GPS原理與應(yīng)用第2章-坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)

第二章坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)2023/1/3112概述12023/1/3132.1.1概述①GPS的最主要功能：定位2023/1/31GPS在定位過(guò)程中的兩類主體：衛(wèi)星和接收機(jī)2.1.1概述②如何建立GPS坐標(biāo)系統(tǒng)？？42023/1/312.1.1

概述③GPS定位采用兩類坐標(biāo)系統(tǒng)：天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系坐標(biāo)系統(tǒng)定義：坐標(biāo)原點(diǎn)、坐標(biāo)軸指向和單位尺度協(xié)議坐標(biāo)協(xié)議慣性(天球)坐標(biāo)系(CIS－ConventionalInertialSystem)

協(xié)議地球坐標(biāo)系（CTS－ConventionalTerrestrialSystem）子午面56坐標(biāo)系統(tǒng)22023/1/31天球（CelestialSphere）天軸（CelestialAxis）天極（CelestialPoles）天球赤道（CelestialEquator）天球子午線（CelestialMeridian）。時(shí)圈（HourCircle）黃道（Ecliptic）黃赤交角（ObliquityoftheEcliptic）黃極（EclipticPoles）春分點(diǎn)（VernalEquinox）秋分點(diǎn)（AutumnalEquinox）

2.2.1基本概念--天球地球自轉(zhuǎn)地球公轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)軸（天軸）指向不變

地球質(zhì)心位置不變春分點(diǎn)位置不變

天球黃道平面空間方向穩(wěn)定不變天球赤道平面空間方向不變春分點(diǎn)軸空間指向穩(wěn)定不變

2.2.2天球坐標(biāo)系—基本概念①地球自轉(zhuǎn)軸（天軸）空間指向穩(wěn)定不變春分點(diǎn)軸空間指向穩(wěn)定不變與兩軸垂直并位于天球赤道平面內(nèi)的第三軸空間指向穩(wěn)定不變ZXY2.2.2天球坐標(biāo)系—基本概念②2.2.2天球坐標(biāo)系—基本概念③天球球面坐標(biāo)系（α，δ，r

）

：原點(diǎn)O位于天球中心。α表示赤經(jīng)（RightAscension），赤經(jīng)指過(guò)天體s的時(shí)圈，與經(jīng)過(guò)春分點(diǎn)的時(shí)圈所夾的二面角。δ表示赤緯（Declination），赤緯指天體s到原點(diǎn)O的連線與天球赤道面的夾角天球空間直角坐標(biāo)系（x，y，z)：原點(diǎn)O位于天球中心；Z軸指向北天極（NCP）；x軸指向春分點(diǎn)γ；Y軸垂直于xOz平面，與Z軸和X軸構(gòu)成右手系。

天球坐標(biāo)系

102023/1/312.2.2天球坐標(biāo)系—基本概念④空間直角坐標(biāo)與球面坐標(biāo)等價(jià)

112023/1/31思考：實(shí)際上地球自轉(zhuǎn)軸（天軸）的空間指向、地球（天球）赤道面和地球（天球）黃道面的夾角（黃赤交角）和春分點(diǎn)在天球上的位置是否永遠(yuǎn)保持穩(wěn)定不變？2.2.2天球坐標(biāo)系—基本概念⑤地球運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化彈性地球BECDA液態(tài)外核

非勻質(zhì)天體攝動(dòng)力

非標(biāo)準(zhǔn)橢球歲差和章動(dòng)2.2.3基本概念—?dú)q差與章動(dòng)①132023/1/312023/1/3114歲差歲差是由于日月行星引力共同作用的結(jié)果，使地球自轉(zhuǎn)軸在空間的方向發(fā)生周期性變化。在日月引力的共同影響下，使北天極繞黃北極以順時(shí)針?lè)较蚓徛匦D(zhuǎn)，從而使春分點(diǎn)在黃道上每年西移約50.37秒，其漂移周期大約為25800年。2.2.3基本概念—?dú)q差與章動(dòng)②歲差（春分點(diǎn)歲差）是由于赤道平面和黃道平面的運(yùn)動(dòng)而引起的赤道歲差（日、月歲差）由于太陽(yáng)、月球以及行星對(duì)地球赤道隆起部分的作用力矩而導(dǎo)致赤道平面的進(jìn)動(dòng)黃道歲差（行星歲差）太陽(yáng)系中的行星對(duì)地球和月球產(chǎn)生萬(wàn)有引力，還會(huì)影響地月系質(zhì)心繞日公轉(zhuǎn)的軌道平面，使黃道面產(chǎn)生變化，進(jìn)而使得春分點(diǎn)產(chǎn)生移動(dòng)2.2.3基本概念—?dú)q差與章動(dòng)③152023/1/31中國(guó)地質(zhì)大學(xué)歲差：北天極（NCP）繞北黃極（NEP）順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，自轉(zhuǎn)軸圍繞北黃極畫出一個(gè)圓錐，錐角等于黃赤交角ε＝23.5°，周期約為25800年。瞬時(shí)平北天極：繞北黃極均勻移動(dòng)的北天極瞬時(shí)北天極：觀測(cè)瞬間的北天極章動(dòng)：瞬時(shí)北天極圍繞瞬時(shí)平北天極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，大致成橢圓形其軌跡，其長(zhǎng)半軸約9.2″，主周期約18.6年。2.2.3基本概念—?dú)q差與章動(dòng)④瞬時(shí)真北天極

瞬時(shí)真春分點(diǎn)

瞬時(shí)真天球赤道

瞬時(shí)平北天極

瞬時(shí)平天球赤道

瞬時(shí)平春分點(diǎn)

非慣性坐標(biāo)瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系

瞬時(shí)真天球坐標(biāo)系

2.2.4天球坐標(biāo)系—協(xié)議天球坐標(biāo)系①2.2.4天球坐標(biāo)系—協(xié)議天球坐標(biāo)系②天球參考系統(tǒng)CRS(CelestialReferenceSystem)建立的原因由于赤道平面和黃道平面的運(yùn)動(dòng)而引起的歲差和章動(dòng)的影響，瞬時(shí)天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸指向不斷變化，在這種非慣性坐標(biāo)系統(tǒng)中，不能直接根據(jù)牛頓力學(xué)定律研究衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。為了方便地表示天體在空間的位置或方位，編制天體的星歷表，需要在空間建立一個(gè)固定的坐標(biāo)系。182023/1/312.2.4天球坐標(biāo)系—協(xié)議天球坐標(biāo)系⑤國(guó)際天球參考系（InternationalCelestialReferenceSystem—ICRS）J1950.0J2000.0192023/1/31協(xié)議天球坐標(biāo)系：選擇某一時(shí)刻t0作為標(biāo)準(zhǔn)歷元（StandardEpoch），此刻的瞬時(shí)北天極、瞬時(shí)春分點(diǎn)和瞬時(shí)天球赤道經(jīng)該時(shí)刻歲差和章動(dòng)改正后，可構(gòu)成一個(gè)天球坐標(biāo)系。稱為標(biāo)準(zhǔn)歷元t0的平天球坐標(biāo)系，也叫協(xié)議慣性坐標(biāo)系（CIS）。2.2.4天球坐標(biāo)系—J20001980年，國(guó)際大地測(cè)量學(xué)會(huì)（IAG）和國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)（IAU）決定，自1984年1月1日后啟用新標(biāo)準(zhǔn)歷元的協(xié)議天球坐標(biāo)系，以儒略日J(rèn)D＝2451545.0為標(biāo)準(zhǔn)歷元，記為J2000.0，公歷為2000年1月1日12h00m00s。原點(diǎn)：地球質(zhì)心標(biāo)準(zhǔn)歷元：2000年1月1日質(zhì)心力學(xué)時(shí)（TDB），JD＝2451545.0202023/1/31協(xié)議天球坐標(biāo)瞬時(shí)真天球坐標(biāo)1歲差2章動(dòng)瞬時(shí)平天球坐標(biāo)2.2.4天球坐標(biāo)系—坐標(biāo)轉(zhuǎn)換2.2.5地球坐標(biāo)系—地球的形狀天圓地方（最早）－球形（古希臘畢達(dá)哥拉斯公元前6世紀(jì)）－200年后亞里士多德證明地圓說(shuō)-公元前3世紀(jì)埃拉托色尼推算出地球子午圈的周長(zhǎng)－公元8世紀(jì)一行實(shí)地測(cè)量子午弧長(zhǎng)－17世紀(jì)末牛頓（英國(guó)）和惠更斯（荷蘭）應(yīng)用力學(xué)原理提出地扁說(shuō)－1873利斯廷（德國(guó)）提出大地水準(zhǔn)面－1945莫洛堅(jiān)斯基創(chuàng)立用地面重力測(cè)量數(shù)據(jù)研究真實(shí)地球自然表面222023/1/312.2.5地球坐標(biāo)系—基本概念由于地球上一固定點(diǎn)在天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)隨地球自轉(zhuǎn)而變化，應(yīng)用不方便。為了描述地面觀測(cè)點(diǎn)的位置，有必要建立與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系—地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系與地球固連在一起，隨地球一起自轉(zhuǎn)，又稱地固坐標(biāo)系。地球坐標(biāo)系的主要任務(wù)是用以描述地面點(diǎn)在地球上的位置，也可用以描述衛(wèi)星在近地空間中的位置。232023/1/312.2.5地球坐標(biāo)系—分類①根據(jù)坐標(biāo)原點(diǎn)所處的位置不同地心坐標(biāo)系原點(diǎn)位于地球（含大氣層）的質(zhì)量中心；Z軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合，X軸和Y軸位于地球赤道面上，其中X軸指向經(jīng)度零點(diǎn)，Y軸垂直于X軸和Z軸，組成右手坐標(biāo)系。參心坐標(biāo)系原點(diǎn)位于參考橢球的中心；Z軸與地球自轉(zhuǎn)軸平行，X軸和Y軸位于參考橢球的赤道面上，其中X軸平行于起始天文子午面，Y軸垂直于X軸和Z軸，組成右手坐標(biāo)系。242023/1/312.2.5地球坐標(biāo)系—分類②根據(jù)表現(xiàn)形式的不同空間直角坐標(biāo)系空間大地坐標(biāo)系兩者可以相互轉(zhuǎn)換252023/1/312.2.5地球坐標(biāo)系—分類②空間直角坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換其中N為橢球卯酉圈的曲率半徑，e為橢球的第一偏心，a、b為橢球的長(zhǎng)短半徑。極移地極：地球自轉(zhuǎn)軸與地面的交點(diǎn)稱為地極；地極的移動(dòng)稱為極移通常用北極點(diǎn)的移動(dòng)來(lái)反映地球自轉(zhuǎn)軸在地球體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)極移的表象：地球自轉(zhuǎn)軸通過(guò)地球質(zhì)心在頂角約為0.5”的圓錐面上運(yùn)動(dòng)引起極移的原因：地球表面上的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)（如海潮、洋流等）以及地球內(nèi)部的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)（如地幔對(duì)流等）2.2.5地球坐標(biāo)系—極移272023/1/312.2.6地球坐標(biāo)系—協(xié)議地球坐標(biāo)系①國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)（CIO）采用國(guó)際上5個(gè)緯度服務(wù)站，以1900-1905年的平均緯度所確定的平均地極(meanpolar)位置作為基準(zhǔn)點(diǎn)，平極的位置是相應(yīng)上述期間地球自轉(zhuǎn)軸的平均位置，通常稱為國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)（ConventionalInternationalOrigin—CIO）。協(xié)議地球坐標(biāo)系（CTS）與之相應(yīng)的地球赤道面稱為平赤道面或協(xié)議赤道面。至今仍采用CIO作為協(xié)議地極（conventionalTerrestrialPole—CTP）；以協(xié)議地極為基準(zhǔn)點(diǎn)的地球坐標(biāo)系稱為協(xié)議地球坐標(biāo)系ConventionalTerrestrialSystem—CTS）；與瞬時(shí)地極相應(yīng)的地球坐標(biāo)系稱為瞬時(shí)地球坐標(biāo)系282023/1/312.2.6地球坐標(biāo)系—協(xié)議地球坐標(biāo)系①協(xié)議地球（坐標(biāo)）參考系統(tǒng)（CTRS）由于地面點(diǎn)在瞬時(shí)地球坐標(biāo)系（或真地球坐標(biāo)系）中的坐標(biāo)不斷發(fā)生變化，不適宜用來(lái)表示地面點(diǎn)的位置實(shí)際應(yīng)用需要一個(gè)坐標(biāo)軸的指向不隨極移改變，真正與地球固連在一起的坐標(biāo)系，協(xié)議地球坐標(biāo)系就是這樣一種坐標(biāo)系協(xié)議地球（坐標(biāo)）參考框架（CTRF），其定義滿足坐標(biāo)原點(diǎn)位于包括海洋和大氣在內(nèi)的整個(gè)地球的質(zhì)量中心尺度為廣義相對(duì)論意義上的局部地球框架內(nèi)的尺度坐標(biāo)軸的指向最初是BIH1984.0來(lái)確定的坐標(biāo)軸定向隨時(shí)間的變化滿足地殼無(wú)整體旋轉(zhuǎn)這一條件292023/1/312.2.6地球坐標(biāo)系—協(xié)議地球坐標(biāo)系②國(guó)際地球參考系統(tǒng)（ITRS）和國(guó)際地球參考框架（ITRF）ITRS是協(xié)議地球（坐標(biāo)）參考框架的一種ITRS和ITRF是目前國(guó)際上精度最高并被廣泛應(yīng)用的協(xié)議地球參考系統(tǒng)和參考框架ITRS是由國(guó)際地球自轉(zhuǎn)與參考系統(tǒng)服務(wù)組織IERS來(lái)負(fù)責(zé)定義，并用VLBI、SLR、GPS和DORIS等空間大地測(cè)量技術(shù)來(lái)予以實(shí)現(xiàn)和維持的ITRS的具體實(shí)現(xiàn)稱為ITRFIERS至今已經(jīng)發(fā)布了十多個(gè)版本，最新發(fā)布的是ITRF2008302023/1/312.2.6地球坐標(biāo)系—站心地平坐標(biāo)系站心地平直角坐標(biāo)系原點(diǎn)為所選擇的測(cè)站中心z*軸與過(guò)站心的參考橢球面的法線重合，指向天頂為正；x*軸垂直于z*軸，指向參考橢球的短半軸，向北為正；y*軸與x*、z*軸垂直（向東為正），構(gòu)成左手坐標(biāo)系。312023/1/312.2.7天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換①?gòu)膬勺鴺?biāo)系的定義上看兩坐標(biāo)系的原點(diǎn)均位于地球的質(zhì)心，故其原點(diǎn)位置相同瞬時(shí)天球坐標(biāo)系的z軸與瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的Z軸指向相同兩瞬時(shí)坐標(biāo)系x軸與X軸的指向不同，其間夾角為春分點(diǎn)的格林尼治恒星時(shí)。二者的轉(zhuǎn)換過(guò)程如右圖：322023/1/312.2.7常用的坐標(biāo)系統(tǒng)—國(guó)際地球參考系統(tǒng)①協(xié)議地球坐標(biāo)系CTS又稱為國(guó)際地球參考系統(tǒng)（InternationalTerrestrialReferenceSystem-ITRS）國(guó)際地球參考系統(tǒng)是理論定義；國(guó)際地球參考框架（InternationalTerrestrialReferenceFrame-ITRF）是具體實(shí)現(xiàn)ITRS與ITRF由國(guó)際地球自轉(zhuǎn)與參考系統(tǒng)服務(wù)（InternationalEarthRotationandReferenceSystemService-IERS）組織維持與更新332023/1/312.2.7常用的坐標(biāo)系統(tǒng)—國(guó)際地球參考系統(tǒng)②ITRS的定義(參見(jiàn)IERSConventions,1996，2003，2010)原點(diǎn)在包括海洋和大氣的整個(gè)地球的質(zhì)量中心長(zhǎng)度單位為米.這一尺度同地心局部的TCG(地心坐標(biāo)時(shí))時(shí)間坐標(biāo)一致；定向在1984.0時(shí)與BIH的定向一致定向的時(shí)間演變由整個(gè)地球的水平構(gòu)造運(yùn)動(dòng)無(wú)凈旋轉(zhuǎn)條件保證342023/1/31ITRF(InternationalTerrestrialReferenceFrame)ITRF是ITRS的具體實(shí)現(xiàn)是由IERS中心局利用VLBI、LLR、SLR、GPS和DORIS空間大地測(cè)量技術(shù)的觀測(cè)數(shù)據(jù)分析得到的一組全球站坐標(biāo)/速度和EOP參數(shù)。自1988年起，IERS已經(jīng)發(fā)布ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF2000、ITRF2005、ITRF2008等全球參考框架。ITRF是通過(guò)框架的定向、原點(diǎn)、尺度和框架時(shí)間演變基準(zhǔn)的明確定義來(lái)實(shí)現(xiàn)的。http://lareg.ensg.ign.fr/ITRF/solutions.html2.2.7常用的坐標(biāo)系統(tǒng)—國(guó)際地球參考系統(tǒng)③352023/1/312.2.7常用的坐標(biāo)系統(tǒng)—世界大地坐標(biāo)系統(tǒng)美國(guó)國(guó)防部建立，先后有WGS-60，WGS-66，WGS72，WGS84這幾個(gè)版本世界大地坐標(biāo)系WGS屬于協(xié)議地球坐標(biāo)系CTS，WGS可看成CTS的近似系統(tǒng)。WGS84是目前GPS系統(tǒng)廣播星歷和NIMA精密星歷的參考框架WGS84幾何意義：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極(CTP)方向，X軸指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，Y軸與Z，X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。對(duì)應(yīng)WGS-84大地坐標(biāo)系有WGS-84橢球。362023/1/312.2.7常用的坐標(biāo)系統(tǒng)—PZ-90坐標(biāo)系統(tǒng)PZ90是GLONASS衛(wèi)星廣播星歷的參考框架原點(diǎn)為地心，Z軸指向協(xié)議地極CTP，X軸指向地球赤道面和國(guó)際時(shí)間局BIH定義的零子午線的交點(diǎn)，Y軸與Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系PZ參考框架的實(shí)現(xiàn)由26個(gè)地面跟蹤站點(diǎn)的地心坐標(biāo)和速度實(shí)現(xiàn)372023/1/31ITRF(InternationalTerrestrialReferenceFrame)GTRF-GalileoTerrestrialReferenceFrame伽利略系統(tǒng)所使用的參考框架遵守ITRS的定義目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了三個(gè)版本，初步開(kāi)始為GTRF提供服務(wù)2.2.7常用的坐標(biāo)系統(tǒng)-伽利略地球參考框架382023/1/312.2.7常用的坐標(biāo)系統(tǒng)—我國(guó)主要的坐標(biāo)系統(tǒng)①392023/1/31類型名稱說(shuō)明地心坐標(biāo)系統(tǒng)CGCS2000國(guó)家地心坐標(biāo)系統(tǒng)參心坐標(biāo)系統(tǒng)1954年北京坐標(biāo)系區(qū)域性的參心坐標(biāo)系統(tǒng)1980年西安坐標(biāo)系區(qū)域性的參心坐標(biāo)系統(tǒng)新1954年北京坐標(biāo)系區(qū)域性的參心坐標(biāo)系統(tǒng)格網(wǎng)坐標(biāo)系統(tǒng)包含兩種：1由大地坐標(biāo)系經(jīng)地圖投影而成的平面坐標(biāo)系統(tǒng)2由用戶根據(jù)應(yīng)用需求自行定義的獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)CGCS2000坐標(biāo)系已于2008年7月1日正式啟用高精度2000國(guó)家GPS大地網(wǎng)和全國(guó)天文大地網(wǎng)全國(guó)GPS一、二級(jí)網(wǎng)（534點(diǎn)），1991-1997年布設(shè)；國(guó)家GPSA、B級(jí)網(wǎng)（818點(diǎn)），1991-1996年布設(shè)；地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)（336點(diǎn)），包括全國(guó)GPS地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)（21點(diǎn)）；中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)（1081點(diǎn)），包括基準(zhǔn)網(wǎng)（25點(diǎn)）、基本網(wǎng)（56點(diǎn)）和區(qū)域網(wǎng)（1000點(diǎn)）。402.2.7常用的坐標(biāo)系統(tǒng)—我國(guó)主要的坐標(biāo)系統(tǒng)②2.2.7常用的坐標(biāo)系統(tǒng)—我國(guó)的大地坐標(biāo)系統(tǒng)③參心坐標(biāo)系統(tǒng)參考框架高斯投影方式墨卡托投影方式1954年北京坐標(biāo)系1980西安坐標(biāo)系相對(duì)獨(dú)立的平面坐標(biāo)系天文大地網(wǎng)天文大地網(wǎng)區(qū)域控制網(wǎng)412023/1/312.2.8全球衛(wèi)星導(dǎo)航與TRS和TRF的關(guān)系導(dǎo)航系統(tǒng)使用的參考系統(tǒng)相應(yīng)的參考框架說(shuō)明GNSSITRSITRF國(guó)際地球參考框架GNSSITRSIGSIGS建立的全球參考框架COMPASSa－－待定(COMPASSTRF)GPSWGSWGS84逐漸向ITRF靠攏GLONASS－PZ90GLONASS使用GalileoITRSGTRF完成了初始實(shí)現(xiàn)注1：ITRF為目前國(guó)際上公認(rèn)的最精密的地球參考框架，GPS、Galileo等所用的坐標(biāo)系統(tǒng)均與其對(duì)準(zhǔn)。注2：IGS與ITRF相似，但僅使用GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。a:COMPASS導(dǎo)航系統(tǒng)的地球參考系統(tǒng)與參考框架待定。422023/1/3143時(shí)間系統(tǒng)32023/1/31442.3.1基本概念-時(shí)間時(shí)間系統(tǒng)是精確描述天體和人造衛(wèi)星運(yùn)行位置及其相互關(guān)系的重要基準(zhǔn)“時(shí)間”的含義包含了“時(shí)刻”和“時(shí)間間隔”兩個(gè)概念。時(shí)刻是指發(fā)生某一現(xiàn)象的瞬間。在天文學(xué)和衛(wèi)星定位中，與所獲取數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻也稱歷元。時(shí)間間隔是指發(fā)生某一現(xiàn)象所經(jīng)歷的過(guò)程，是這一過(guò)程始末的時(shí)間之差。時(shí)間間隔測(cè)量稱為相對(duì)時(shí)間測(cè)量而時(shí)刻測(cè)量相應(yīng)稱為絕對(duì)時(shí)間測(cè)量2023/1/31452.3.1基本概念-GPS時(shí)間系統(tǒng)在GPS衛(wèi)星定位中，時(shí)間系統(tǒng)的重要性表現(xiàn)在：GPS衛(wèi)星作為高空觀測(cè)目標(biāo)，位置不斷變化，在給出衛(wèi)星運(yùn)行位置同時(shí)，必須給出相應(yīng)的時(shí)刻。例如當(dāng)要求GPS衛(wèi)星的位置誤差小于1cm，則相應(yīng)的時(shí)刻誤差應(yīng)小于2.610-6s（GPS衛(wèi)星運(yùn)行速度平均約為3.9km/s）準(zhǔn)確地測(cè)定觀測(cè)站至衛(wèi)星的距離，必須精密地測(cè)定信號(hào)的傳播時(shí)間。若要距離誤差小于1cm，則信號(hào)傳播時(shí)間的測(cè)定誤差應(yīng)小于310-11s(光速度約為310-8m/s)由于地球的自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在天球坐標(biāo)系中地球上點(diǎn)的位置是不斷變化的，若要求赤道上一點(diǎn)的位置誤差不超過(guò)1cm，則時(shí)間測(cè)定誤差要小于210-5s。(地球自轉(zhuǎn)平均速度470m/s)2023/1/31462.3.1基本概念-時(shí)間系統(tǒng)的分類世界時(shí)系統(tǒng)恒星時(shí)（SiderealTime，ST）平太陽(yáng)時(shí)（MeanSolarTime,MT）世界時(shí)（UniversalTime，UT）UT0,UT1,UT2力學(xué)時(shí)DT太陽(yáng)系質(zhì)心力學(xué)時(shí)（BarycentricDynamicTime，TDB）地球質(zhì)心力學(xué)時(shí)（TerrestrialDynamicTime，TDT）原子時(shí)國(guó)際原子時(shí)（法語(yǔ)TempsAtomiqueInternational，TAI）協(xié)調(diào)世界時(shí)UTCGPST2023/1/31472.3.2世界時(shí)系統(tǒng)–恒星時(shí)①恒星時(shí)（SiderealTime，ST）以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，由春分點(diǎn)的周日視運(yùn)動(dòng)所確定的時(shí)間稱為恒星時(shí)。春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本地子午圈的時(shí)間間隔為一恒星日，含24個(gè)恒星小時(shí)。恒星時(shí)以春分點(diǎn)通過(guò)本地子午圈時(shí)刻為起算原點(diǎn)，在數(shù)值上等于春分點(diǎn)相對(duì)于本地子午圈的時(shí)角，同一瞬間不同測(cè)站的恒星時(shí)不同，具有地方性，也稱地方恒星時(shí)。2023/1/31482.3.2世界時(shí)系統(tǒng)–恒星時(shí)②周日視運(yùn)動(dòng)由于地球每天自西向東自轉(zhuǎn)一周，造成了太陽(yáng)每天早上從東方升起，晚上又從西方落下的自然現(xiàn)象（東升西落）。因?yàn)檫@種現(xiàn)象是地球自轉(zhuǎn)造成的人的視覺(jué)效果，所以天文學(xué)上把太陽(yáng)的這種運(yùn)動(dòng)叫做周日視運(yùn)動(dòng)。月亮的周日視運(yùn)動(dòng)大家也很熟悉，所不同的是月亮每天升起的時(shí)間變化比較大，平均每天比前一天晚升起50分鐘

像太陽(yáng)和月亮一樣，滿天的繁星也不是每天都固定在星空中某個(gè)地方不動(dòng)，它們也是每天都在作周日視運(yùn)動(dòng)，只不過(guò)很多人都沒(méi)有注意到恒星的這種運(yùn)動(dòng)。2023/1/31492.3.2世界時(shí)系統(tǒng)–平太陽(yáng)時(shí)平太陽(yáng)時(shí)（MeanSolarTime,MT）由于地球公轉(zhuǎn)的軌道為橢圓，根據(jù)天體運(yùn)動(dòng)的開(kāi)普勒定律，可知太陽(yáng)的視運(yùn)動(dòng)速度是不均勻的，如果以真太陽(yáng)作為觀察地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的參考點(diǎn)，則不符合建立時(shí)間系統(tǒng)的基本要求。假設(shè)一個(gè)參考點(diǎn)的視運(yùn)動(dòng)速度等于真太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng)的平均速度，且在天球赤道上作周年視運(yùn)動(dòng)，這個(gè)假設(shè)的參考點(diǎn)在天文學(xué)中稱為平太陽(yáng)平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本地子午圈的時(shí)間間隔為一平太陽(yáng)日，包含24個(gè)平太陽(yáng)時(shí)平太陽(yáng)時(shí)也具有地方性，常稱為地方平太陽(yáng)時(shí)或地方平時(shí)2023/1/31502.3.2世界時(shí)系統(tǒng)–世界時(shí)世界時(shí)（UniversalTime，UT）以平子夜為零時(shí)起算的格林尼治平太陽(yáng)時(shí)稱為世界時(shí)世界時(shí)與平太陽(yáng)時(shí)的時(shí)間尺度相同，起算點(diǎn)不同。1956年以前，秒被定義為一個(gè)平太陽(yáng)日的1/86400，是以地球自轉(zhuǎn)這一周期運(yùn)動(dòng)作為基礎(chǔ)的時(shí)間尺度。由于自轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性，在UT0中加入極移改正得UT1。加入地球自轉(zhuǎn)角速度的季節(jié)改正得UT2。雖然經(jīng)過(guò)改正，其中仍包含地球自轉(zhuǎn)角速度的長(zhǎng)期變化和不規(guī)則變化的影響，世界時(shí)UT2不是一個(gè)嚴(yán)格均勻的時(shí)間系統(tǒng)。在GPS測(cè)量中，主要用于天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換計(jì)算。2023/1/31512.3.3力學(xué)時(shí)系統(tǒng)①在天文學(xué)中，天體的星歷是根據(jù)天體動(dòng)力學(xué)理論建立的運(yùn)動(dòng)方程而編算的，其中所采用的獨(dú)立變量是時(shí)間參數(shù)T，這個(gè)數(shù)學(xué)變量T定義為力學(xué)時(shí)。根據(jù)描述運(yùn)動(dòng)方程所對(duì)應(yīng)的參考點(diǎn)不同，力學(xué)時(shí)分為：太陽(yáng)系質(zhì)心力學(xué)時(shí)（BarycentricDynamicTime－TDB）是相對(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)。地球質(zhì)心力學(xué)時(shí)（TerrestrialDynamicTime—TDT）是相對(duì)于地球質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)方程所采用的時(shí)間參數(shù)。在GPS定位中，地球質(zhì)心力學(xué)時(shí)，作為一種嚴(yán)格均勻的時(shí)間尺度和獨(dú)立的變量，被用于描述衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)。2023/1/31522.3.3力學(xué)時(shí)系統(tǒng)②TDT的基本單位是國(guó)際制秒（SI），與原子時(shí)的尺度一致。國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)（IAU）決定，1977年1月1日原子時(shí)（TAI）零時(shí)與地球質(zhì)心力學(xué)時(shí)的嚴(yán)格關(guān)系如下：

TDT=TAI+32.184S若以T表示地球質(zhì)心力學(xué)時(shí)TDT與世界時(shí)UT1之間的時(shí)差，則可得：

T=TDT-UT1=TAI-UT1+32.184S2023/1/31532.3.3原子時(shí)系統(tǒng)①物質(zhì)內(nèi)部的原子躍遷所輻射和吸收的電磁波頻率，具有很高的穩(wěn)定度和復(fù)現(xiàn)性，由此建立的原子時(shí)成為最理想的時(shí)間系統(tǒng)。原子時(shí)秒長(zhǎng)的定義:位于海平面上的銫133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)，在零磁場(chǎng)中躍遷輻射震蕩9192631770周所持續(xù)的時(shí)間為一原子時(shí)秒。原子時(shí)秒為國(guó)際制秒