué)時(shí)(DT)（1）歷書時(shí)(ET)：以地27力學(xué)時(shí)(DT)所采用的基本單位是國(guó)際制秒(SI),與原子時(shí)的尺度一致.第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)力學(xué)時(shí)(DT)所采用的基本單位是國(guó)際制秒(SI),與原子28第三節(jié)坐標(biāo)系統(tǒng)1.基本概念1）大地基準(zhǔn)(GeodeticDatum):用來(lái)代表地球形體的旋轉(zhuǎn)橢球，建立大地基準(zhǔn)就是求定旋轉(zhuǎn)橢球的參數(shù)及其定向和定位，即地球橢球。a)橢球參數(shù):長(zhǎng)半徑和扁率b)橢球定向:橢球旋轉(zhuǎn)軸平行于地球旋轉(zhuǎn)軸,橢球起始子午面平行于地球起始子午面.c)橢球定位:確定橢球中心與地球中心的相對(duì)位置.第三節(jié)坐標(biāo)系統(tǒng)1.基本概念292)天球：以地球質(zhì)心為中心以無(wú)窮大為半徑的假想球體。①天軸與天極：地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線為天軸；天軸與天球的交點(diǎn)稱為天極(為北天極，為南天極)。②天球赤道面與天球赤道：通過(guò)地球質(zhì)心O與天軸垂直的平面，稱為天球赤道面．它與天球相交的大圓，稱為天球赤道。③天球子午面與子午圈：包含天軸并通過(guò)地球上任一點(diǎn)的平面，稱為天球子午面，它與天球相交的大圓，稱為天球子午圈。④時(shí)圈：通過(guò)天球的平面與天球相交的半個(gè)大圓。⑤黃道：地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓，黃道面與赤道面的夾角，稱為黃赤交角，約為。⑥春分點(diǎn)：當(dāng)太陽(yáng)在黃道上從天球南半球剛北半球運(yùn)行時(shí)，黃道與天球赤道的交點(diǎn)r。第三節(jié)坐標(biāo)系統(tǒng)2)天球：以地球質(zhì)心為中心以無(wú)窮大為半徑的假想球體。①天30黃赤交角23°27′天球黃赤交角23°27′天球313）大地測(cè)量參考系統(tǒng)（GeodeticReferenceSystem）①坐標(biāo)參考系統(tǒng)：天球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系點(diǎn)的坐標(biāo)可用（x,y,z）表示，也可用（L，B，H）表示。XYZoP春分點(diǎn)黃道天球赤道天球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系XYZoP地球赤道首子午線LBB地球坐標(biāo)系：用于研究地球上物體的定位與運(yùn)動(dòng)，是以旋轉(zhuǎn)橢球?yàn)閰⒄阵w建立的坐標(biāo)系統(tǒng)，分為大地坐標(biāo)系和空間直角坐標(biāo)系兩種形式.天球坐標(biāo)系:用于研究天體和人造衛(wèi)星的定位與運(yùn)動(dòng)。第三節(jié)坐標(biāo)系統(tǒng)3）大地測(cè)量參考系統(tǒng)（GeodeticReference32②高程參考系統(tǒng):正高:以大地水準(zhǔn)面為參考面PH正HN正常高:以似大地水準(zhǔn)為參考面第三節(jié)坐標(biāo)系統(tǒng)②高程參考系統(tǒng):正高:以大地水準(zhǔn)面為參考面PH正HN33③重力參考系統(tǒng)：重力觀測(cè)的參考系統(tǒng)。4）大地測(cè)量的參考框架(GeodeticReferenceFrame)①坐標(biāo)參考框架：具體實(shí)現(xiàn)：國(guó)家平面控制網(wǎng)，GPS網(wǎng)②高程參考框架:

具體實(shí)現(xiàn)：國(guó)家高程控制網(wǎng)（水準(zhǔn)網(wǎng)）③重力參考框架：具體實(shí)現(xiàn)：國(guó)家重力基本（控制）網(wǎng)定義：是大地測(cè)量參考系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，是通過(guò)大地測(cè)量手段確定的固定在地面上的控制網(wǎng)(點(diǎn))所構(gòu)建的。第三節(jié)坐標(biāo)系統(tǒng)③重力參考系統(tǒng)：重力觀測(cè)的參考系統(tǒng)。4）大地測(cè)量的參考框架345）橢球的定位和定向①橢球定位：確定橢球中心的位置。地心定位：橢球面與大地水準(zhǔn)面全球最佳符合。橢球中心與地球質(zhì)心一致或最為接近。局部定位：橢球面與大地水準(zhǔn)面局部最佳符合。②橢球定向：確定旋轉(zhuǎn)軸和起始子午面的方向。

a.橢球短軸平行于地球自轉(zhuǎn)軸；

b.大地起始子午面平行于天文起始子午面.③參考橢球：具有確定參數(shù)（a,α),經(jīng)過(guò)局部定位和定向,同某地區(qū)大地水準(zhǔn)面最佳擬合的地球橢球球。④總地球橢球：具有確定參數(shù)（a,α),經(jīng)過(guò)地心定位和定向，與全球大地水準(zhǔn)面最為密合的地球橢球。第三節(jié)坐標(biāo)系統(tǒng)5）橢球的定位和定向第三節(jié)坐標(biāo)系統(tǒng)35(3)什么是歲差與章動(dòng)？什么是極移？(4)什么是國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)CIO?(5)時(shí)間的計(jì)量包含哪兩大元素？作為計(jì)量時(shí)間的方法應(yīng)該具備什么條件?(6)恒星時(shí)、世界時(shí)、原子時(shí)與協(xié)調(diào)世界時(shí)是如何定義的？作業(yè)：(3)什么是歲差與章動(dòng)？什么是極移？作業(yè)：36第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)

(一)第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)37第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)1.地球公轉(zhuǎn)：圍繞太陽(yáng)的旋轉(zhuǎn)★公轉(zhuǎn)一周的周期為一恒星年，為365.256354個(gè)太陽(yáng)日★地球連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)春分點(diǎn)所需的時(shí)間為一回歸年，長(zhǎng)度為365.24219個(gè)太陽(yáng)日。遠(yuǎn)日點(diǎn)近日點(diǎn)地球春分點(diǎn)秋分點(diǎn)1）滿足開(kāi)普勒三大行星定律第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)1.地球公轉(zhuǎn)：圍繞太陽(yáng)的旋轉(zhuǎn)遠(yuǎn)38①行星運(yùn)行的軌道是一個(gè)橢圓，該橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)與太陽(yáng)的質(zhì)心相重合②行星質(zhì)心與太陽(yáng)質(zhì)心間的距離向量，在相同的時(shí)間內(nèi)所掃過(guò)的面積相等③行星運(yùn)動(dòng)周期的平方與軌道橢圓長(zhǎng)半徑的立方之比為一常量第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)①行星運(yùn)行的軌道是一個(gè)橢圓，該橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)與太陽(yáng)的質(zhì)心相39坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)分析40：以地球質(zhì)心為中心以無(wú)窮大為半徑的假想球體。①天軸與天極：地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線為天軸；天軸與天球的交點(diǎn)稱為天極(為北天極，為南天極)。②天球赤道面與天球赤道：通過(guò)地球質(zhì)心O與天軸垂直的平面，稱為天球赤道面．它與天球相交的大圓，稱為天球赤道。③天球子午面與子午圈：包含天軸并通過(guò)地球上任一點(diǎn)的平面，稱為天球子午面，它與天球相交的大圓，稱為天球子午圈。④時(shí)圈：通過(guò)天球的平面與天球相交的半個(gè)大圓。第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)2)天球：以地球質(zhì)心為中心以無(wú)窮大為半徑的假想球體。①天軸與天極41:地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓，黃道面與赤道面的夾角，稱為黃赤交角，約為。:當(dāng)太陽(yáng)在黃道上從天球南半球剛北半球運(yùn)行時(shí)，黃道與天球赤道的交點(diǎn)r。：太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道，是一橢圓，稱為黃道。但由于其它星球的影響，使軌道產(chǎn)生攝動(dòng)，并不嚴(yán)格的橢圓。4）黃極第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)⑤黃道⑥春分點(diǎn)3）黃道:地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓，黃道面與赤道面的夾角，稱42黃赤交角23°27′黃道天球黃赤交角23°27′黃道天球432.地球自轉(zhuǎn)：繞其自身旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。周期為24小時(shí)。2.1地軸方向相對(duì)于空間的變化：由于日月等天體的影響及地球自身的不規(guī)則，地球自轉(zhuǎn)軸方向是不斷變化的。1）歲差：在日月引力和其它天體引力對(duì)地球隆起部分的作用下，地球在繞太陽(yáng)運(yùn)行時(shí)，自轉(zhuǎn)軸的方向不再保持不變，從而使春分點(diǎn)在黃道上產(chǎn)生緩慢的西移，這種現(xiàn)象在天文學(xué)中稱為歲差。在歲差的影響下，地球自轉(zhuǎn)軸在空間繞北黃極產(chǎn)生緩慢的旋轉(zhuǎn)(從北天極上方觀察為順時(shí)針?lè)较?，形成一個(gè)倒圓錐體，其錐角等于黃赤交角23°27′。歲差的周期約為25800年。歲差使春分點(diǎn)每年西移50.3″。第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)2.地球自轉(zhuǎn)：繞其自身旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。周期為24小時(shí)。2.144歲差歲差45坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)分析462）章動(dòng)：在日月引力等因素的影響下，瞬時(shí)北天極將繞瞬時(shí)平北天極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，大致成橢圓形軌跡，其長(zhǎng)半徑約為9.2″，周期約為18.6年。這種現(xiàn)象稱為章動(dòng)。第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)2）章動(dòng)：在日月引力等因素的影響下，瞬時(shí)北天極將繞瞬時(shí)平北天47真赤道:某一時(shí)刻的赤道.(由于歲差和章動(dòng)的影響,每一時(shí)刻赤道的位置不同)平赤道:只有歲差影響時(shí)的赤道.黃經(jīng)章動(dòng):章動(dòng)引起的黃經(jīng)變化.即平春分點(diǎn)與真春點(diǎn)的角距.交角章動(dòng):章動(dòng)引起的黃赤交角的變化.第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)真赤道:某一時(shí)刻的赤道.(由于歲差和章動(dòng)的影響,每一時(shí)刻赤482.2地軸對(duì)于地球本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置變化（極移）

1.極移：地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于地球體自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置變化，從而導(dǎo)致極點(diǎn)在地球表面上的位置隨時(shí)間而變化，稱為地極移動(dòng)，簡(jiǎn)稱極移。2.瞬時(shí)極：與觀測(cè)瞬間相對(duì)應(yīng)的自轉(zhuǎn)軸所處的位置，稱為該瞬時(shí)的地球極軸，相應(yīng)的極點(diǎn)稱為瞬時(shí)極。

3.平極：某段時(shí)間內(nèi)地極的平均位置。4.國(guó)際協(xié)定原點(diǎn)CIO：國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)IAU和國(guó)際大地測(cè)量與物理聯(lián)合會(huì)IUGG采用國(guó)際上5個(gè)緯度服務(wù)站的資料，以1900至1905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國(guó)際協(xié)定原點(diǎn)CIO。也稱協(xié)議地球極CTP。第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)2.2地軸對(duì)于地球本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置變化（極移）3.平495.地極坐標(biāo)系：以CIO為原點(diǎn)，零子午線方向?yàn)閄軸，以零子午線以西為了描述90°子午線為y軸。用來(lái)描述極移規(guī)律。任意瞬時(shí)t的極點(diǎn)位置可用()表示。6.平春分點(diǎn)：相應(yīng)于平極的春分點(diǎn)。第一節(jié)地球的運(yùn)轉(zhuǎn)5.地極坐標(biāo)系：以CIO為原點(diǎn)，零子午線方向?yàn)閄軸，以零子午50坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)分析51第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)

(1)時(shí)刻：某一時(shí)間點(diǎn)，也就是發(fā)生某一現(xiàn)象的瞬間，也稱歷元。

(2)時(shí)間間隔：兩個(gè)時(shí)刻之間的時(shí)間差。

(3)時(shí)間系統(tǒng)的要素：時(shí)間原點(diǎn)、度量單位（時(shí)間尺度）。

(4)任何一個(gè)周期運(yùn)動(dòng)滿足如下要求方可作為計(jì)量時(shí)間的方法：

a.運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的；b.周期有足夠的穩(wěn)定性；c.運(yùn)動(dòng)可觀測(cè)；

大地測(cè)量學(xué)研究的對(duì)象是隨時(shí)間變化的，大地測(cè)量觀測(cè)量與時(shí)間密切相關(guān)、在衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)中，時(shí)間系統(tǒng)是描述衛(wèi)星運(yùn)行位置的重要基準(zhǔn)。第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)(1)時(shí)刻：某一時(shí)間點(diǎn)，也就是發(fā)生某一現(xiàn)52在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)需要選取滿足上述條件的周期運(yùn)動(dòng)，從而定義了多種時(shí)間系統(tǒng)。例如：（1）以地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，建立了恒星時(shí)(ST)和世界時(shí)(UT)；（2）以地球公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，建立了歷書時(shí)(ET)，并進(jìn)一步發(fā)展為太陽(yáng)系質(zhì)心力學(xué)時(shí)(TDB)和地球質(zhì)心力學(xué)時(shí)(TDT)；（3）以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動(dòng)特征為基礎(chǔ)，建立了原子時(shí)(TAI)。第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)需要選取滿足上述條件的周期運(yùn)動(dòng)，從而531.恒星時(shí)（ST）定義：以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，由它的周日視運(yùn)動(dòng)所確定的時(shí)間稱為恒星時(shí)。計(jì)量時(shí)間單位：恒星日、恒星時(shí)、恒星分、恒星秒；（1）恒星日：春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)同一子午圈上中天的時(shí)間間隔。一恒星日=24恒星時(shí)=1440恒星分=86400恒星秒（2）分類：真恒星時(shí)和平恒星時(shí)。真恒星時(shí)等于真春分點(diǎn)的地方時(shí)角(LAST)，平恒星時(shí)等于平春分點(diǎn)的地方時(shí)角(LMST)（3）某一地點(diǎn)的恒星時(shí)：在數(shù)值上等于春分點(diǎn)相對(duì)于這一地方子午圈的時(shí)角。第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)1.恒星時(shí)（ST）第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)54(4)真春分點(diǎn)的格林尼治時(shí)角(GAST)、平春分點(diǎn)的格林尼治時(shí)角(GMST)與LAST、LMST的關(guān)系：其中，Δψ為黃經(jīng)章動(dòng)，ε黃赤交角第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)(4)真春分點(diǎn)的格林尼治時(shí)角(GAST)、平春分點(diǎn)的格林尼552.平太陽(yáng)時(shí)（MT）（1）真太陽(yáng)時(shí):以真太陽(yáng)作為參考點(diǎn)，由它的周日視運(yùn)動(dòng)所確定的時(shí)間；（2）平太陽(yáng):由于真太陽(yáng)的視運(yùn)動(dòng)速度是不均勻的，因而真太陽(yáng)時(shí)不是均勻的時(shí)間尺度。為此引入虛擬的在赤道上勻速運(yùn)行的平太陽(yáng)，其速度等于真太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng)的平均速度。（3）平太陽(yáng)時(shí):以平太陽(yáng)作為參考點(diǎn)，由它的周日視運(yùn)動(dòng)所確定的時(shí)間。（4）計(jì)量時(shí)間單位：平太陽(yáng)日、平太陽(yáng)小時(shí)、平太陽(yáng)分、平太陽(yáng)秒；第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)2.平太陽(yáng)時(shí)（MT）第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)56（5）平太陽(yáng)日:平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)同一子午圈的時(shí)間間隔.

一回歸年=365.24219879平太陽(yáng)日一平太陽(yáng)日=24平太陽(yáng)小時(shí)=1440平太陽(yáng)分=86400平太陽(yáng)秒。平太陽(yáng)時(shí)與日常生活中使用的時(shí)間系統(tǒng)是一致的，通常鐘表所指示的時(shí)刻正是平太陽(yáng)時(shí)。3.世界時(shí)UT

（1）定義：以平子午夜為零時(shí)起算的格林尼治平太陽(yáng)時(shí)定義為世界時(shí)UT。第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)（5）平太陽(yáng)日:平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)同一子午圈的時(shí)間間隔.3.57UT0:未經(jīng)任何改正的世界時(shí)UT1:經(jīng)過(guò)極移改正的世界時(shí)UT2:在UT1的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性改正的世界時(shí)第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)UT0:未經(jīng)任何改正的世界時(shí)第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)584.原子時(shí)（AT）（1）原子時(shí)：是以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動(dòng)的特征為基礎(chǔ)建立的時(shí)間系統(tǒng)。（2）原子時(shí)的尺度標(biāo)準(zhǔn)：(在海平面實(shí)現(xiàn)的原子秒)國(guó)際制秒（SI）。（3）原子秒：在零磁場(chǎng)下，銫-133原子基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷輻射9192631770周所持續(xù)的時(shí)間。（4）國(guó)際原子時(shí)（TAI）：起點(diǎn)定在1958年1月1日0時(shí)0分0秒（UT2）即規(guī)定在這一瞬間原子時(shí)時(shí)刻與世界時(shí)刻重合。但事后發(fā)現(xiàn)，在該瞬間TAI與世界時(shí)的時(shí)刻之差為

0.0039秒。國(guó)際原子時(shí)(TAI)的原點(diǎn)由下式確定：AT=UT2-0.0039(s)第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)4.原子時(shí)（AT）第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)595.協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC（1）協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC:由于地球自轉(zhuǎn)速度有變慢的趨勢(shì)，為了避免世界時(shí)和原子時(shí)產(chǎn)生過(guò)大偏差而采用的一種以原子時(shí)秒長(zhǎng)為基礎(chǔ)，在時(shí)刻上盡量接近世界時(shí)的一種折衷的時(shí)間系統(tǒng)。當(dāng)二者之差超過(guò)±0.9秒時(shí)，便在協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC加入一閏秒。閏秒一般在12月31日或6月30日加入。協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC的秒長(zhǎng)與原子時(shí)秒長(zhǎng)一致。（2）協(xié)調(diào)時(shí)與國(guó)際原子時(shí)之間的關(guān)系，如下式所示：

TAI=UTC+1s×n

式中n為調(diào)整參數(shù)第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)5.協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)606.GPS時(shí)間系統(tǒng)GPST（1）定義：基于美國(guó)海軍觀測(cè)實(shí)驗(yàn)室維持的原子時(shí)的時(shí)間系統(tǒng)。

GPST屬于原子時(shí)系統(tǒng)，它的秒長(zhǎng)即為原子時(shí)秒長(zhǎng)，GPST的原點(diǎn)與國(guó)際原子時(shí)TAI相差19s。有關(guān)系式：

TAI-GPST=19（s）在1980年1月6日，GPST與UTC相等，它們的關(guān)系為：

GPST=UTC+n(13秒（2005年）)（2）GPS時(shí)間系統(tǒng)與各種時(shí)間系統(tǒng)的關(guān)系見(jiàn)圖所示：第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)6.GPS時(shí)間系統(tǒng)GPST（2）GPS時(shí)間系統(tǒng)與各種時(shí)間系統(tǒng)61坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)分析627.歷書時(shí)(ET)與力學(xué)時(shí)(DT)（1）歷書時(shí)(ET)：以地球公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基準(zhǔn)的時(shí)間系統(tǒng).起始?xì)v元為1900年1月1日12時(shí).秒長(zhǎng)為1900年1月1日12時(shí)整回歸年長(zhǎng)度的1/31556925.9747.（2）力學(xué)時(shí)(DT):天體運(yùn)動(dòng)力學(xué)理論建立的運(yùn)動(dòng)方程所采用的時(shí)間參數(shù).（3）太陽(yáng)系質(zhì)心力學(xué)時(shí)(TDB):相對(duì)于太陽(yáng)系質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)方程所采用的時(shí)間參數(shù).（4）地球質(zhì)心力學(xué)時(shí)(TDT):相對(duì)于地心系的運(yùn)動(dòng)方程所采用的時(shí)間參數(shù).第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)7.歷書時(shí)(ET)與力學(xué)時(shí)(DT)（1）歷書時(shí)(ET)：以地63力學(xué)時(shí)(DT)所采用的基本單位是國(guó)際制秒(SI),與原子時(shí)的尺度一致.第二節(jié)時(shí)間系統(tǒng)力學(xué)時(shí)(DT)所采用的基本單位是國(guó)際制秒(SI),與原子64第三節(jié)坐標(biāo)系統(tǒng)1.基本概念1）大地基準(zhǔn)(GeodeticDatum):用來(lái)代表地球形體的旋轉(zhuǎn)橢球，建立大地基準(zhǔn)就是求定旋轉(zhuǎn)橢球的參數(shù)及其定向和定位，即地球橢球。a)橢球參數(shù):長(zhǎng)半徑和扁率b)橢球定向:橢球旋轉(zhuǎn)軸平行于地球旋轉(zhuǎn)軸,橢球起始子午面平行于地球起始子午面.c)橢球定位:確定橢球中心與地球中心的相對(duì)位置.第三節(jié)坐標(biāo)系統(tǒng)1.基本概念652)天球：以地球質(zhì)心為中心以無(wú)窮大為半徑的假想球體。①天軸與天極：地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線為天軸；天軸與天球的交點(diǎn)稱為天極(為北天極，為南天極)。②天球赤道面與天球赤道：通過(guò)地球質(zhì)心O與天軸垂直的平面，稱為天球赤道面．它與天球相交的大圓，稱為天球赤道。③天球子午面與子午圈：包含天軸并通過(guò)地球上任一點(diǎn)的平面，稱為天球子午面，它與天球相交的大圓，稱為天球子午圈。④