GPS坐标系统与时间系统.pptx

坐标系统概论坐标系统概论w描述描述GPS三部分的要求三部分的要求w卫星卫星地球地球(公转和自转公转和自转)坐标系统坐标系统w坐标系统（卫星，地球）坐标系统（卫星，地球）w坐标转换坐标转换课程内容：坐标系统、转换w协议天球坐标：描述对象协议天球坐标：描述对象w协议地球坐标：描述对象协议地球坐标：描述对象w两者的关系两者的关系天球的基本概念w天球概念图解天球概念图解w天轴与天极天轴与天极w天球赤道面天球赤道面和天球赤道和天球赤道w天球子午面和子午圈天球子午面和子午圈w时圈时圈w黄道与黄极黄道与黄极w春分点春分点讨论与理解讨论与理解天球坐标系w定义定义w天球空间直角坐标系天球空间直角坐标系 (X,Y,Z)w天球球面坐标系天球球面坐标系 (,r)天球坐标系的假设w地球是均质球体地球是均质球体w没有其他天体摄动力的影响没有其他天体摄动力的影响w基于上述假设，地球自转轴在空间是固定的基于上述假设，地球自转轴在空间是固定的w.实际的地球w地球是球？地球是球？w均质？均质？w没有其他天体摄动力的影响？没有其他天体摄动力的影响？w基于上述假设，地球的自转轴是固定的？基于上述假设，地球的自转轴是固定的？岁差现象w北天极绕黄北极旋转北天极绕黄北极旋转w春分点西移春分点西移w图解图解w理解和讨论理解和讨论岁差现象中月球的影响w主要的影响主要的影响w如果月球的引力及其运行轨道固定不变如果月球的引力及其运行轨道固定不变w天球北天极的轨迹天球北天极的轨迹:近似小圆近似小圆w瞬时平北天极瞬时平北天极(平北天极平北天极)w平天球赤道、平春分点平天球赤道、平春分点岁差现象中除月球其他因素的影响w月球运行轨道及月地月球运行轨道及月地距离是不断变化的；距离是不断变化的；wT时刻：瞬时时刻：瞬时(真真)北天北天极，瞬时极，瞬时(真真)天球赤道天球赤道，瞬时，瞬时(真真)春分点；春分点；w章动：瞬时北天极绕章动：瞬时北天极绕瞬时平北天极旋转；瞬时平北天极旋转；章动现象w图解图解w北天极在天球上的北天极在天球上的运动：岁差章动运动：岁差章动协议天球坐标系的定义w原因原因:岁差与章动岁差与章动w解决办法：近惯性坐标系统解决办法：近惯性坐标系统协议天球坐标系的转换w协议天球坐标转换到瞬时平天球坐标协议天球坐标转换到瞬时平天球坐标(岁差旋转岁差旋转)w瞬时平天球坐标转换为瞬时天球坐标瞬时平天球坐标转换为瞬时天球坐标(章动旋转章动旋转)w综合转换公式综合转换公式地球坐标系地球坐标系w目的目的w定义定义w空间直角坐标系空间直角坐标系/大地坐标系大地坐标系w坐标转换：坐标转换：空间直角坐标系与大地坐标系之间的转换：空间直角坐标系与大地坐标系之间的转换：N为椭球卯酉圈的曲率半径，为椭球卯酉圈的曲率半径，e为椭球的第一偏心率，为椭球的第一偏心率，a、b为为椭球的长短半径。椭球的长短半径。极移现象w岁差与章动的原因岁差与章动的原因日月引力日月引力w地球质量不均匀地球质量不均匀w地极点在地球表面的位置随时间而变化地极点在地球表面的位置随时间而变化w瞬间地球自转轴瞬间地球自转轴瞬时极瞬时极极移的描述方法w平面直角坐标系表达平面直角坐标系表达w图解极移图解极移极移现象带来的问题w坐标体系坐标体系坐标轴指向坐标轴指向w万有引力定律的准确性万有引力定律的准确性极移现象解决办法w国际协议原点国际协议原点(CIO：conventional international origin)：国际上国际上5个纬度服务站，个纬度服务站，1900.00至至1905.05年平均纬度所确定的平均地年平均纬度所确定的平均地极位置；极位置；w协议地极协议地极(CTP)瞬时地极与协议地极w瞬时地极瞬时地极协议地极协议地极w瞬时地球坐标系瞬时地球坐标系协议地球坐标系协议地球坐标系w图解图解(P21)w转换关系转换关系协议地球坐标系与协议天球坐标系的转换两者定义区别w原点：地球质心原点：地球质心wZ Z轴轴wX X轴与轴与X X轴的夹角轴的夹角w所以两者之间的关系是所以两者之间的关系是由定义写转换公式w坐标系统转换框图w大地水准面和参考椭球体w当海洋静止时，它的自由水面必定与该面上各点的重力当海洋静止时，它的自由水面必定与该面上各点的重力方向方向(铅垂线方向铅垂线方向)成正交，我们把这个面叫做成正交，我们把这个面叫做水准面水准面。但水准面有无数多个，其中有一个与静止的平均海水面但水准面有无数多个，其中有一个与静止的平均海水面相重合。可以设想这个静止的平均海水面穿过大陆和岛相重合。可以设想这个静止的平均海水面穿过大陆和岛屿形成一个闭合的曲面，这就是屿形成一个闭合的曲面，这就是大地水准面。大地水准面。大地水准面和参考椭球体w大地水准面相当接近于一个规则的具有微小扁率的大地水准面相当接近于一个规则的具有微小扁率的数学曲面数学曲面旋转椭球。旋转椭球可用旋转椭球。旋转椭球可用2 2个几何参数个几何参数确定，即为椭球的长半径确定，即为椭球的长半径a a和扁率和扁率f f，这两个参数决，这两个参数决定了椭球的形状和大小。定了椭球的形状和大小。w为了将地面测量数据归算到椭球面上，仅仅知道它为了将地面测量数据归算到椭球面上，仅仅知道它的形状和大小是不够的，还必须确定它与大地水准的形状和大小是不够的，还必须确定它与大地水准面的相关位置，也就是所谓的椭球定位和定向。面的相关位置，也就是所谓的椭球定位和定向。w另外，为了从几何特性和物理特性两个方面来研究另外，为了从几何特性和物理特性两个方面来研究全球的形状，则还要使椭球与全球大地水准面结合全球的形状，则还要使椭球与全球大地水准面结合最为密切。最为密切。参考椭球体w现代大地测量中，采用现代大地测量中，采用4个参数来描述椭球的几何和个参数来描述椭球的几何和物理特性，这四个参数是：物理特性，这四个参数是：椭球的长半径椭球的长半径(解方程，用弧度测量的传统方法求出解方程，用弧度测量的传统方法求出)。地球重力场二阶带谐系数地球重力场二阶带谐系数J2(J2与扁率存在一定解析与扁率存在一定解析关系关系)(卫星大地测量与卫星激光测距求出卫星大地测量与卫星激光测距求出)。地心引力常数与地球质量的乘积地心引力常数与地球质量的乘积GM(卫星大地测量解算卫星大地测量解算)。地球自转角速度地球自转角速度(天文观测求出天文观测求出)。w地心坐标系：将椭球中心与地球质心重合，且与全地心坐标系：将椭球中心与地球质心重合，且与全球大地水准面最为密合的旋转椭球。球大地水准面最为密合的旋转椭球。地球参心坐标系w参考椭球：为了研究局部球面的形状，且使地面测参考椭球：为了研究局部球面的形状，且使地面测量数据归算至椭球的各项改正数最小，各个国家和量数据归算至椭球的各项改正数最小，各个国家和地区分别选择和某一局部区域的大地水准面最为密地区分别选择和某一局部区域的大地水准面最为密合的椭球建立坐标系。这样选定和建立的椭球称为合的椭球建立坐标系。这样选定和建立的椭球称为参考椭球；参考椭球；w大地原点大地原点w参心坐标系参心坐标系参心空间直角坐标系和参心大地坐参心空间直角坐标系和参心大地坐标系标系w由于参心坐标系处理局部区域数据带来的变形较小，由于参心坐标系处理局部区域数据带来的变形较小，所以，参心坐标系至今对大地测量仍有重要作用。所以，参心坐标系至今对大地测量仍有重要作用。国家大地坐标系1.1954年北京坐标系年北京坐标系(BJ54旧旧)国家大地坐标系1.1954年北京坐标系年北京坐标系(BJ54旧旧)u参心坐标系；参心坐标系；u大地原点：前苏联的普尔科沃；大地原点：前苏联的普尔科沃；u参考椭球：克拉索夫斯基椭球，前苏联参考椭球：克拉索夫斯基椭球，前苏联1942年坐标年坐标系的延伸；系的延伸；u高程基准：高程基准：1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水年青岛验潮站求出的黄海平均海水面；面；u高程异常：原苏联高程异常：原苏联 1955年大地水准面重新平差结果年大地水准面重新平差结果为起算数据，按我国天文水准路线推算而得；为起算数据，按我国天文水准路线推算而得；u平差方法：分区分期局部平差；平差方法：分区分期局部平差；国家大地坐标系1.1954年北京坐标系年北京坐标系(BJ54旧旧)w存在的问题：存在的问题：椭球参数差异较大，不包含表示地球物理特性的参数。椭球参数差异较大，不包含表示地球物理特性的参数。定向不明确，椭球的短半轴既不指向国际通用的定向不明确，椭球的短半轴既不指向国际通用的CTP，也不指向目前我国使用的，也不指向目前我国使用的JYD极。极。参考椭球面与我国大地水准面呈西高东低的系统性倾参考椭球面与我国大地水准面呈西高东低的系统性倾斜，东部高程异常达斜，东部高程异常达60余米，最大达余米，最大达67米。米。大地点坐标是经过局部分区平差得到的，区与区之间大地点坐标是经过局部分区平差得到的，区与区之间有较大的隙距，全国的天文大地控制点实际上不能形有较大的隙距，全国的天文大地控制点实际上不能形成一个整体。成一个整体。国家大地坐标系2.1980年西安坐标系年西安坐标系(GDZ80)大地原点位于陕西省泾阳县永乐镇石际寺村大地原点位于陕西省泾阳县永乐镇石际寺村国家大地坐标系2.1980年西安坐标系年西安坐标系(GDZ80)u参心坐标系。参心坐标系。u大地原点：陕西省泾阳县永乐镇。大地原点：陕西省泾阳县永乐镇。u参考椭球：参考椭球：1975年年IUGG推荐椭球，有推荐椭球，有4个几何和物理参数：个几何和物理参数：长轴：长轴：63781405(m)；地心引力常数地心引力常数GM地球重力场二阶带谐系数地球重力场二阶带谐系数J2地球自转角速度地球自转角速度wu椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数。参数。u高程基准：高程基准：1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面年青岛验潮站求出的黄海平均海水面。u平差方法：天文大地网整体平差。平差方法：天文大地网整体平差。国家大地坐标系2.1980年西安坐标系年西安坐标系(GDZ80)w特点：特点：大地原点地处我国中部。大地原点地处我国中部。椭球面同近大地水准面在我国境内最为密合。椭球面同近大地水准面在我国境内最为密合。定向明确，短轴平行于由地球质心指向定向明确，短轴平行于由地球质心指向1968.0地地极原点极原点(JYD)的方向，起始大地子午面平行于格的方向，起始大地子午面平行于格林尼治平均天文台子午面。林尼治平均天文台子午面。国家大地坐标系3.新新1954年北京坐标系年北京坐标系(BJ54新新)由由1980年国家大地坐标年国家大地坐标(GDZ80)转换得来，仍选转换得来，仍选用克拉索夫斯基椭球为基准椭球，并将椭球中心平用克拉索夫斯基椭球为基准椭球，并将椭球中心平移，使其坐标轴与移，使其坐标轴与1980西安坐标系的坐标轴平行。西安坐标系的坐标轴平行。w大地原点：陕西省泾阳县永乐镇。大地原点：陕西省泾阳县永乐镇。w参考椭球：克拉索夫斯基椭球。参考椭球：克拉索夫斯基椭球。w多点定位，但椭球面同大地水准面在我国境内并不最佳拟合。多点定位，但椭球面同大地水准面在我国境内并不最佳拟合。w定向明确，与定向明确，与GDZ80相同。相同。w平差方法：天文大地网整体平差。平差方法：天文大地网整体平差。w高程基准：高程基准：1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面年青岛验潮站求出的黄海平均海水面。地方坐标系w缘由：国家坐标系的投影变形大，不方便使用；缘由：国家坐标系的投影变形大，不方便使用；w目的：基于限制变形、方便、实用和科学的目的，目的：基于限制变形、方便、实用和科学的目的，常常会建立适合本地区的地方独立坐标系；常常会建立适合本地区的地方独立坐标系；w构建：建立地方独立坐标系，实际上就是通过一些构建：建立地方独立坐标系，实际上就是通过一些参数来确定地方参考椭球与投影面。参数来确定地方参考椭球与投影面。地方坐标系w地方参考椭球一般选择与当地平均高程相对应的参考椭地方参考椭球一般选择与当地平均高程相对应的参考椭球，该椭球的中心、轴向和扁率与国家参考椭球相同，球，该椭球的中心、轴向和扁率与国家参考椭球相同，其椭球半径其椭球半径a a增大为：增大为：式中，式中，为当地平均海拔高程，为当地平均海拔高程，为该地区平均高程异为该地区平均高程异常。常。w在地方投影面的确定过程中，应当选取过测区中心的经在地方投影面的确定过程中，应当选取过测区中心的经线为独立中央子午线，并选取当地平均高程面为投影面。线为独立中央子午线，并选取当地平均高程面为投影面。WGS-84坐标系w目前目前GPS所采用的坐标系所采用的坐标系统，美国国防部研制确定统，美国国防部研制确定的世界大地坐标系的世界大地坐标系(WGS)；w几何定义：原点为地球质几何定义：原点为地球质心，心，Z轴指向轴指向 BIH 1984.0定定义的协议地极义的协议地极(CTP)方向，方向，X轴指向轴指向 BIH1984.0 定义定义的零子午面和的零子午面和 CTP赤道的赤道的交点，交点，Y轴与轴与 Z、X轴构成轴构成右手坐标系。右手坐标系。WGS-84坐标系w参考椭球：参考椭球：WGS-84椭球，其参数采用椭球，其参数采用 IUGG第第 17届大会推荐值：届大会推荐值：w计算计算GPS卫星瞬间位置卫星瞬间位置高斯克吕格投影平面直角坐标系w为了建立各种比例尺地形图的控制及工程测量控制，一般应为了建立各种比例尺地形图的控制及工程测量控制，一般应将椭球面上各点的大地坐标按照一定的规律投影到平面上，将椭球面上各点的大地坐标按照一定的规律投影到平面上，并以相应的平面直角坐标表示。并以相应的平面直角坐标表示。w目前各国常采用的是高斯投影和目前各国常采用的是高斯投影和UTM投影，这两种投投影，这两种投影具有下列特点：影具有下列特点：椭球面上任意一个角度，投影到平面上都保持不变，中椭球面上任意一个角度，投影到平面上都保持不变，中央经线长度比等于央经线长度比等于1，没有长度变形，其余经线长度比均，没有长度变形，其余经线长度比均大于大于1，长度变形为正。，长度变形为正。中央子午线投影为纵轴，并且是投影点的对称轴，中央中央子午线投影为纵轴，并且是投影点的对称轴，中央子午线投影后无变形，但其它长度均产生变形，且越离子午线投影后无变形，但其它长度均产生变形，且越离中央子午线越远，变形愈大。中央子午线越远，变形愈大。高斯高斯-克吕格投影克吕格投影等角横切椭圆柱投影等角横切椭圆柱投影高斯克吕格投影平面直角坐标系w为了保证地图的精度，采用分带投影方法，即将投影范为了保证地图的精度，采用分带投影方法，即将投影范围的东西界加以限制，使其变形不超过一定的限度。围的东西界加以限制，使其变形不超过一定的限度。w6 度带是从度带是从0 度子午线起，自西向东每隔经差度子午线起，自西向东每隔经差6 为一投为一投影带，全球分为影带，全球分为60 带，各带的带号用自然序数带，各带的带号用自然序数1，2，3，60表示。即以东经表示。即以东经06为第为第1带，其中央经线为带，其中央经线为3E，东经东经612为第为第2 带，其中央经线为带，其中央经线为9E，其余类推。，其余类推。w3 度带，是从东经度带，是从东经1 度度30 分的经线开始，每隔分的经线开始，每隔3 度为一度为一带，全球划分为带，全球划分为120个投影带。个投影带。w高斯平面直角坐标系的坐标轴与笛卡儿直角坐标系坐标高斯平面直角坐标系的坐标轴与笛卡儿直角坐标系坐标轴相反，一般将轴相反，一般将y值加上值加上500公里，在公里，在y值前冠以带号。值前冠以带号。w带号与中央子午线经度的关系为：带号与中央子午线经度的关系为：不同坐标系的转换w在已有常规测量成果的区域进行在已有常规测量成果的区域进行GPS测量时，往往测量时，往往需要将由需要将由GPS测量获得的成果纳入到国家坐标系或测量获得的成果纳入到国家坐标系或地方独立坐标系，以保证已有测绘成果的充分利用。地方独立坐标系，以保证已有测绘成果的充分利用。wGPS定位测量数据处理中，需要考虑如何将定位测量数据处理中，需要考虑如何将GPS测测量成果由量成果由WGS-84世界大地坐标系转换至国家或地世界大地坐标系转换至国家或地方独立坐标系。方独立坐标系。不同坐标系的转换w平移平移w旋转旋转w缩放缩放平面直角坐标系之间的转换，例如：数字化仪坐标平面直角坐标系之间的转换，例如：数字化仪坐标与测量坐标系之间的转换；与测量坐标系之间的转换；三维空间直角坐标系之间的转换；三维空间直角坐标系之间的转换；直角坐标系之间的转换：直角坐标系之间的转换：u一种是不同投影带之间的转换，又称邻带换算，一种是不同投影带之间的转换，又称邻带换算，它是指一个带的平面坐标换算到相邻带的平面坐它是指一个带的平面坐标换算到相邻带的平面坐标。标。u另一种是不同平面直角坐标系之间的转换，如屏另一种是不同平面直角坐标系之间的转换，如屏幕坐标系与数字化仪坐标系之间的转换。幕坐标系与数字化仪坐标系之间的转换。平面直角坐标系之间的转换：平面直角坐标系之间的转换：1)平面直角坐标系之间的转换：平面直角坐标系之间的转换：u假假设设原原始始坐坐标标系系为为 ，转转换换后后为为 ,令令P表表示示平平面面上上一一个个未未被被转转换换的的点点，P表表示示经经某某种种变变换换后后的的新新点点，则则平平面面直直角角坐坐标标系系之之间间存存在在三三种种变变换换分分别别是是平平移移变变换换、比比例例变变换换和和旋旋转转变变换。换。u对对于于平平移移变变换换，假假定定 表表示示点点P沿沿X方方向向的的平平移移量量，为为沿沿Y方方向的平移量。则有相应的矩阵形式为。向的平移量。则有相应的矩阵形式为。u对对于于比比例例变变换换，是是给给定定点点P相相对对于于坐坐标标原原点点沿沿X方方向向的的比比例例系数系数,是沿是沿Y方向的比例系数，经变换后则有矩阵。方向的比例系数，经变换后则有矩阵。u对对于于旋旋转转变变换换，先先讨讨论论绕绕原原点点的的旋旋转转，若若点点P相相对对于于原原点点逆逆时时针旋转角度，则从数学上很容易得到变换后的坐标为针旋转角度，则从数学上很容易得到变换后的坐标为 矩阵可以表示为：矩阵可以表示为：这里的旋转角通常称为欧勒角。这里的旋转角通常称为欧勒角。称为旋转矩阵。称为旋转矩阵。u在在GIS中中，经经常常会会遇遇到到同同时时具具有有以以上上三三种种变变换换的的平平面面直直角角坐坐标标系系的的坐坐标标换换算算，例例如如高高斯斯坐坐标标系系与与数数字字化化仪仪坐坐标标系系之之间间的的转转换换。设设 为为数数字字化化仪仪坐坐标标系系下下的的坐坐标标，为为高斯坐标系下的坐标。则可有如下变换：高斯坐标系下的坐标。则可有如下变换：共共有有五五个个参参数数，也也即即五五个个未未知知数数，所所以以至至少少需需要要三三个个互互相相重重合的已知坐标的公共点。合的已知坐标的公共点。2)空间直角坐标系之间的转换：空间直角坐标系之间的转换：空空间间直直角角坐坐标标系系之之间间的的转转换换，类类似似于于平平面面直直角角坐坐标标系系之之间间的的转转换换。假假设设原原始始坐坐标标系系为为 ，转转换换后后为为 ,其其中中平移变换平移变换的矩阵形式为的矩阵形式为 比例变换比例变换的矩阵形式为的矩阵形式为 对对于于旋旋转转变变换换，设设原原始始坐坐标标系系通通过过三三次次旋旋转转转转换换到到新新坐坐标标系，分别是：系，分别是：（1）绕）绕 轴旋转轴旋转 角度，角度，旋转至旋转至（2）绕）绕 轴旋转轴旋转 角度，角度，旋转至旋转至（3）绕）绕 轴旋转轴旋转 角度，角度，旋转至旋转至 则则 为为空空间间直直角角坐坐标标系系坐坐标标变变换换的的三三个个旋旋转转角角，也也称称为欧勒角，与它们相对应的矩阵分别为：为欧勒角，与它们相对应的矩阵分别为：令令则有则有 可得可得 一般地，一般地，均为小角度，均为小角度，则又有则又有由此又得由此又得R0通常称为旋转矩阵。通常称为旋转矩阵。两个空间直角坐标系的关系两个空间直角坐标系的关系 在在测测量量中中，经经常常会会遇遇到到既既有有旋旋转转又又有有平平移移的的两两个个空空间间直直角角坐坐标标系系的的坐坐标标换换算算，这这里里存存在在着着三三个个平平移移参参数数和和三三个个旋旋转转参参数数，再再顾顾及及到到两两个个坐坐标标系系之之间间尺尺度度的的不不尽尽一一致致，从从而而还还有有一一个个尺尺度度变化参数，共计有变化参数，共计有7个参数，相应的坐标转换公式即为：个参数，相应的坐标转换公式即为：式式中中，为为三三个个平平移移参参数数，为为旋旋转转参参数数，m为为尺尺度度变化参数。变化参数。上上式式即即为为测测量量中中2个个不不同同空空间间直直角角坐坐标标系系之之间间的的转转换换模模型型，在在实实际际中中，为为了了求求得得这这7个个转转换换参参数数，在在两两个个坐坐标标系系之之间间需需要要至少有至少有3个已知坐标的重合的公共点，列个已知坐标的重合的公共点，列9个方程。个方程。w习题：确定矢量习题：确定矢量(1,1,1)在原坐标系绕坐标轴在原坐标系绕坐标轴z轴旋转轴旋转45度、绕坐标轴度、绕坐标轴y轴旋转轴旋转-45度后，在度后，在新坐标系下的表示。新坐标系下的表示。GPS时间系统时间系统时间系统在GPS定位中的意义描述描述GPS三部分及其相互关系的基准三部分及其相互关系的基准:w意义意义1：对于卫星：对于卫星时间与位置关系时间与位置关系w意义意义2：距离测定：距离测定通过时间间接获得，误差通过时间间接获得，误差w意义意义3：天球坐标和地球坐标之间描述的要求：天球坐标和地球坐标之间描述的要求w误差要求误差要求时间概念时间概念w时刻：历元时刻：历元w时间间隔：始末时刻之差时间间隔：始末时刻之差时间系统时间系统两个基准：两个基准：w尺度：时间的单位，关键尺度：时间的单位，关键尺度基准：周期运动，满足以下要求：连续性、尺度基准：周期运动，满足以下要求：连续性、周期稳定性、可观测性和复现性；周期稳定性、可观测性和复现性；w原点：起始历元原点：起始历元不同的周期运动现象不同的周期运动现象不同的时间系统不同的时间系统时间系统时间系统w世界时系统世界时系统w原子时系统原子时系统w力学时系统力学时系统w协调世界时协调世界时wGPSGPS时间系统时间系统w不同时间系统的关系不同时间系统的关系世界时系统世界时系统w恒星时恒星时(siderdal time，ST)w平太阳时平太阳时(mean solar time，MT)w世界时世界时(universal time，UT)恒星时恒星时(siderdal time，ST)w以春分点为参考点，由它的周日视运动所确定的时间。以春分点为参考点，由它的周日视运动所确定的时间。w春分点春分点：空间坐标系中的一点，是黄道：空间坐标系中的一点，是黄道(地球绕太阳公转地球绕太阳公转的轨道的轨道)与赤道的交点与赤道的交点(交点有两个，春分点交点有两个，春分点/秋分点秋分点)。w恒星日：春分点连续两次经过恒星日：春分点连续两次经过本地子午圈本地子午圈的时间间隔。的时间间隔。w一个恒星日一个恒星日=24个恒星小时个恒星小时=1440个恒星分个恒星分=86400个恒星个恒星秒。秒。w时间尺度：时间尺度：恒星时恒星时=春分点相对于本地子午圈的时角春分点相对于本地子午圈的时角w原点原点：春分点经过本地子午圈时：春分点经过本地子午圈时地方性地方性w真北天极真北天极真春分真春分(真真)恒星时恒星时w平北天极平北天极平春分平春分平恒星时平恒星时平太阳时平太阳时(mean solar time，MT)w地球公转地球公转太阳的视运动速度不均匀太阳的视运动速度不均匀w假设：假设：平太阳平太阳，以真太阳周年运动的平均速度在天球赤，以真太阳周年运动的平均速度在天球赤道上作周年视运动，其周期与真太阳一致。道上作周年视运动，其周期与真太阳一致。w以平太阳作为参考点，由它的周日视运动所确定的时间。以平太阳作为参考点，由它的周日视运动所确定的时间。w平太阳日：平太阳连续两次经过本地子午圈的时间间隔平太阳日：平太阳连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一个平太阳日，为一个平太阳日，一个平太阳日一个平太阳日=24个平太阳小时。个平太阳小时。w时间尺度时间尺度：平太阳时：平太阳时=平太阳相对于本地子午圈的时角。平太阳相对于本地子午圈的时角。w原点原点：平太阳通过本地子午圈时：平太阳通过本地子午圈时地方平太阳时。地方平太阳时。世界时世界时(universal time,UT)w以平子午夜为零时起算的格林尼治平太阳时。以平子午夜为零时起算的格林尼治平太阳时。wUT=GAMT+12(h)GAMT：平太阳相对格林尼治子午圈的时角：平太阳相对格林尼治子午圈的时角w世界时与平太阳时：尺度相同，起算点不同世界时与平太阳时：尺度相同，起算点不同w极移极移地球自转速度不均匀：在世界时地球自转速度不均匀：在世界时(UT0)中引入中引入极移改正极移改正 和自转速度的季节性改正和自转速度的季节性改正J三种时间均以地球自转为基准三种时间均以地球自转为基准J 区别：空间参考点不同区别：空间参考点不同世界时系统世界时系统w应用：天文学、大地天文学应用：天文学、大地天文学wGPS应用：天球坐标系应用：天球坐标系/地球坐标系转换地球坐标系转换原子时(AT)系统w时间准确度和稳定度的要求时间准确度和稳定度的要求w解决办法：原子运动，稳定性解决办法：原子运动，稳定性/复现性复现性w原子时：原子时：20世纪世纪50年代，以物质内部原子运动的特征年代，以物质内部原子运动的特征为基础建立的时间系统。为基础建立的时间系统。w尺度尺度标准：标准：铯原子铯原子CS133基态的两个超精细能级间跃基态的两个超精细能级间跃迁辐射振荡迁辐射振荡9192631170周所持续的时间周所持续的时间，为一原子时，为一原子时秒长，国际制秒秒长，国际制秒(SI)的时间单位。的时间单位。w原点原点：国际协定取为：国际协定取为1958年年1月月1日日0时时0秒，秒，AT=UT2-0.0039(s)w地方原子时地方原子时国国际原子时际原子时(IAT)w作用：测定卫星信号传播时间作用：测定卫星信号传播时间力学时(DT)系统w计算天体星历时所采用的独立时间参数。计算天体星历时所采用的独立时间参数。w太阳系质心力学时，地球质心力学时太阳系质心力学时，地球质心力学时(BDT，TDT)wTDT：严格均匀的时间系统：严格均匀的时间系统wTDT时间时间尺度尺度：国际制秒，与：国际制秒，与AT一致一致w原点原点：1977.1.1 IAT 0时，时，TDT=IAT+32.184(s)w作用：描述卫星的运动作用：描述卫星的运动 协调世界时(UTC)w近近20年，世界时比原子时慢年，世界时比原子时慢1s/年，为避免原子时与年，为避免原子时与世界时之间产生过大偏差世界时之间产生过大偏差w1972年，建立一种折衷的时间系统年，建立一种折衷的时间系统协调世界时协调世界时(UTC)，秒长与原子时秒长一致，在时刻上则要求，秒长与原子时秒长一致，在时刻上则要求尽可能与世界时接近。尽可能与世界时接近。w协调时与国际原子时之间的关系，如下式所示：协调时与国际原子时之间的关系，如下式所示：IAT=UTC+1sn 式中式中n为调整参数。为调整参数。w作用：国家时号播发的基准。作用：国家时号播发的基准。GPS时间系统(GPST)wGPS主控站的原子钟控制主控站的原子钟控制w属于原子时系统属于原子时系统w尺度：与国际原子时相同尺度：与国际原子时相同w原点：原点：1980年年1月月6日日0时，与国际原子时时，与国际原子时(IAT)的的关系：关系：GPST=IAT-19(s)GPST=UTC+1(s)n-19(s)时间系统及其关系w公式公式w图解图解w理解理解IAT=GPST+19sIAT=TDT-32.184sIAT=UTC+1sn 下次课：卫星运动下次课：卫星运动