空間環(huán)境仿真

空間環(huán)境的時空基準袁仁進摘要：在空間環(huán)境中，目標實體無時無刻不在演化。運轉，時間和空間是物體存在的兩種基本形式。建立時空模型是研究空間環(huán)境中實體模型的基礎。本文主要介紹了在研究空間環(huán)境中的空間坐標系和時間系統(tǒng)。為進行空間環(huán)境研究提供時空基準模型。關鍵詞：空間環(huán)境空間坐標系時間系統(tǒng)一、 空間坐標系空間坐標系是研究空間環(huán)境分布、航天器運行的基礎?？梢哉f，不選擇適當?shù)淖鴺讼?，就無法正確描述空間環(huán)境及其變化、航天器與之相互作用在空間的位置?？臻g坐標系一般分為兩大類：一類是地球坐標系，該坐標系是一種非慣性坐標，是固定在地球上的，隨著地球一起旋轉，又稱為地固坐標系，如地心大地坐標系、地球固連坐標系；另一類是天球坐標系該坐標系與地球自轉無關，可以建立慣性坐標系，用此坐標系可以方便地描述航天器軌道，如地心天球球坐標系。（一） 地心大地坐標系此坐標系原點是地球橢球中心；Z軸指向北極，X軸由坐標系原點指向格林尼治子午面，Y軸與X、Z軸構成右手坐標系統(tǒng)。它的三個坐標為（h,L,B）。h為從地球橢球表面延其外法線方向的距離，通常稱為大地高；L在赤道內(nèi)，為從格林尼治子午線向東的地心角，通常稱為大地經(jīng)度；B為赤道平面與地球橢球法線的夾角，通常稱為大地緯度，向北為正。（二） 地球固連坐標系此坐標系的三軸定向與地心大地坐標系相同，地心球面固連坐標系的三個坐標是（Y，入，中）。Y是地心到空間某點N的距離；入在赤道面內(nèi)，為從格林尼治子午線向東到N點的矢徑在赤道面上投影的角距，通常稱為地心經(jīng)度；中為N點的矢徑與赤道面的夾角，向北為正，通常稱為地心緯度。（三） 地心赤道坐標系地心赤道坐標系可以分為地心第一赤道坐標系Oxyz、地心第二赤道坐標eer1er1er1系Oxyz、地心第三赤道坐標系Oxyz和地心第四赤道坐標系eer2er2er2 eer3er3er3Oxyzeer4er4er4。地心第一赤道坐標系Oxyz坐標軸Ox在赤道面內(nèi)，指向春分點；Ozeer1er1er1 eer1 eer1軸垂直于赤道面，與地球自轉角速度矢量一致；Oy與OxOz構成右手坐eer1eer1，eer1標系系統(tǒng)。地心第二、第三、第四赤道坐標系的基本面與地心第一赤道坐標系的基本面一樣，都是赤道面。Z軸也都與地球自轉角速度矢量一致，不同的是X軸的指向不同。（四）地心天球球坐標系該坐標系以地球質(zhì)心為坐標原點，Z軸指向天球北天極方向，X軸指向春分點方向，Y軸與X、Z軸構成右手坐標系統(tǒng)；以赤道面為赤緯基準面；以過春分點的天球子午面為赤經(jīng)基準面。地心天球球坐標系的三個坐標是（Y,a,0）。Y為地心到空間某點N的距離；a在赤道面內(nèi)，為春分點向東到N點的矢徑在赤道面上的投影的角距，通常稱為赤經(jīng)；0為N點的矢徑與赤道面的夾角，向北為正，通常稱為赤緯。由于日、月引力的影響，春分點會隨著天軸的變動而變化，因此該坐標系是一個變動的坐標系。根據(jù)Z軸的變化，又有瞬時天球球坐標系、瞬時平天球球坐標系、標準歷元平天球球坐標系等。二、時間基準系統(tǒng)時間系統(tǒng)是表示空間環(huán)境信息時間特性的基準。時間系統(tǒng)包含有“時刻”和“事件間隔”兩個概念。時刻即指發(fā)生某件事情的瞬時；時間間隔即指發(fā)生某一事件所經(jīng)歷的過程，是這一過程始末的時刻之差。就運動而言，既需要一個聯(lián)系天體位置的確定時刻，又需要一個反映天體運動過程經(jīng)歷的均勻時間間隔。建立一個時間系統(tǒng)要明確時間尺度，即時間的單位；二要明確時間的原點，即起始歷元。地球自轉曾作為時間系統(tǒng)主要基準，但由于地球的自轉不均勻性和地極移動使得時間系統(tǒng)變得比較復雜，因此又建立了地球自轉為基準和易原子振蕩為基準的時間系統(tǒng)。時間系統(tǒng)主要有恒星時、太陽時、世界時、動力學時、儒略年等。（一） 恒星時恒星時S在數(shù)值上等于春分點的時角。春分點連續(xù)兩次過中天的時間間隔稱為一“恒星日”。然而，春分點是觀測不到的，只能通過觀測恒星來間接推算春分點的所在位置，從而有S=t+a式中：t、a分別為被觀測恒星時的時角和赤經(jīng)。當恒星上中天時，t=0，上式變?yōu)镾=a此式表明，任何時刻的地方恒星時正好等于該瞬間上中天恒星的赤經(jīng)。相對于格林尼治子午圈的恒星時稱為格林尼治恒星時，記為S^。（二） 平太陽時與世界時以赤道平太陽視圓面中心作為參考點，由它的周日視運動所確定的時間稱為平太陽時。平太陽時與恒星時并不是相互獨立的時間計量單位，通常是由天文觀測得到的恒星時，然后再換算成平太陽時，他們都是以地球自轉作為基準的。平太陽時與平恒星時的時長有如下關系：平恒星時=平太陽時*（1-r）式中：1-r=0.997269566329084世界時（UT）系統(tǒng)是在平太陽時基礎上建立的，有UT,UT,UT之分。UT0:格林尼治的平太陽時即稱為世界時UT0，他是直接由天文觀2測測定的。UT0：UT加上極移改正后的世界時，由于地球自轉的不均勻性，UT1并不是均勻的時間尺度。 1對于一般精度要求，可用UT作為統(tǒng)一的時間系統(tǒng)。（三） 國際原子時 1以原子能級躍遷輻射頻率定義的標準時間單位，取1958年1月1日世界時零時為其起算點。國際原子時（TAI）與UT1有如下關系：（UT1-TAI）19580=+0.0039（四） 動力學時動力學時分兩種：相對于太陽系質(zhì)心的運動方程組及以此得出的歷表，時間度量用太陽系質(zhì)心動力學時表示，記作TDB；用于地心視位置歷表的時間度量為地球動力學時，記作TDT。地球動力學時是建立在國際原子時基礎上的，它與原子時TAI的關系為TDT=TAI+32.184（五） 儒略年與儒略日儒略年規(guī)定每年為365平太陽日，每四年有一閏年，所以儒略年的平均長度為365.25平太陽日。儒略日（JD）用于計算相隔若十年的兩個日期之間的天數(shù)，儒略日起算于公元前4713年1月1日格林尼治平午。對于新歷元J2000，規(guī)定2000年1月1.5日TDB，對應的儒略日為2451545.0.隨著歲月的推移，儒略日數(shù)字太大，為了便于使用，引入約簡略日（MJD）其定義為MJD二JD-2400000.5三、結論在時空關系中，“空間”刻畫了目標實體的空間位置、空間分布以及空間相互關系；“時間”刻畫了目標實體的存在隨時間變化的狀況和時間相關性。