卫星轨道基础-ch02_时间系统 - JS

1、卫星轨道基础卫星轨道基础桑吉章空间定位与导航工程研究所2 时间系统n概述n恒星时和太阳时n历书时n原子时n动力学时n常用计时方法n时间系统之间的相互转换3时间：无处不在4有关时间的一些基本概念5时间基准的条件n某种运动可以作为时间基准的条件 运动是连续、周期性的 运动周期充分稳定 运动周期必须具有复现性 沙漏 石英晶体的振荡 原子谐波振荡 地球自转 有关时间的一些基本概念6时间是最基本最重要的一个物理量，例如：n GPS卫星以3.9 KM/S左右的速度围绕地球高速运动。当我们要求观测瞬间的卫星位置误差1CM时，所给出的观测时刻的误差应2.610-6秒。n 用测距码进行伪距观测时，若要求该距离的

2、误差0.1米，则信号传播时间的测量误差应310-10秒。时间的重要性7时间的复杂性 轨道设计和轨道计算中，时间是独立变量；但是在 计算不同的物理量时却使用不同的时间系统。如n在计算测站位置或卫星星下点轨迹时使用UT1。n在计算日月和行星的坐标时，使用动力学时DT。n各种观测量的采样时间是UTC（GPST）。n卫星运动方程的自变量可采用地球力学时TDT。 所以必须清楚各时间系统的定义和相互转换。8n 世界时地球自转-是建立世界时的时间基准，其稳定度为110-8（UT2）n 历书时（-动力学时）行星绕太阳的公转运动（开普勒运动）-建立历书时的时间基准，其稳定度为110-10n 原子时原子谐波振荡-

3、建立原子时的时间基准，其稳定度为110-14时间系统9常用的时间系统恒星时真恒星时平恒星时太阳时真太阳时平太阳时世界时UT0UT1UT2 原子时 TAI GPST BDT 协调世界时UTC 历书时 动力学时 质心动力学时TDB 地心动力学时TDT10世界时系统 基本概念n 赤道、黄道n 天球、北天极、南天极n 天体周日视运动n 子午圈、平行圈n 子午面n 上中天、下中天11恒星时（Sidereal Time,ST）n 恒星时是以春分点为参考点，由它的周日视运动所确定的时间系统。n 取春分点上中天的时刻作为恒星日的开始。春分点连续两次通过上中天时间间隔为一个恒星日。n 任一经度为 的地方恒星时S

4、与格林尼治恒星时SG之间的关系式春分点周日视运动的速率为地球自转速率与春分点本身位移速率的合成。因此恒星时不是均匀的时间系统。 当考虑岁差和章动的影响时得到的恒星时称为真恒星时 当消除章动影响后得到的恒星时称为平恒星时 GSS=+12格林尼治恒星时GSTn格林尼治恒星时是春分点相对格林尼治平子午面的时角。n 作用：它把春分点和地固系的参考点联系起来。借助于GST 可以实现惯性坐标系与地固坐标系之间的转换。由于春分点有平春分点和真春分点，相应有格林尼治平恒星时GMST和真恒星时GAST。13真太阳时n 真太阳时是以地球自转为基础，以太阳的周日视运动为依据而建立的时间系统。真太阳连续两次过中天的时

5、间间隔叫做真太阳日。取太阳视圆面中心下中天的时刻为0点，真太阳时定义为真太阳的时角加上12小时。n 因为真太阳日的长短不一致，真太阳时在实用上并不方便。由于地球绕太阳运动的轨道是椭圆且黄道和赤道存在交角，导致了真太阳时的变化不均匀。 14平太阳时n赤道平太阳连续两次过中天的时间间隔为1个平太阳日。其长度等于一年中真太阳日的平均长度。n平太阳的假设： 首先设想有一个黄道平太阳，它在黄道上的运行速度等于真太阳视运动的平均速度，并和真太阳同时经过近地点和远地点； 再假设一个赤道平太阳，它的运行速度和黄道上的平太阳速度相同，并在历元时刻同时经过春分点。15世界时UTn 格林尼治的平太阳时即世界时UT。

6、世界时是地球自转的反应。由于地球自转的不均匀性和极移引起的地球子午线的变动，世界时的变化是不均匀的。根据对世界时采用的不同修正，定义了三种不同的世界时： UT0：通过测量恒星直接得到的世界时，对应瞬时极子午圈； UT1：引入极移所引起的经度改正项后的世界时； UT2：引入地球自转速度季节性变化的改正项。在人卫定轨中，UT1被用来计算格林尼治恒星时。16n 定义 为了避免世界时的不均匀性，1960年起引入了一种以地球绕日公转周期为基础的均匀时间系统，称为历书时。历书时是一种以牛顿天体力学定律来确定的均匀时间，并称为牛顿时。n 历书时的秒长 为1980年1月0.5日所对应的回归年长度的1/3155

7、6925.9747(地球绕日公转时两次通过春分点的时间间隔为1回归年)。n 历书时的起点定义 以1900年初太阳的平黄经为 的瞬间即1900年1月0日世界时12h作为历书时1900年1月0日12h。n 历书时的测量 将观测得到的天体位置与用历书时计算得到的天体历表比较，就能内插出观测瞬间的历书时。 历书时（Ephemeris Time, ET）17国际原子时TAIn 1967 年10 月，第13 届国际计量大会决定引入新的秒长定义，即铯原子Cs133 基态的两能级间跃迁辐射9192631770 周所经历的时间作为1 秒的长度，作为国际单位秒（SI）n 由SI作为时间单位确定的时间系统称为国际原

8、子时TAI，其起点为1958 年1 月1 日0 时（UT2）。后来时间比对发现TAI时间起点比UT2早3.9毫秒。18协调世界时UTCn 原因 世界时很好地反映地球自转，但其变化不均匀； 原子时变化均匀，但与地球自转无关。n 定义 协调世界时UTC，其变化基本与地球自转同步。协调世界时的历元与世界时的历元相同，其秒长的定义与原子时秒长定义相同。使用跳秒的方法进行调整。 n 应用 地面观测系统以UTC作为时间记录标准。 国际规定以UTC作为标准时间和频率发布的基础。19动力学时DTn 定义 动力学时是根据天体力学理论建立的运动方程编算天体星历所用的时间系统。动力学时是均匀的时间系统。通过原子时来

9、具体实现。n 分类（根据所描述运动方程所对应参考点的不同 ） 质心动力学时TDB（日月/行星的历表） 地心动力学时TDT，1992 年起简称为TT（卫星运动方程、岁差章动的计算）TDB和TDT之间的差别是由广义相对论效应引起的。 0 .001658sin(0.0167sin)sTDBTDTMM-+202、时间系统间的相互转换关系n均匀时间系统间的转换TT与TAIUTC与TAIUTC与TTn不均匀时间系统之间的转换UT与STn均匀时间系统与不均匀时间系统间的转换UT与UTC21均匀时间系统间的转换nTT与TAI TTTAI32.184秒nUTC与TAI UTCTAI-n秒nUTC与TT UTCT

10、T-( 32.184 n)秒其中，n为跳秒，可从IERS公报中查取。22不均匀时间系统间的转换nUT1与GST23均匀时间系统与不均匀时间系统间的转换n UTC与UT11. 根据UTC计算TAI2. 从IERS公报B中查出UTC对应UT1R-UTC的值域，再由线性内插求出UTC时刻对应的UT1R -UTC的值。UT1R表示从UT1中减去周期短于35天的短周期变化后的部分。3. 计算UT1的短周期（小于35天）影响dUT1。世界时为UT1=UTC+(UT1R-UTC)+dUT1n IERS公报24时间系统间的相互转换UT1UTCTTTDBTAIGPSTSTTAI - GPST=19s, 1980年1月6日0时UTCTAI - BDT=33s, 2006年1月1日0时UTC25时间系统间的相互转换26时间表示方法n 年：回归年、恒星年、贝塞尔年（以太阳平黄经等于280的瞬间为年首的回归年）n 历元：天文学常用年的小数表示某一特殊瞬间的时刻，如B1950.0，J2000.0n 儒略日JD（轨道计算中常用时间记法） 公元前4713年1月