第二章坐标与时间系统.ppt

1第二章 坐标与时间主要内容主要内容 地球的运动地球的运动 天球及天球坐标系天球及天球坐标系 协议地球坐标系协议地球坐标系 GPS坐标系统坐标系统 时间系统时间系统 21.1 1.1 地球的运动地球的运动p极半径：极半径：6357kmp赤道半径：赤道半径：6378kmp地球是一个赤道略鼓、两极地球是一个赤道略鼓、两极稍扁、不很稍扁、不很规则的球体。的球体。pp赤道（大赤道（大赤道（大赤道（大圆圆）周）周）周）周长约长约4 4万万万万kmkmpp地球的表面地球的表面地球的表面地球的表面积约积约5.15.1亿亿kmkm2 2地球的形状地球的形状 3经 线p经线：在地球：在地球仪上，人上，人为划定的划定的连接南、北两极的接南、北两极的线，即子午，即子午线。p经度：国度：国际上上规定，通定，通过英国英国伦敦格林尼治天文台敦格林尼治天文台附近的附近的经线为0经线（本（本初子午初子午线）p从从0经线向向东、向西各划、向西各划分分为180，分，分别为东经和西和西经。4纬 线p纬线：在地球：在地球仪上，人上，人为划定的与划定的与经线垂直的垂直的线圈。圈。p纬度：度：将赤道定将赤道定为0，向北、向南各划分向北、向南各划分为90，分，分别为北北纬和南和南纬。p南北半球的分界南北半球的分界线是赤道。是赤道。两个极点的两个极点的纬度分度分别是是90N和和90S。5经 纬 网p经线和和纬线相交，就相交，就可以确定一点的位置。可以确定一点的位置。p在同一条在同一条经线上，每隔上，每隔纬度度1，距离大，距离大约是是_km。p在赤道上，每隔在赤道上，每隔经度度1，距离大，距离大约是是_km。61.2 1.2 地球的自转地球的自转p方向：自西向方向：自西向东绕地地轴旋旋转。p地地轴北端始北端始终指指向北极星。向北极星。71.3 地球的公转p地球运地球运动是自是自转与公与公转这两种运两种运动的叠加。的叠加。p公公转方向：自西向方向：自西向东（同自（同自转方向）方向）p公公转周期：周期：1年年 365d6h9m10s 恒星年（以恒星恒星年（以恒星为参照系）参照系）p公公转轨道：近似正道：近似正圆的的椭圆（太阳位于其（太阳位于其一焦点）一焦点）8黄 赤 交 角地球公地球公转有两个基本特性：有两个基本特性：p 黄道与赤道之黄道与赤道之间的的夹角角为23度度26分，即是分，即是黄赤交角黄赤交角。p 地球在公地球在公转时地地轴倾斜方斜方向不向不变，始，始终指向北极星。指向北极星。92.1 天球及天球坐标系坐坐标系系统的三要素的三要素p坐坐标原点位置原点位置p坐坐标轴指向指向p坐坐标尺度尺度p在在GPS定位中，坐定位中，坐标系原点一般取系原点一般取地球地球质心心，而坐而坐标轴的指向具有一定的的指向具有一定的选择性。性。p协议坐坐标系：系：国国际上都通上都通过协议来确定全球性来确定全球性坐坐标系系统的坐的坐标轴指向，指向，这种共同确种共同确认的坐的坐标系称系称为协议坐坐标系。系。10坐 标 系在在GPS定位中，通常采用两定位中，通常采用两类坐坐标系系统：p天球坐天球坐标系：系：在空在空间固定的坐固定的坐标系，与地球自系，与地球自转无关，无关，对描述描述卫星的运行位置和状星的运行位置和状态极其方便。极其方便。p地固坐地固坐标系：系：地球体相固地球体相固联的坐的坐标系系统，对表达地面表达地面观测站的站的位置和位置和处理理观测数据尤数据尤为方便。方便。112.2 天 球以地球以地球质心心为中心，中心，半径半径r为任意任意长度的度的一个假想球体。一个假想球体。12天 球天球作用：天球作用：天文学中通常把参考坐天文学中通常把参考坐标建立在天球上建立在天球上 13天球上的主要点、线为建立球面坐建立球面坐标系系统，必，必须确确定球面上的一些参考点、定球面上的一些参考点、线、面和圈。面和圈。p天天轴与天极：与天极：地球自地球自转轴的的延伸直延伸直线为天天轴，天，天轴与天与天球的交点球的交点Pn(北天极北天极)Ps(南天南天极极)称称为天极。天极。p天球赤道面与天球赤道：天球赤道面与天球赤道：通通过地球地球质心与天心与天轴垂直的平垂直的平面面为天球赤道面，天球赤道面，该面与天面与天球相交的大球相交的大圆为天球赤道。天球赤道。14天球上的主要点、线p天球子午面与天球子午圈：天球子午面与天球子午圈：包含天包含天轴并并经过地球上地球上任一点的平面任一点的平面为天球子午面，天球子午面，该面与天球相交的大面与天球相交的大圆为天球子午圈。天球子午圈。p黄道：黄道：地球公地球公转的的轨道面与天球相交的大道面与天球相交的大圆，即当，即当地球地球绕太阳公太阳公转时，地球上的，地球上的观测者所者所见到的太阳到的太阳在天球上的运在天球上的运动轨迹。黄道面与赤道面的迹。黄道面与赤道面的夹角称角称为黄赤交角黄赤交角，约23.50度。度。p黄极：黄极：通通过天球中心，垂直于黄道面的直天球中心，垂直于黄道面的直线与天球与天球的交点。靠近北天极的交点称北黄极，靠近南天极的交点。靠近北天极的交点称北黄极，靠近南天极的交点称南黄极。的交点称南黄极。p春分点：春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行行时，黄道与天球赤道的交点，黄道与天球赤道的交点。p春分点和天球赤道面春分点和天球赤道面是建立参考系的重要基准点和是建立参考系的重要基准点和基准面。基准面。152.3 天球坐标系天球坐天球坐标系又称系又称为恒星坐恒星坐标系系天球空天球空间直角坐直角坐标系：系：p原点位于地球的原点位于地球的质心心pz轴指向天球的北极指向天球的北极Pnpx轴指向春分点指向春分点py轴与与x、z轴构成右手坐构成右手坐标系系 16天球球面坐标系p原点位于地球的原点位于地球的质心心p赤赤经为含天含天轴和春分点和春分点的天球子午面与的天球子午面与经过天体天体的天球子午面之的天球子午面之间的交角的交角p赤赤纬为原点至天体的原点至天体的连线与天球赤道面的与天球赤道面的夹角角p向径向径r为原点至天体的距离原点至天体的距离 17坐 标 转 换p天球赤道坐天球赤道坐标系系(,r)p天球直角坐天球直角坐标系系(x,y,z)p天球直角坐天球直角坐标系与天球球面系与天球球面坐坐标系在表达同一天体的位系在表达同一天体的位置置时是等价的，二者可相互是等价的，二者可相互转换。18岁 差 p天球坐天球坐标系的建立是假定地球的自系的建立是假定地球的自转轴在空在空间的的方向上是固定的，春分点在天球上的位置保持不方向上是固定的，春分点在天球上的位置保持不变。p实际上地球接近于一个赤道隆起的上地球接近于一个赤道隆起的椭球体，在日球体，在日月和其它天体引力月和其它天体引力对地球隆起部分的作用下，地地球隆起部分的作用下，地球在球在绕太阳运行太阳运行时，使地球自，使地球自转轴产生生进动力矩，力矩，自自转轴方向不再保持不方向不再保持不变，从而使春分点在黄道，从而使春分点在黄道上上产生生缓慢西移，此慢西移，此现象在天文学上称象在天文学上称为岁差差，它使春分点每年沿赤道移它使春分点每年沿赤道移动0.13秒。秒。p岁差主要包括差主要包括赤道赤道岁差差（日月（日月岁差）和差）和黄道黄道岁差差（行星（行星岁差）。差）。p春分点每年西移春分点每年西移50.2，周期，周期约为25800年。年。19章 动 p在在岁差的影响下，地球自差的影响下，地球自转轴在空在空间绕北黄极北黄极顺时针旋旋转，因而使北天极以同，因而使北天极以同样方式方式绕北黄极北黄极顺时针旋旋转。在。在天球上天球上这种种顺时针规律运律运动的北天极称的北天极称为瞬瞬时平北天极平北天极（简称称平北天极平北天极），相），相应的天球赤道和春分点称的天球赤道和春分点称为瞬瞬时天球平赤道和瞬天球平赤道和瞬时平春分点平春分点。p在太阳和其它行星引力的影响下，月球的运在太阳和其它行星引力的影响下，月球的运动轨道以及道以及月地之月地之间的距离在不断的距离在不断变化，北天极化，北天极绕北黄极北黄极顺时针旋旋转的的轨迹十分复迹十分复杂。如果。如果观测时的北天极称的北天极称为瞬瞬时北天北天极极（或（或真北天极真北天极），相），相应的天球赤道和春分点称的天球赤道和春分点称为瞬瞬时天球赤道和瞬天球赤道和瞬时春分点春分点（或（或真天球赤道和真春分点真天球赤道和真春分点）。）。则在日月引力等因素的影响下，瞬在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极将北天极将绕瞬瞬时平平北天极北天极产生旋生旋转，轨道大致道大致为椭圆。这种种现象称象称为章章动。p章章动的周期是的周期是18.6年。年。20岁差和章动 p岁差：北天极沿圆形轨道岁差：北天极沿圆形轨道绕北黄极的运动绕北黄极的运动p章动：北天极沿椭圆形轨章动：北天极沿椭圆形轨道运动道运动 21协议天球坐标系 p协议天球坐天球坐标系系(Conventional Inertial SystemCIS)经协商指定的某一特定商指定的某一特定时刻的平天球坐刻的平天球坐标系。当前，系。当前，国国际上所采用的天球坐上所采用的天球坐标系国系国际大地大地测量量协会和国会和国际天文天文协议联合会确定合会确定p2000年年1月月15日日12h（J2000.0）的平天球坐）的平天球坐标系系u Z轴指向指向J2000.0的平北天极的平北天极u X轴指向指向J2000.0的平春分点的平春分点 22协议天球坐标系 协议天球坐天球坐标系与真天球坐系与真天球坐标系系间的关系的关系 需要需要进行行岁差和章差和章动改正改正特定时刻的特定时刻的真天球坐标真天球坐标章动改正章动改正特定时刻的特定时刻的平天球坐标平天球坐标J2000.0的平天球坐标的平天球坐标（协议天球坐标）（协议天球坐标）岁差改正岁差改正 232.4 协议地球坐标系(CTS)p 地固坐标系地固坐标系:天球坐标系与地球自转无关，导天球坐标系与地球自转无关，导致地球上一固定点在天球坐标系中的坐标随地致地球上一固定点在天球坐标系中的坐标随地球自转而变化，应用不方便。球自转而变化，应用不方便。p 为了描述地面观测点的位置，有必要建立与地为了描述地面观测点的位置，有必要建立与地球体相固联的坐标系球体相固联的坐标系。p 地球坐标系有两种表达方式：地球坐标系有两种表达方式：地心空间直角坐标系和大地坐标系。地心空间直角坐标系和大地坐标系。24地心空间直角坐标系p原点与地球原点与地球质心重合心重合pz轴指向地球北极指向地球北极px轴指向格林尼治平子午指向格林尼治平子午面与赤道的交点面与赤道的交点Epy轴垂直于垂直于xoz平面构成右平面构成右手坐手坐标系。系。25大地坐标系p地球地球椭球的中心与地球球的中心与地球质心重合，心重合，椭球短球短轴与地球自与地球自转轴重合重合p大地大地纬度度B为过地面点的地面点的椭球法球法线与与椭球赤道面的球赤道面的夹角角p大地大地经度度L为过地面点的地面点的椭球子球子午面与格林尼治平大地子午面之午面与格林尼治平大地子午面之间的的夹角角p大地高大地高H为地面点沿地面点沿椭球法球法线至至椭球面的距离球面的距离 26大地坐标系 27地球坐标系的坐标转换 p 任一地面点在地球坐标系任一地面点在地球坐标系中可表示为（中可表示为（X，Y，Z）和（和（B，L，H），两者可），两者可进行互换。进行互换。p 空间大地坐标依附于参考空间大地坐标依附于参考椭球。为建立大地坐标与椭球。为建立大地坐标与直角坐标之间的关系，必直角坐标之间的关系，必须首先定义参考椭球。须首先定义参考椭球。28坐标转换公式设地球参考椭球长半径为设地球参考椭球长半径为a，短半径为短半径为b，偏心率为，偏心率为e，N为椭球卯酉圈的曲率半径。为椭球卯酉圈的曲率半径。地心纬度，即观测点和地心连线地心纬度，即观测点和地心连线与赤道面的夹角与赤道面的夹角,tan=Z/（X2+Y2）1/2；R地心向径，地心向径，R=（X2+Y2+Z2）1/2。29极 移p地球自转轴受日月引力作用使其在空间变化，地球自转轴受日月引力作用使其在空间变化，导致导致章动和岁差章动和岁差。而且还受到地球内部质量不。而且还受到地球内部质量不均匀影响，在地球体内部运动，导致均匀影响，在地球体内部运动，导致极移极移。p极移：极移：地球自转轴相对于地球体的位置不是地球自转轴相对于地球体的位置不是固定的，地极点在地球表面上的位置随时间而固定的，地极点在地球表面上的位置随时间而变化的现象。极移将使地球坐标系的变化的现象。极移将使地球坐标系的Z轴方向轴方向发生变化。主要引起地球瞬时坐标系相对协议发生变化。主要引起地球瞬时坐标系相对协议地球坐标系的旋转。地球坐标系的旋转。p地极移动与岁差和章动是不同的概念，岁差地极移动与岁差和章动是不同的概念，岁差和章动是指地球自转轴在空间指向的移动，而和章动是指地球自转轴在空间指向的移动，而地极移动则是指地球北极与地面参照物的相对地极移动则是指地球北极与地面参照物的相对移动。移动。30极 移p极移现象主要引起地极移现象主要引起地球瞬时坐标系相对协议球瞬时坐标系相对协议地球坐标系的旋转。地球坐标系的旋转。31地球与天球之间的坐标转换p 根据根据协议地球坐地球坐标系和系和协议天球坐天球坐标系的定系的定义：u两坐标系的原点位置相同；u两坐标系的z轴指向相同；u两坐标系x轴的指向不同，其间夹角为春分点的格林尼治恒星时。GAST：春分点的格林尼治恒星春分点的格林尼治恒星时（Greenwich Apparent Sidereal Time）32坐标转换过程两者的坐标原点一致，只需多次旋转坐标轴即可两者的坐标原点一致，只需多次旋转坐标轴即可 332.5 GPS坐标系统p在在GPS系系统中，中，为确定用确定用户接收机的位置，接收机的位置，GPS卫星的瞬星的瞬时位置位置应转换到到统一的地球坐一的地球坐标系系统。pGPS试验阶段，段，卫星瞬星瞬时位置的位置的计算采用算采用1972年年世界大地坐世界大地坐标系（系（WGS-72），），1987年年1月月10日日开始采用改开始采用改进的大地坐的大地坐标系系统WGS-84。p世界大地坐世界大地坐标系（系（World Geodetic System）WGS属于属于协议地球坐地球坐标系系CTS，p WGS可看成可看成CTS的近似系的近似系统。34WGS-84坐标系pWGS-84坐坐标系是美国系是美国84年在年在卫星大地星大地测量的基量的基础上建立的以地球上建立的以地球质心心为原点的大地原点的大地测量基准。量基准。u Z轴指向指向1984北极北极u X轴指向指向1984格林威治子午格林威治子午线与赤道交点与赤道交点u Y轴与与X、Z轴构成右手坐构成右手坐标系。系。35WGS-84坐标系p由由GPS卫星发布的星卫星发布的星历参数是历参数是WGS-84坐标坐标系的数据，故系的数据，故GPS测量测量时，先求得测站点的时，先求得测站点的WGS-84坐标，再换算坐标，再换算为当地使用的坐标。为当地使用的坐标。36椭 球WGS-72与与WGS-84的基本大地参数：的基本大地参数：长半径、扁率、自半径、扁率、自转角速度、万有引力常数角速度、万有引力常数基本大地参数基本大地参数WGS-72WGS-84长半径长半径a(m)63781356378137椭球扁率椭球扁率f1/298.261/298.257(rad/s)7.292115 10-57.292115 10-5GM(km3/s2)398600.8398600.5 372000中国大地坐标系（CGCS2000）pZ轴指向国际地球自转服务组织（轴指向国际地球自转服务组织（IERS）定义的参）定义的参考极（考极（IRP）方向；）方向；pX轴为轴为IERS定义的参考子午面（定义的参考子午面（IRM）与通过原点）与通过原点且同且同Z轴正交的赤道面的交线；轴正交的赤道面的交线；pY轴与轴与Z、X轴构成右手直角坐标系。轴构成右手直角坐标系。382.6 时间系统 p时间系系统是精确描述天体和是精确描述天体和卫星运行位置及其相互星运行位置及其相互关系的重要基准，也是利用关系的重要基准，也是利用卫星星进行定位的重要基行定位的重要基准。准。p时间系系统的的重要性重要性：uGPS卫星作星作为高空高空观测目目标，位置不断，位置不断变化，在化，在给出出卫星运星运行位置同行位置同时，必，必须给出相出相应瞬瞬间时刻。例如当要求刻。例如当要求GPS卫星星位置位置误差小于差小于1cm，则相相应的的时刻刻误差差应小于小于2.6 X10-6s。u准确地准确地测定定观测站至站至卫星的距离，必星的距离，必须精密地精密地测定信号的定信号的传播播时间。若要距离。若要距离误差小于差小于1cm，则信号信号传播播时间的的测定定误差差应小于小于3 X10-11s 39时间概念p由于地球的自由于地球的自转现象，在天球坐象，在天球坐标系中地球上点系中地球上点的位置是不断的位置是不断变化的，在地心坐化的，在地心坐标系中，即使系中，即使卫星不星不动，地面点位置与，地面点位置与卫星的相互位置关系也是星的相互位置关系也是变化的。化的。p若要求赤道上一点的位置若要求赤道上一点的位置误差不超差不超过1cm，则时间测定定误差要小于差要小于2 X 10-5s。p时间包含了包含了“时刻刻”和和“时间间隔隔”两个概念。两个概念。u时刻刻是指是指发生某一生某一现象的瞬象的瞬间，与所，与所获取数据取数据对应的的时刻也称刻也称历元。元。u时间间隔隔是指是指发生某一生某一现象所象所经历的的过程，是程，是这一一过程始末的程始末的时间之差。之差。40时间基准p测量量时间必必须建立一个建立一个测量的基准，即量的基准，即时间的的单位（尺度）和原点（起始位（尺度）和原点（起始历元）。其中元）。其中时间的尺的尺度是关度是关键，而原点可根据，而原点可根据实际应用加以用加以选定。定。p符合下列要求的任何一个可符合下列要求的任何一个可观察的周期运察的周期运动现象，象，都可用作确定都可用作确定时间的基准：的基准：u 运动是连续的、周期性的。u 运动的周期应具有充分的稳定性。u 运动的周期必须具有复现性，即在任何地方和时间，都可通过观察和实验，复现这种周期性运动。41世界时系统p地球的自地球的自转运运动是是连续的，且比的，且比较均匀。最早均匀。最早建立的建立的时间系系统是以地球自是以地球自转运运动为基准的世基准的世界界时系系统。p由于由于观察地球自察地球自转运运动时所所选取的空取的空间参考点参考点不同，世界不同，世界时系系统包括包括:u 恒星恒星时u 平太阳平太阳时u 世界世界时 42恒星日和太阳日p真正的自真正的自转周期是恒星日周期是恒星日p常常说的的1天是太阳日天是太阳日p恒星日恒星日23时56分分4秒，是地球自秒，是地球自转的的真正周期真正周期p太阳日太阳日24时，是地球自，是地球自转36059的的时间 参照物不同，结果不同 43恒星时(Siderdal Time,ST)p以春分点以春分点为参考点，由春分点的周日参考点，由春分点的周日视运运动所所确定的确定的时间称称为恒星恒星时。p春分点春分点连续两次两次经过本地子午圈的本地子午圈的时间间隔隔为一恒星日，即一恒星日，即24个恒星小个恒星小时。p恒星恒星时以春分点通以春分点通过本地子午圈本地子午圈时刻刻为起算原起算原点，在数点，在数值上等于春分点相上等于春分点相对于本地子午圈的于本地子午圈的时角，同一瞬角，同一瞬间不同不同测站的恒星站的恒星时不同，具有不同，具有地方性，也称地方恒星地方性，也称地方恒星时。44平太阳时(Mean solar Time,MT)p由于地球公由于地球公转的的轨道道为椭圆，根据天体运，根据天体运动的开普勒定律，的开普勒定律，可知太阳的可知太阳的视运运动速度是不均匀的，如果以真太阳作速度是不均匀的，如果以真太阳作为观察地球自察地球自转运运动的参考点，的参考点，则不符合建立不符合建立时间系系统的基本的基本要求。要求。p假假设一个参考点的一个参考点的视运运动速度等于真太阳周年运速度等于真太阳周年运动的平均的平均速度，且在天球赤道上作周年速度，且在天球赤道上作周年视运运动，这个假个假设的参考点的参考点在天文学中称在天文学中称为平太阳。平太阳。p平太阳平太阳连续两次两次经过本地子午圈的本地子午圈的时间间隔隔为一平太阳日，一平太阳日，包含包含24个平太阳个平太阳时。平太阳。平太阳时也具有地方性。也具有地方性。45世界时(Universal Time,UT)p以平子夜以平子夜为零零时起算的格林尼治平太阳起算的格林尼治平太阳时称称为世界世界时。世界。世界时与平太阳与平太阳时的的时间尺度相同，起算点尺度相同，起算点不同。秒定不同。秒定义为一个平太阳日的一个平太阳日的1/86400，是以，是以地球自地球自转这一周期运一周期运动作作为基基础的的时间尺度。尺度。p地球自地球自转存在极移存在极移现象，加入极移改正得象，加入极移改正得UT1。加。加入地球自入地球自转角速度的季角速度的季节改正得改正得UT2。经过改正，改正，其中仍包含地球自其中仍包含地球自转角速度的角速度的长期期变化和不化和不规则变化的影响，世界化的影响，世界时UT2不是不是严格均匀的格均匀的时间系系统。46原子时(Atomic Time-AT)p物物质内部的原子内部的原子跃迁所迁所辐射和吸收的射和吸收的电磁波磁波频率，具有率，具有很高的很高的稳定度，由此建立的原子定度，由此建立的原子时成成为最理想的最理想的时间系系统。1967年年10月，第十三届国月，第十三届国际度量衡大会通度量衡大会通过。p秒秒长定定义：位于海平面上的：位于海平面上的铯133原子基原子基态的两个超精的两个超精细能能级，在零磁，在零磁场中中跃迁迁辐射震射震荡9192631770周所周所持持续的的时间为一原子一原子时秒，是国秒，是国际制秒（制秒（SI）的）的时间单位。位。p原子原子时系系统包括包括:u 国国际原子原子时u 协调世界世界时u GPS时 47国际原子时p起点：起点：1958年年1月月1日日0时0秒。秒。AT-UT2=-0.0039秒秒p地方原子地方原子时之之间存在差异，因此存在差异，因此国国际上大上大约100座原子座原子钟，通，通过相互比相互比对，经数据数据处理推算出理推算出统一的原子一的原子时系系统，称，称为国国际原子原子时(IAT)。p原子原子时作作为高精度的高精度的时间基准，基准，普遍用于精密普遍用于精密测定定卫星信号的星信号的传播播时间。48协调世界时p为避免避免发播的原子播的原子时与世界与世界时之之间产生生过大偏差，从大偏差，从1972年采用了一种以原子年采用了一种以原子时秒秒长为基基础，在，在时刻上刻上尽量接近于世界尽量接近于世界时的折衷的折衷时间系系统，称，称为协调世界世界时或或协调时（Coordinate universal TimeUTC）p采用采用闰秒或跳秒的方法，使秒或跳秒的方法，使协调时与世界与世界时的的时刻相刻相接近。即当接近。即当协调时与世界与世界时的的时刻差超刻差超过 0.9s时，便在便在协调时中引入一中引入一闰秒。秒。p协调时与国与国际原子原子时的关系定的关系定义为：IAT=UTC+1s n n为调整参数整参数 49GPS时间系统（GPST）p为精密精密导航和航和测量需要，全球定位系量需要，全球定位系统建立了建立了专用的用的时间系系统，由，由GPS主控站的原子主控站的原子钟控制。控制。pGPS时属于原子属于原子时系系统，秒，秒长与原子与原子时相同，但相同，但与国与国际原子原子时的原点不同，即的原点不同，即GPST与与IAT在任在任一瞬一瞬间均有一常量偏差。均有一常量偏差。IAT-GPST=19s 50GPS时与协调时pGPS时与与协调时的的时刻，刻，规定在定在1980年年1月月6日日0时一致，随着一致，随着时间的的积累，两者的差异将累，两者的差异将表表现为秒的整数倍。秒的整数倍。pGPS时与与协调时之之间关系：关系：GPST=UTC+1s n-19sp到到1987年，年，调整参数整参数n为23，两系，两系统之差之差为4秒，到秒，到1992年年调整参数整参数为26，两系，两系统之差之差已达已达7秒。秒。51北斗时（BDT）系统pBDT采用国际单位制（采用国际单位制（SI）秒为基本单位连续）秒为基本单位连续累计，不闰秒，起始历元为累计，不闰秒，起始历元为2006年年1月月1日协日协调世界时（调世界时（UTC）00时时00分分00秒，采用周和周秒，采用周和周内秒计数。内秒计数。pDT通过通过UTC（NTSC）与国际）与国际UTC建立联系，建立联系，BDT与与UTC的偏差保持在的偏差保持在100纳秒以内（模纳秒以内（模1秒）秒）。pBDT与与UTC之间的闰秒信息在导航电文中播报。之间的闰秒信息在导航电文中播报。52时间系统及其关系 53自 转 周 期p恒星距地球非常遥恒星距地球非常遥远，“三三颗恒星恒星”实际上是同一上是同一颗恒星。恒星。p地球自地球自转同同时，绕太阳公太阳公转。p计时的开始与的开始与结束都是束都是“三点三点一一线”。p恒星日（恒星日（E1E2）：）：360 23h56m4sp太阳日（太阳日（E1E3）：）：36059 24h 54自转角速度p地球表面除南北极点外，地球表面除南北极点外，任何地方角速度都一任何地方角速度都一样样。p地球自地球自转角速度角速度=地球自地球自转角度角度/自自转时间p 360/周期周期 15/hp自自转角速度两极点角速度两极点为零，零，其余均其余均约为15/h。55自转线速度p 地球自地球自转线转线速度随速度随纬纬度升度升高而降低。高而降低。赤道最大，极赤道最大，极点点为零。零。p线速度速度v纬线圈周圈周长周周期期赤道周赤道周长cos24h1670cos（km/h）p南北两极点的自南北两极点的自转角速度角速度和和线速度都速度都为零。零。56 地球自转的意义地球自地球自转产生生昼夜更替昼夜更替现象：象：p地球是一个不地球是一个不发光、也不透明的光、也不透明的球体。球体。p太阳是一个点光源，平行照射的太阳是一个点光源，平行照射的太阳光，只能使地球的一半被照太阳光，只能使地球的一半被照亮，形成昼半球，而另一半亮，形成昼半球，而另一半则形形成夜半球。成夜半球。p昼夜半球的分界昼夜半球的分界线叫晨昏叫晨昏线。57晨 昏 线APB晨晨线线昏昏线线晨昏线晨昏线晨线晨线黑夜转向白天的交界线黑夜转向白天的交界线昏线昏线白天转向黑夜的交界线白天转向黑夜的交界线 58 地 方 时不同地方不同地方产生不同生不同地方地方时：由于地球的自由于地球的自转，在地球上同一，在地球上同一纬线上的两上的两点，点，东边的的时刻刻总是早于西是早于西边。每。每24小小时自自转一周，所以地球上一周，所以地球上经度相差度相差15度的地方，度的地方，时间相差相差1小小时。59时 区国国际上将不同的地方上将不同的地方时统一划分一划分为24个个时区区。60公转速度我国冬我国冬我国冬我国冬我国夏我国夏我国夏我国夏R1.5亿亿km 公转速度：公转速度：公转速度：公转速度：1/d1/d；v30km/sv30km/s快快快快慢慢慢慢 61自转和公转的比较平均约平均约30km/s平均约平均约1/d近日点处较快近日点处较快远日点处较慢远日点处较慢1个恒星年个恒星年365d6h9m10s自自西西向向东东太阳太阳公转公转由赤道向两极递减，由赤道向两极递减，赤道赤道1670km/h，两极为两极为0两极为两极为0，其余各地约其余各地约15/h1个恒星日个恒星日23h56m4s自自西西向向东东地轴地轴自转自转线速度线速度角速度角速度速速 度度周周 期期方方向向旋转旋转中心中心运动运动形式形式 62黄赤交角的意义 63黄赤交角的意义p在地球在地球绕日公日公转时，太阳有，太阳有时直射北半球，直射的最北界直射北半球，直射的最北界限限为北北纬2323度度2626分，分，这条条纬线被称被称为北回北回归线，每年，每年6 6月月2222日前后太阳直射北回日前后太阳直射北回归线这一天一天为夏至日夏至日。p有有时直射南半球，直射的最南界限直射南半球，直射的最南界限为南南纬2323度度2626分，分，这条条纬线被称被称为南回南回归线。每年。每年1212月月2222日前后太阳直射南回日前后太阳直射南回归线，这一天一天为冬至日冬至日。p 每年每年3 3月月2121日前后太阳直射赤道，日前后太阳直射赤道，春分春分。每年每年9 9月月2323日前后太阳直射赤道，日前后太阳直射赤道，秋分秋分。p地球以一年地球以一年为周期周期绕太阳运太阳运转，太阳直射点相，太阳直射点相应地在南北地在南北回回归线之之间往返移往返移动。64地球公转的意义产生昼夜生昼夜长短短变化化p 晨昏晨昏线与太阳直射光与太阳直射光线的的关系是相互垂直，由于太关系是相互垂直，由于太阳直射点的位置阳直射点的位置变化，使化，使得晨昏得晨昏线把所把所经过的的纬线分割成不同的昼弧和夜弧，分割成不同的昼弧和夜弧，从而从而导致致经过地球自地球自转一一周周产生不同生不同长度的白昼和度的白昼和黑夜。黑夜。太阳直射点的移动太阳直射点的移动 65昼夜长短变化规律p北半球自春分日至秋分日，太阳直射点在北半球移北半球自春分日至秋分日，太阳直射点在北半球移动，各，各地昼地昼长于夜，于夜，纬度越高昼越度越高昼越长夜越短。南半球相反。夜越短。南半球相反。p北半球自秋分到次年春分，太阳直射点在南半球移北半球自秋分到次年春分，太阳直射点在南半球移动，各，各地昼短夜地昼短夜长，纬度越高夜越度越高夜越长昼越短。南半球相反。昼越短。南半球相反。66极 昼 极 夜p夏至日北半球达到昼最夏至日北半球达到昼最长夜最短，北极圈以内出夜最短，北极圈以内出现极昼。极昼。p冬至日北半球达到昼最短夜最冬至日北半球达到昼最短夜最长，北极圈以内出，北极圈以内出现极夜。极夜。p春分日和秋分日，太阳直射赤道，全球各地昼夜等春分日和秋分日，太阳直射赤道，全球各地昼夜等长，各，各为12小小时。67四 季 更 替p由于黄赤交角的存在，地球在以一年由于黄赤交角的存在，地球在以一年为时间的的公公转中，不同的中，不同的时间有不同的太阳高度和不同有不同的太阳高度和不同的昼夜的昼夜长短，因此在同一地点不同的短，因此在同一地点不同的时间，地，地球上有球上有热量多少的差异。也就出量多少的差异。也就出现了冷暖的了冷暖的时间差异。差异。p从天文含从天文含义看：夏季就是一年内白昼最看：夏季就是一年内白昼最长，太，太阳最高的季阳最高的季节。冬季就是一年内白昼最短，太。冬季就是一年内白昼最短，太阳最低的季阳最低的季节。春、秋季就是冬夏季。春、秋季就是冬夏季节的的过渡渡季季节。68地球的运动总结地球自转地球自转地球公转地球公转 平面平面 平面平面昼夜长短的昼夜长短的 变化，变化，的季节变化的季节变化 交角交角太阳直射点的回归运动太阳直射点的回归运动 的更替、的更替、的划分的划分赤道赤道黄道黄道黄赤黄赤季节季节正午太阳高度正午太阳高度四季四季五带五带