空间-第2章时间系统ppt课件

1、学习空间大地丈量应具备的根底知识1人卫轨道实际2有关岁差、章动、极移及地球自转的知识3时间系统和坐标系统4大气延迟5数学6数字信号处置7通讯大地丈量运用地球外表的整体外形和重力场及其时变平均地球椭球的大小全球参考框架的建立和维持精化大地水准面大地丈量基准之间的相互转换建立国家大地丈量基准和全球基准的转换建立陆海基准一致和传送地球动力学地壳运动、板块运动极移和地球自转地心运动固体潮、海潮、极潮构造活动冰川学研讨大气科学其他卫星定轨空间环境深空探测月球重力行星重力天体丈量思索题空间大地丈量与传统大地丈量技术相比，有何特点？试述空间大地丈量的运用，以读书报告方式提交电子版，按班级发到教师电邮中。第2

2、章 时间系统刘智敏山东科技大学主要内容1 预备知识2 恒星时和太阳时3 历书时4 原子时5 空间大地丈量中的长时间计时方法1有关时间的根本概念现代大地丈量学上，空间和时间参考系构成四维大地丈量学在天文学和空间科学技术中，时间系统是准确描画天体和卫星运转位置及其相互关系的重要基准也是利用卫星进展定位的重要基准。 1有关时间的根本概念在GPS卫星定位中，时间系统的重要性表如今：GPS卫星作为高空观测目的，位置不断变化，在给出卫星运转位置同时，必需给出相应的瞬间时辰。例如当要求GPS卫星的位置误差小于1cm，那么相应的时辰误差应小于2.6 10-6s。 GPS卫星运转速度平均约为3.9km/s准确地

3、测定观测站至卫星的间隔，必需精细地测定信号的传播时间。假设要间隔误差小于1cm，那么信号传播时间的测定误差应小于3 10-11s (光速度约为3 108m/s )由于地球的自转景象，在天球坐标系中地球上点的位置是不断变化的，假设要求赤道上一点的位置误差不超越1cm，那么时间测定误差要小于2 10-5s。(地球自转平均速度470m/s) 由上可知，利用GPS进展精细导航和定位，尽能够获得高精度的时间信息是至关重要的。 时间的含义：包含了“时辰和“时间间隔两个概念。时辰是指发生某一景象的瞬间。在天文学和卫星定位中，与所获取数据对应的时辰也称历元。时间间隔是指发生某一景象所阅历的过程，是这一过程始末

4、的时间之差。时间间隔丈量称为相对时间丈量而时辰丈量相应称为绝对时间丈量丈量时间必需建立一个丈量的基准，即时间的单位尺度和原点起始历元。其中时间的尺度是关键，而原点可根据实践运用加以选定。符合以下要求的任何一个可察看的周期运动景象，都可用作确定时间的基准：运动是延续的、周期性的。运动的周期应具有充分的稳定性。运动的周期必需具有复现性，即在任何地方和时间，都可经过察看和实验，复现这种周期性运动。 在实际中，因所选择的周期运动景象不同，便产生了不同的时间系统。在GPS定位中，具有重要意义的时间系统包括世界时系统、力学时和原子时三种。守时守时系统被用来建立和维持时间频率基准，确定任一时辰的时间。守时系

5、统还可以经过时间频率丈量和比对技术来评价和维持该系统的不同时钟的稳定度和准确度，并据此给出不同的权重，以便用于多台钟来共同建立和维持时间框架。 授时授时系统可经过、网络、无线电、电视、公用长波和短波电台以及卫星等设备向用户传送准确的时间信息和频率信息。不同的方法具有不同的传送精度，其方便程度也不一样，以便满足不同用户的不同需求。 时间效力目前，国际上有多家单位在测定和维持多个时间系统和时间框架，并经过多种方法将有关的时间和频率信息播发给用户，这些任务称为时间效力。较为著名的有国际计量局BIPM的时间部提供国际原子时和协调世界时、美国还据天文台提供GPS时，我国国内的时间效力是由国家授时中心NT

6、SC提供的。 1.天球的根本概念 天球：指以地球质心为中心，半径r为恣意长度的一个假想球体。 天轴与天极：地球自转轴的延伸直线为天轴，天轴与天球的交点Pn(北天极)Ps(南天极)称为天极。 天球赤道面与天球赤道：经过地球质心与天轴垂直的平面为天球赤道面，该面与天球相交的大圆为天球赤道。 天球子午面与天球子午圈：包含天轴并经过天球上任一点的平面为天球子午面，该面与天球相交的大圆为天球子午圈。时圈：经过天轴的平面与天球相交的半个大圆。黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆，即当地球绕太阳公转时，地球上的观测者所见到的太阳在天球上的运动轨迹。黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，约23.50。黄极：经过

7、天球中心，垂直于黄道面的直线与天球的交点。接近北天极的交点n称北黄极，接近南天极的交点s称南黄极。春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运转时，黄道与天球赤道的交点。在天文学和卫星大地丈量学中，春分点和天球赤道面是建立参考系的重要基准点和基准面。时间系统世界时系统恒星时ST平太阳时世界时UT0, UT1, UT2力学时DT太阳系质心力学时TDB地球质心力学时TDT原子时国际原子时IAT协调世界时UTCGPST2.世界时系统 地球的自转运动是延续的，且比较均匀。最早建立的时间系统是以地球自转运动为基准的世界时系统。由于察看地球自转运动时所选取的空间参考点不同，世界时系统包括恒星时、平太阳时和

8、世界时。 恒星时(Sidereal TimeST) 以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所确定的时间称为恒星时。 春分点延续两次经过本地子午圈的时间间隔为一恒星日，含24个恒星小时。 恒星时以春分点经过本地子午圈时辰为起算原点，在数值上等于春分点相对于本地子午圈的时角，同一瞬间不同测站的恒星时不同，具有地方性，也称地方恒星时。周日视运动由于地球每天自西向东自转一周，呵斥了太阳每天早上从东方升起，晚上又从西方落下的自然景象。由于这种景象是地球自转呵斥的人的视觉效果，所以天文学上把太阳的这种运动叫做周日视运动。月亮的周日视运动大家也很熟习，所不同的是月亮每天升起的时间变化比较大，平均每天比前一天

9、晚升起50分钟像太阳和月亮一样，满天的繁星也不是每天都固定在星空中某个地方不动，它们也是每天都在作周日视运动，只不过很多人都没有留意到恒星的这种运动罢了。 平太阳时Mean Solar TimeMT 由于地球公转的轨道为椭圆，根据天体运动的开普勒定律，可知太阳的视运动速度是不均匀的，假设以真太阳作为察看地球自转运动的参考点，那么不符合建立时间系统的根本要求。假设一个参考点的视运动速度等于真太阳周年运动的平均速度，且在天球赤道上作周年视运动，这个假设的参考点在天文学中称为平太阳平太阳延续两次经过本地子午圈的时间间隔为一平太阳日，包含24个平太阳时平太阳时也具有地方性，常称为地方平太阳时或地方平常

10、世界时与平太阳时的时间尺度一样，起算点不同。1956年以前，秒被定义为一个平太阳日的1/86400，是以地球自转这一周期运动作为根底的时间尺度。由于自转的不稳定性，在UT中参与极移矫正得UT1。参与地球自转角速度的季节矫正得UT2。虽然经过矫正，其中仍包含地球自转角速度的长期变化和不规那么变化的影响，世界时UT2不是一个严厉均匀的时间系统。在GPS丈量中，主要用于天球坐标系和地球坐标系之间的转换计算。世界时Universal TimeUT以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时称为世界时 3.原子时Atomic TimeAT物质内部的原子跃迁所辐射和吸收的电磁波频率，具有很高的稳定度和复现性，由此

11、建立的原子时成为最理想的时间系统。原子时秒长的定义:位于海平面上的铯133原子基态的两个超精细能级，在零磁场中跃迁辐射震荡9192631770周所继续的时间为一原子时秒。原子时秒为国际制秒SI的时间单位。原子时的原点为AT=UT2-0.0039s不同的地方原子时之间存在差别，为此，国际上大约100座原子钟，经过相互比对，经数据处置推算出一致的原子时系统，称为国际原子时International Atomic TimeIAT在卫星丈量中，原子时作为高精度的时间基准，普遍用于精细测定卫星信号的传播时间。在天文学中，天体的星历是根据天体动力学实际建立的运动方程而编算的，其中所采用的独立变量是时间参数

12、T，这个数学变量T定义为力学时。根据描画运动方程所对应的参考点不同，力学时分为：太阳系质心力学时Barycentric Dynamic TimeTDB是相对于太阳系质心的运动方程所采用的时间参数。地球质心力学时Terrestrial Dynamic TimeTDT是相对于地球质心的运动方程所采用的时间参数。在GPS定位中，地球质心力学时，作为一种严厉均匀的时间尺度和独立的变量，被用于描画卫星的运动。4.力学时Dynamic TimeDTTDT的根本单位是国际制秒SI，与原子时的尺度一致。国际天文学结合会IAU决议，1977年1月1日原子时IAT零时与地球质心力学时的严厉关系如下： TDT=IA

13、T+32.184S假设以T表示地球质心力学时TDT与世界时UT1之间的时差，那么可得： T=TDT-UT1=IAT-UT1+32.184S在进展大地天文丈量、天文导航和空间飞行器的跟踪定位时，依然需求以地球自转为根底的世界时。但由于地球自转速度有长期变慢的趋势，近20年，世界时每年比原子时慢约1秒，且两者之差逐年积累。为防止发播的原子时与世界时之间产生过大偏向，从1972年采用了一种以原子时秒长为根底，在时辰上尽量接近于世界时的一种折衷时间系统，称为世界协调时或协调时。5.协调世界时(Coordinated universal TimeUTC)采用润秒或跳秒的方法，使协调时与世界时的时辰相接近

14、。即当协调时与世界时的时辰差超越0.9s时，便在协调时中引入一润秒(正或负)。普通在12月31日或6月30日末参与，详细日期由国际地球自转效力组织IERS安排并通告。协调时与国际原子时的关系定义为： IAT=UTC+1S nn为调整参数，由IERS发布。为精细导航和丈量需求，全球定位系统建立了公用的时间系统，由GPS主控站的原子钟控制。GPS时属于原子时系统，秒长与原子时一样，但与国际原子时的原点不同，即GPST与IAT在任一瞬间均有一常量偏向。 IAT-GPST = 19sGPS时与协调时的时辰，规定在1980年1月6日0时一致，随着时间的积累，两者的差别将表现为秒的整数倍。GPS时与协调时

15、之间关系 GPST=UTC+ 1S n-19s到1987年，调整参数n为23，两系统之差为4秒，到1992年调整参数为26，两系统之差已达7秒。6. GPS时间系统GPST时间系统及其关系时间传送为了建立和维持TAI，需求把分布在世界各地的时间中心和时间实验室中的两百多台原子钟所确定的时间经过高精度的时间传送技术一致送往国际计量局BIPM，由BIPM采用特定的算法进展数据处置后生成TAI。由BIPM建立和维持的UTC或者由各时间中心建立和维持的部分地域的UTC也需求经过适当的时间传送方法传送给不同的用户运用，运用户在所需的精度范围内与规范时间坚持同步。因此，时间传送无论是对于时间系统的建立和维

16、持，还是对于时间系统的实践运用都具有主要作用。 时间传送 短波无线电时号 长波无线电时号 电视比对 搬运钟法 利用卫星进展时间比对 和计算机授时 网络时间戳效力 历法 阴历阴阳历阳历根本概念所谓历法，就是如何方便地协调年、月、日这三种时间单位的方法，即安排年、月、日的法那么。 年是指回归年365.2422天，是季节变化的周期。 月是指朔望月29.5306天，是月相盈亏的周期。 日是指太阳日严厉说是平太阳日，是昼夜交替的周期。 日是历法的根本单位，必需坚持完好，不被分割，因此历年不同于回归年，历月不同于朔望月。 历法首先是为了农业消费效力的。古人无法准确丈量回归年，只能采用观象授时来预告农事进程

17、，这里的授时是指定季节，观象授时就是观测自然景象来判别农事季节。地象授时：野人无历日、鸟啼知四时。春天闻布谷鸟叫，该是插秧的季节；秋天见野菊花，就该种麦子。天象授时：观测天空景象，来判别农事季节，有斗柄授时、中星授时、晷影授时等。历法实践上就是观象授时的阅历总结。 历法分类 古代总是要同时思索朔望月和回归年这两个天文周期。因此，它有历月和历年两个侧面：根据朔望月安排历月，又根据回归年安排历年。回归年和朔望月这两个周期彼此不能通约。而天是整数。因此，历法普通分为三类：太阴历阴历、太阳历阳历、阴阳历。 偏重协调朔望月和历月关系的叫太阴历，简称阴历。偏重协调回归年和历年关系的就叫太阳历，简称阳历。兼

18、顾朔望月和回归年、历月和历年的就叫阴阳历。 比较起来，原始的历法是阴历，历史上曾一度占优势的阴阳历，当前世界上通行的是阳历。 无论哪一类历法，都有一个协调历日周期和天文周期的关系问题。原那么上，历月应力求等于朔望月，历年应力求等于回归年。但是由于朔望月和回归年都不是完好的日数，可以等于朔望月的只能是平均历月，而不是每个历月。等于回归年的是平均历年，而不是每个历年。因此，历月就须有大月和小月之分，历年须有平年和闰年之别。经过大月和小月、平年和闰年的适当搭配和安排，使其平均历月等于朔望月，平均历年等于回归年，这就是历法的主要内容。 阴历 阴历的首要成分是历月。按照朔望月的长度来顶历月：大月30日，

19、小月29日，经过大小月的适当安排，使其平均历月接近朔望月。因此，阴历历日的轮转表达月相的变化，晦朔弦望都在一定的日期出现。阴历其次才参考回归年的长度来低能它的历年。12个朔望月相加，最接近回归年。所以，阴历以12个历月的累积为它的历年。阴历是从历月派生出来的，并非独立的计时单位。 阴历的根本原那么：平均历月=朔望月平均历年=朔望月*12阴历的优点是：它的每一日都代表一定的日期。它的缺陷是：12个朔望月的总天数为29.5306*12=354.3672天，比回归年短10.8750天。因此，阴历的月序就没有季节意义。只需经过17年，阴历日期同季节边发生了倒置，譬如，某年新年在瑞雪纷飞中到来，那么17

20、年之后便要挥扇过年了。运用这样的历法，自然不能满足农业消费的需求。回历 回历是根据朔望月的日数定它的历月：大约30日，小月29日。全年12个历月中，逢单为大约，逢双为小月。平均历月为29.5天，平均历年长度为354天。由于其平均历月比朔望月短0.0306日44min3s，这个差值经过360个历月即30年后，积满11日，所以回历每30年中要安插11个闰年。每逢闰年，把当年的12月由小月改为大月，这一年便是355日。经过这样的调整，回历的平均历月非常接近朔望月。 回历是月光初见来定每月初一。这一点不同我国的旧历。我国旧历是以日月合朔为每月初一。所谓月光初见，就是合朔之后第一次傍晚时见到的峨眉月。回

21、历平年为354日，30年11闰，平均历年为354.3666日，要比回归年短10.8756日。二者之比约为32：33.大体上说，在32个阳历年期间，回历要多出一个历年。 阴阳历 阴阳历是阴历向阳历开展的一种过渡性历法，是三类历法中最为复杂的一类。它试图同时协调朔望月和历元、回归年和历年之间的关系：既要维持一月中的晦朔弦望，又要照顾一年中的春夏秋冬，同时兼顾阴历和阳历。但是，要完全做到这一点是不能够的，普通它偏重的是阴历成分。因此，阴阳历可以说是一种特殊的阴历，是一种改良了的阴历。 阴阳历的阴历成分表达在它的历月是按月相循环，以朔望月为规范安排大月和小月，与阴历完全一样。其阳历成分表如今它是以回归

22、年所相当的朔望月数为规范1回归年=12.3683朔望月，安排平年和闰年。闰年时设置闰月，使其平均历年接近回归年。 阴历的平均历年为354.3672日，比回归年要短10.8750日。为了控制这个差值，不使其增大，待差值累计满一个历月时，阴阳历便在当年补上这个额外的一月，称为闰月。有闰月的年就称为闰年。闰年有13个历月，计384/383日。在总年数中，闰年数站36.83%。19个回归年的日数与235个朔望月的日数近乎相等。因此，19个阴历年中，安插有7个闰月，便使阴阳历的平均历年接近回归年，这就是我国最早运用的“十九年七闰法。 阴阳历的根本原那么为：平均历月=朔望月平均历年=12.3683朔望月=

23、回归年经过闰月安排，阴阳历的历月同季节的关系变化，普通不会超越1个月。 中国旧历 我国的传统历法，普通称为夏历或者农历。所谓夏历，是由于它以冬至所在的历月为十一月，这一点同先秦时代的夏历一样。当它并非是先秦是时代的夏历，更不是传说中的夏朝的历法。所谓农历，是指我国宽广农民长期根据它所附载的二十四气安排农事进程。其实，二十四气不属阴阳历范畴，它本身是以汇总特殊方式的阳历。真正的农历应该是阳历，而不是阴阳历。 我国的传统历法具有阴阳历的特点：按照朔望月安排大月和小月，力求使平均历月等于朔望月；又根据回归年所相当的朔望月数安排平年和闰年，力求使平均历年等于回归年。同时，我国的传统历法还有与众不同的特

24、点： 我国传统历法子秦汉以来，不断是阴阳历和二十四气并行。阴阳历本身用于普通记事，二十四气用来指点农业消费。 我国传统历法对于日序和月序的编排，以及大月和小月、平年和闰年，不像普通历法采用长期安排的方法，而是强调逐年逐月推算，因此更加缜密和合理。 我国传统历法还采用一套独特的纪时制度-干支。 二十四气按照太阳黄经划分，子春分点起，每隔黄经15为以气，顺序为春分、清明、谷雨、立夏、小满、芒种、夏至、小暑、大暑、立秋、处暑、白露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒、立春、雨水、惊蛰。是古人参照天文季节、气候物象以及农事意义而拟定的。二十四气又分为节气和中气。我国传统历法以十二节气

25、把回归年分成十二个节月，每个节月各有一个节气和一个中气，节气是节月的起点，中气是节月的中点。二十四气与太阳黄经严厉对应，纯属阳历范畴，是阳历的一种特殊方式。因此，我国传统历法，本质上是阴阳历与阳历的合历，称为阴阳合历。 干支即为主干和分支，二者是相互依存和配合的整体。我国古时以天为主，一地为辅：天同干相关联，叫做天干；地同支相联络，称为地支。两者合称为天干地支，简称干支。天干共十个：甲乙丙丁戊己庚辛壬癸；地支有十二个：子丑寅卯辰巳午未申酉戍亥。天干和地支循环搭配，以60为一周，周而复始，用于纪年、纪月、纪日和纪辰。 阳历 如今世界上通行的公历是一种阳历。阳历的首要成分是历年。它是按照回归年长度

26、设计的：平年为365日，被舍去的尾数为0.2422日，积4年后满1日，置上一个366日的闰年，使其平均历年接近或者等于回归年。阳历其次是参考朔望月的长度，把1年分为12个历月。平均历月为30.4368日。因此，大月为31日，小月为30日。大月数占43.68%，小月数占56.32%。 阳历的根本原那么为平均历年=回归年平均历月=回归年/12阳历历日的轮转表达太阳的周年运动和季节的轮回。因此，每一历日都有大致不变的太阳黄经和相当确切的季节含义。 从儒略历到格里历 现行的阳历前身称为儒略历，是儒略.凯撒于公元前46年仿照古埃及历法制定的。它定365日为一年，每4年1闰，平年365日，闰年366日，平

27、均历年为365.25日。在制定历月方面，儒略历运用均匀，6个大月和6个小月，大小月相间：逢单为大，逢双为小。超出的1日从二月扣去，使其成为一个特殊小月29日，闰年时才改为30日。 儒略.凯撒于次年公元前45年遇刺身亡，其臣僚们为留念他制定新历法的功绩，决议将凯撒出生的月份七月改称为儒略月(July)。但是凯撒死后，原定每隔3年一闰，被误解为每3年1闰。这就使得儒略历每12年就多置一闰。从公元前45年至公元前9年的36年中，呵斥了3日的误差。为了纠正这个误差，奥古斯特大帝下令：自公元前9年到公元3年，不安排任何闰年。自公元4年起，实行4年1闰。在公元前27年，奥古斯特把本人的生日八月冠上本人的名字，即奥古斯特月August，并将8月改为大月。同时将9月以后改成逢单为小