第二章 时间系统()

1、GPS测量原理及应用中国矿业大学1坐标系统及时间系统 2.1 坐标系统 2.2 天球坐标系与地球坐标系 2.3 WGS84坐标系与我国国家大地坐标系 2.4 坐标系统之间的转换2.5 时间系统GPS测量原理及应用中国矿业大学22.5 时间系统 时间变量是描述卫星绕地球运动过程中瞬时位置的独立变量; 时间变量可以是瞬时时刻 (epoch)或者是时间间隔,或时间延迟 (delay). Epoch 可以是电磁波从卫星发射时的时刻 delay 可以是时间延迟从发射到接收机接收到信号.GPS测量原理及应用中国矿业大学3时间与导航 准确的时间测量是精确导航的基础. 早期的导航器通过观测恒星确定纬度. 经度

2、与时间具有内在的相关性. 通过经度的理解（Dava Sobel）发明了时钟（ John Harrison）.GPS测量原理及应用中国矿业大学4时间的起源 自由转子确定的时间 地球 Keplerian运动确定的时间 地球绕太阳 月球绕地球 谐波震荡器（harmonic oscillators）确定的时间 石英振子 原子时GPS测量原理及应用中国矿业大学5时间尺度 自由转子确定的时间 恒星时 平均太阳时 UT0-恒星时: 以 Greenwich Meridian（格林尼治子午线）为基准的某点换算为太阳时的恒星时 UT1：在UT0中加入极移改正GPS测量原理及应用中国矿业大学6恒星时与太阳时 恒星时

3、恒星时:地方子午线两次通过相同恒星需要的时间地方子午线两次通过相同恒星需要的时间. 平均太阳时平均太阳时: 由于地球绕太阳运动的不一致性由于地球绕太阳运动的不一致性(Keplers second law). 根据太阳位置确定的实际太阳时全年是变化的. 平均太阳时通过全年取平均获得. 一个平恒星日大概等于23 h 56m平太阳时. 通用世界时通用世界时: UT0, 某地方的恒星时转为平均太阳时间, 并以Greenwich Meridian为基准. 如果考虑地球极移矫正,改正后的UT0称为UT1. UT1在地球所有位置是相同的.Courtesy StolzGPS测量原理及应用中国矿业大学7 恒星时

4、指向无穷远处的恒星. 太阳时指向太阳(much closer).恒星时与太阳时(2)GPS测量原理及应用中国矿业大学8时间尺度（2） Keplerian运动确定的时间 动态或星历时间 尺度定义为地球绕太阳的轨道运动（实践中采用月球绕地球的轨道运动） Barycentric Dynamical Time(TDB),太阳系力学时 ： 考虑到地球在太阳重力场中运动的相对论效应 Terrestrial Dynamical Time(TDT)，地球力学时: 考虑到地球及其重力场中的相对论效应 TDT用于卫星大地测量，考虑相对论效应限制在地球重力场中 TDT=TAI（国际原子时）+32.184GPS测量原

5、理及应用中国矿业大学9时间尺度(3) 谐波震荡器（harmonic oscillators） 原子时 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、 铯原子Cs133基态的两个超精细能级间跃迁辐射振荡9192631170周所持续的时间。（此时间与UT定义的秒相同） 原点为1958年1月1日0时0分0秒（UT2）. 国际原子时(International Atomic Time,TAI). 精度达到1x10-13秒.GPS测量原理及应用中国矿业大学10时间尺度(4) 协调世界时（UTC ，Universal Time Coordinated）：采用原子钟产生 采用跳秒达到与原子时（TAI）一致，每年地球转动大概变慢一秒 GPS时（GPS Time，GPST)：原子时标准 GPST = TAI 19 secs： GPS时与原子时差一个19秒的

7、常量GPS测量原理及应用中国矿业大学11GPS时间系统与各种时间系统时间系统与各种时间系统 GPS时间系统与各种时间系统之间的关系时间系统与各种时间系统之间的关系:AT1GPSUTCUT10s19s1980.1.61958.1.1.0h由于受到地球自转速度的季节性变换影响，实际UT1时间变化并不均匀，改正后的时间系统也称之为UT2GPS测量原理及应用中国矿业大学12关于时间系统的归纳：关于时间系统的归纳：根据地球自转周期不变，初始时采用太阳时与恒星时，由于太阳时与恒星时是变化的，于是采用平太阳时与平恒星时定义时间。通常说的北京时间就是地方平太阳时（P22）；世界时（UT）以平子夜为零时的格林尼治平太阳时，即伦敦时间，定义秒为平太阳时的1/86400；当考虑地球极移改正即得UT1,加上地球自转速度的季节性变化后为UT2为了更精确的表示秒，提出SI秒定义，并以1958年1月1日0时0分0秒为基准定义了原子时但原子时比世界时每年快约一秒，而世界时是我们日常使用的时间，为了（1）采用精确的秒长；（2）和地球自转更一致。提出采用协调世界时，采用跳秒的方法实现GPS时间：不跳秒的协调世界时GPS测量原理及应用中国矿业大学13Note