坐标及时间系统
坐标系统和时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统
3.GPS常用坐标系
1）WGS-84世界大地坐标系（World Geodetic Sy stem 1984）
2）ITRS国际地球参照系（International Terrestri al Reference System）与ITRF国际地球参考框架 （International Terrestrial Reference Frame）
坐标 原点
笛卡尔坐标
曲线坐标
平面直角坐标
地
参
站
心
心
心
地心空间直 角坐标系
参心空间直 角坐标系
参考 面
总地球 参考
大地
椭球面 椭球面 水准面
地心大地 坐标系
天文 坐标系
参心大地 坐标系
站心空间直角 站心极 站心赤道 站心地平
坐标系
坐标系 坐标系
坐标系
投影平面
高斯平面 坐标系
WGS-84 ITRS/ITRF CGCS2000
坐标系统的分类和常用坐标系统
4.我国常用坐标系
1）1954年北京坐标系 2）1980西安大地坐标系 3）2000国家大地坐标系
坐标系统的分类和常用坐标系统> 我国常用坐标系
1）1954年北京坐标系
基本情况：
源于前苏联的1942年普尔科夫坐标系；
未根据我国情况，进行椭球定位，由前苏联西伯利亚地 区的一等锁，经我国的东北地区的呼玛、吉拉林、东宁三 个基准网传算；基于1954年北京坐标系的我国天文大地 网未进行整体平差；高程异常是以前苏联1955年大地水 准面重新平差的结果为起算值，按我国天文水准路线推算 出来的，而高程又是以1956年青岛验潮站的黄海平均海 水面为基准。
大地测量学基础-第2章坐标系统与时间系统
章动（周期18.6年）
岁差（周期25786年）
23.5 °
黄道 赤道
PS
πS
πN
πS
6、春分点与秋分点
• 黄道与赤道的两个交点称为春 分点和秋分点。
• 从地球上看，太阳沿黄道逆时 针运动。
• 黄道和赤道在天球上存在相距 180°的两个交点，其中太阳沿 黄道从天赤道以南向北通过天 赤道的那一点，称为春分点（3 月21日前后），与春分点相隔 180°的另一点，称为秋分点（9 月23日前后） 。
• GAMT 表示格林尼治平太阳时角。
• 未经任何改正的世界时表示为UT0；
• 经过极移改正的世界时表示为UT1：
UT1=UT0+Δλ
§2－1 地球的运转 §2－2 时间系统 §2－3 坐标系统
§2－1 地球的运转
• 众所周知，我们生存的地球一直处于运动之中。 • 从不同的角度来看，地球的运转可分为四类： （1）与银河系一起在宇宙中运动 （2）与太阳系一起在银河系内运动 （3）与其它行星一起绕太阳旋转（公转） （4）绕其自身旋转轴(瞬时)旋转（自转，或叫周日视运动） • 大地测量学主要研究后两类运动。
• 考虑岁差和章动的共同影响时，相应的旋转轴、天极、天球赤道 等术语前加上“真”，即真旋转轴、真天极、真天球赤道。
• 若只考虑岁差，则分别称作平旋转轴、平天极、平天球赤道。
章动（周期18.6年）
岁差（周期25786年）
23.5 °
第二章坐标系统和时间系统
• 4）黄 极
•天 球
•黄道
•黄赤交角23°27′
第一节 地球的运转
2. 地球自转：绕其自身旋转轴的转动。周期为24小时。 • 2.1 地轴方向相对于空间的变化：由于日月等天体的影响 及地球自身的不规则，地球自转轴方向是不断变化的。
• 1）岁差：在日月引力和其它天体引力对地球隆起部分的作 用下，地球在绕太阳运行时，自转轴的方向不再保持不变 ，从而使春分点在黄道上产生缓慢的西移，这种现象在天 文学中称为岁差。
第一节 地球的运转
① 行星运行的轨道是一个椭圆，该椭圆的一个焦点与 太阳的质心相重合
② 行星质心与太阳质心间的距离向量，在相同的时间 内所扫过的面积相等
③ 行星运动周期的平方与轨道椭圆长半径的立方之比 为一常量
第一节 地球的运转
• 2)天 ：以地球质心为中心以无穷大为半径的假想球体。 球
① 天轴与天极：地球自转轴的延伸直线为天轴；天轴与天
• 其中，Δψ为黄经章动 ，ε黄赤交角
•第二节 时间系 统
•2.平太阳时（MT） •（1）真太阳时:以真太阳作为参考点，由它的周日视运动所确定 的 • 时间； •（2）平太阳:由于真太阳的视运动速度是不均匀的，因而真太阳 时 • 不是均匀的时间尺度。为此引入虚拟的在赤道上匀速运行的 • 平太阳，其速度等于真太阳周年运动的平均速度。 •（3）平太阳时:以平太阳作为参考点，由它的周日视运动所确定 的 • 时间。 •（4）计量时间单位：平太阳日、平太阳小时、平太阳分、平太阳 • 秒；
•第一节 地球的运转
•⑤
• :地球公转的轨道面与天球相交的大圆，黄道面
黄道
与赤道面的夹角，称为黄赤交角，约为 。
• ⑥ 春分 • :当太阳在黄道上从天球南半球刚北半球运行时
坐标系统和时间系统
旋转变换 （2－6）
站心赤道直角坐标系
平移变换 （2－5）
地心空间直角坐标系
（三）站心（左手）地平直角坐标系与地心空 间直角坐标系之间的转换
旋转矩阵
X －sinBcosL sinL cosBcosLx
Y
＝sinBsinL
cosL
cosBsinLy
Z地心 cosB
0
sinB z地平 （2－7）
通过天球中黄心道，面且与垂赤直道于面黄的道夹面角的直线与 天球的交点
√8.春分点
地球公转的轨道面与天球相交的大圆。 当太阳即在当黄地道球上绕，太从阳天公球转南时半，球地向球北上半的球观测者
运行时，所黄见道到与的天，球太赤阳道在的天交球点上运动的轨迹
（二）天球坐标系的定义
假设地球为均质的球体，且没有其它天体摄动力 的影响；即假定地球的自转轴，在空间的方向是 固定的，春分点在天球上的位置保持不变。
t时刻的瞬 时极地球 坐标系
x
x
y
Rz ( G ) y
z et
z ct
对应格林尼治平子 午面的真春分点时
角
（2－10）
t时刻的瞬时 极天球坐标
系
三、天球坐标系与地球坐标系 之间的坐标转换
（二）协议天球坐标系与协议地球坐标系的坐标 转换
协议天球坐标系 瞬时极天球坐标系
（2－11） （2－12）
3、协议地球坐标系与瞬时极地球坐标系 的坐标转换
二者存在旋转关系：
x
x
y Ry xp Rx yp y
zem
zet
（2－13）
(xp , y p ) 为瞬时地极相对于CIO的坐标。
三、天球坐标系与地球坐标系 之间的坐标转换
第二章坐标系统和时间系统(2-3)
sin X sin Z cos X sinY cos Z
cosY sin Z cos X cos Z sin X sinY sin Z sin X cos Z cos X sinY sin Z
sinY
sin
X
cosY
cos X cosY
坐标转换公式为：
第三节 坐 标 系 统
一般εx ,εy ,εz为微小量，可取
第三节 坐 标 系 统
b.多点定位：在全国范围内观测许多点的天文经度λ，天文纬度φ ，天文方位角α（这样的点称为拉普拉斯点）。利用这些观测成果 和已有的椭球参数，按照广义弧度测量方程，根据使椭球面与当地 大地水准面最佳拟合条件ΣN2=min（或Σζ2=min），采用最小二乘 原理，求出椭球定位参数ΔX0,ΔY0，ΔZ0，旋转参数εX，εy， εZ，椭球几何参数的改正数Δa，Δα（a新=a旧+ Δa，α新=α旧
第三节 坐 标 系 统
第三节 坐 标 系 统
4）地心坐标系 ① 地心空间直角坐标系：原点与地球质心重合，Z轴指向地球北 极，X轴指向格林尼治平均子午面与地球赤道交点，Y轴垂直于 XOZ平面。 ② 地心大地坐标系：椭球中心与地球质心重合，椭球面与大地水 准面最为密合，短轴与地球自转轴重合.点的坐标为大地经度L ，大地纬度B，大地高H.
+Δα.）以及η新,ξ新，N新。 再根据：
求出大地原点新的大地起算数据。
第三节 坐 标 系 统
这样利用新的大地原点数据和新的椭球参数进行新的定位和定 向，从面可建立新的参心大地坐标系。按这种方法进行椭球的定位 和定向，由于包含了许多拉普拉斯点，因此通常称为多点定位法。
参考椭球参数和大地起算数据是一个参心坐标系建成的标志，一 定的参考椭球和一定的大地起算数据确定了一定的坐标系。
2、时间系统和坐标系统
格林尼治起始子午线处的平太阳时（地方时）
经极移改正:UTI=UT0+Δλ 1 X P sin YP cos tan 15 经地球自转季节性改正:UT2=UT1+ΔT
T 0.022s sin 2 t 0.012s cos 2 t 0.006s sin 4 t 0.007 s cos 4 t
4.授时和时间对比
5.时钟的主要技术指标
频率标准度、频率漂移率、频率稳定度
（1）频率标准度 与理论频率之差
（2）频率漂移率（频漂） 频率的变化率（老化率）
（3）频率稳定度 随机变化程度
（二）恒星时与太阳时
1.恒星时
以春分点为参考点
恒星时在数值上等于春分点相对于本地子午圈的时角 是地方时 真恒星时与平恒星时
（二）恒星时与太阳时
2.真太阳时和平太阳时
（1）真太阳时
以地球自转为基础，以太阳中心为参考点 太阳时=本地子午圈时角+12 太阳时长度不同，不具备时间系统条件
（2）平太阳时
以地球自转为基础，以平太阳中心为参考点
周年是运动轨迹位于赤道面，角速度恒定 太阳时=平太阳时角+12 由归算得到 是地方时
3. 区时和世界时
更多见教材P26
（3）阴阳历（农）
年以回归年为依据，而月则按朔望月为依据。 单月为30日，双月为29日，每月平均为29.5日； 以新月始见为月首，12个月为一年，总共354日。 每19年中有7年为闰年。闰年中增加一个月，称 为闰月。 更多见教材P26
2.儒略日JD
根据公历的年(Y)、月(M）、日(D)来计算对应的儒略日JD
第二章-GPS坐标系统与时间系统资料
例如：极移改正
平地球坐标系
瞬时地球坐标系
Slide 37
第二节 ：GPS中的坐标系统
WGS-84坐标系 我国的国家大地坐标系 地方独立坐标系 ITRF坐标框架 站心坐标系
p16
Slide 38
1、地方独立坐标系
国家统一坐标系 ——〉有利于统一互算 ——〉投影变形
地方独立坐标系 ——〉以当地子午线为中央子午线 ——〉以当地平均海拔高程面为参考椭球面
高斯平面直 角坐标系
站心赤道 坐标系
站心地平 坐标系
Slide 3
2)GPS中的坐标系统
WGS-84坐标系 我国的国家大地坐标系 地方独立坐标系 ITRF坐标框架 站心坐标系
p16
Slide 4
3)天球坐标系和地球坐标系
北天极
春分点
Slide 5
4)坐标系的变换
空间大地坐标系 —〉空间直角坐标系
平地球坐标系
协议地极原点
地心
（如1900.00~1905与. 地心和CIO连线正交之平面 00年地球自转轴 和格林尼治平子午面的交线
的瞬时平均位置)
协议地球坐 标系？？
P16
Slide 32
WGS-84坐标系 World geodetic system
类型：协议地球坐标系，地心地固坐标系（ECEF）
（2）天球的_________和地球的__________重合；
（3）瞬时天球坐标系和瞬时地球坐标系的_________ 重合;
（4）天球坐标系与地球坐标系X轴分别指向________ 和____________；
（5）瞬时天球坐标系和历元平天球坐标系之间的变 换可以通过_____和_____两次变换来实现。
《北斗导航原理与系统》2-坐标与时间系统
岁差改正
24
三种天球坐标系的转换
Givens旋转矩阵：
1 R1( ) 0
0
0 cos( ) sin( )
0
sin(
)
cos( )
cos( ) sin( ) 0
R3( ) sin( ) cos( ) 0
0
0 1
cos( ) 0 sin( )
R2(
)
0
1
0
sin( ) 0 cos( )
17
坐标转换
天球赤道坐标系(α, δ, r) 天球直角坐标系(x, y, z)
天球直角坐标系与天球球面 坐标系在表达同一天体的位 置时是等价的，二者可相互 转换。
x cos cos
y
r
cos
sin
z sin
r x2 y2 z2
arctan y
x
arctan
20
章动
在太阳和其它行星引力的影响下，月球的运动轨道以 及月地之间的距离在不断变化，北天极绕北黄极顺时 针旋转的轨迹十分复杂。如果观测时的北天极称为瞬 时北天极（或真北天极），相应的天球赤道和春分点 称为瞬时天球赤道和瞬时春分点（或真天球赤道和真 春分点）。则在日月引力等因素的影响下，瞬时北天 极将绕瞬时平北天极产生旋转，轨道大致为椭圆。这 种现象称为章动。
北天极
本初子午圈
地球赤道
天球赤道
地球
太阳 黄道
赤经 星体
赤纬
南天极
14
天球上的主要点、线
黄极：通过天球中心，垂直于黄道面的直线与天球 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 行时，黄道与天球赤道的交点γ。
第二章 坐标系统和时间系统
" sin y p " cos y p 0
• 7、了解天球坐标系建立的意义和方法；
• 8、GPS时间系统。
第二章坐标系统和时间系统 2
GPS定位所采用的坐标系与经典测量的坐标 系的特点
• GPS卫星的运行是建立在地球与卫星之间的万有引力基础 上的，而经典大地测量主要是以几何原理为基础的，因而 GPS定位中采用的地球坐标系的原点与经典大地测量坐标 系的原点不同。经典大地测量是根据本国的大地测量数据 进行参考椭球体定位，以此参考椭球体中心为原点建立坐 标系，称为参心坐标系。而GPS定位的地球坐标系原点在 地球的质量中心，称为地心坐标系。因而进行GPS测量， 常需进行地心坐标系与参心坐标系的转换。
第二章坐标系统和时间系统 27
2、平地球坐标系
• 取平地极为原点，z轴指向CIO，x轴指向协定赤道面与格 林尼治子午线的交点，y轴指向经度270度的方向，与xoz 构成右手系统而成的坐标系统称为平地球坐标系。 • 平地球坐标系与瞬时地球坐标系的转换公式：
x y z
如果月球的引力及其运行的轨道都 是固定不变的，同时忽略其它行星引力 的微小影响，那么日月引力的影响，仅 将使北天极绕北黄极以顺时针方向缓慢 地旋转，构成一个圆锥面；这时，在天 球上，北天极的轨迹近似地构成一个以 北黄极n为中心，以黄赤交角为半径 的小圆。在这个小圆上，北天极每年西 移约为50.371"。周期大约为25800年。
一、地球坐标系 1、地球直角坐标系 • 原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴 指向地球赤道面与格林尼治子午面的交点，Y轴 在赤道平面里与XOZ构成球椭球的中心与地球质心重合椭球的短轴与地 球自转轴重合。空间点位臵在该坐标系中表述为 （L，B，H）。
坐标系统与时间系统
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11
二
时间系统
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1.时间系统——GPS
GPS时间系统采用原子时AT1秒长作时间基准，秒长定义 为铯原子CS133基态的两个超精细能级间跃迁幅射振荡192631170 周所持续的时间，时间起算的原点定义在1980年1月6日世界协调时 UTC0时，启动后不跳秒，保证时间的连续。以后随着时间积累， GPS时与UTC时的整秒差以及秒以下的差异通过时间服务部门定期 公布。 目前，GPS卫星广播星历采用WGS-84（G873）世界大地 坐标系，其起始时元为1996年9月29日，而它的坐标基准时元是 1997.0。【6】
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1.坐标系统——GPS
WGS-84坐标系是目前GPS所采用的坐标系统，GPS所发布的 星历参数就是基于此坐标系统的。WGS-84坐标系统的全称是World Geodetic System(世界大地坐标系-84)，它是一个地心地固坐标系统。 WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当时GPS 所采用的坐标系统―WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。 WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心，Ｚ轴指向BIH1984.0定义 的协议地球极方向,X轴指向BIH984.0的起始子午面和赤道的交点，Y 轴与X轴和Ｚ轴构成右手系。采用椭球参数为： ａ=6 378 137ｍ ｆ=1/298.257 223 563 【2】
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7
5.坐标系统转换
在GPS与GLONASS之间的坐标系转换，即为WGS—84 与PE—90间的转换。俄罗斯MCC(Russian Mision Control Center)的Mitrikas等 人经过长期实验与精确计算，所提出的且已经应用于GPS/GLONASS组合型接 收机中的转换参数， 被认为是目前最精确的坐标转换参数，其表达式为：
坐标系统与时间系统
坐标系统与时间系统在物理学和数学中，坐标系统和时间系统是两个基本概念。
坐标系统是一种方式来描述一个物体在空间中的位置，而时间系统则是一种方式来描述事件的顺序和时间。
在本文中，我们将探究什么是坐标系统与时间系统，它们的重要性以及它们如何相互关联。
什么是坐标系统？坐标系统是一个用于描述物体在空间中位置的方法。
它通常由一个数轴组成，数轴上的每个点都对应一个唯一的位置，这个点就是物体的坐标。
坐标系统通常使用x、y和z轴来描述三维空间中的位置。
在二维坐标系中，我们使用x、y轴来描述平面上的位置。
例如，图中所示的点(3，4)代表了在平面上x轴方向上距离原点3个单位，y轴方向上距离原点4个单位的位置。
此外，在三维坐标系中，我们需要使用z轴来描述物体在z轴方向上的位置。
二维坐标系示意图二维坐标系示意图图：二维坐标系示意图坐标系统不仅仅被用于描述物体在空间中的位置，还可以用来描述其他属性，例如温度，压力，颜色等等。
坐标系统在物理学，数学，计算机科学等领域都有广泛的应用。
什么是时间系统？时间系统是一种用于描述事件顺序和时间的系统。
尽管它看起来很简单，但其实是一个非常复杂的概念。
时间是一个连续的进程，它不能被随意停止或复制。
因此，每个时间点都是唯一的，它不能被重复。
时间系统通常由一组标准组成，这些标准被用来标记时间和时间间隔。
例如，在天文学中，我们使用“儒略日”来标记时间。
儒略日是指从公元前4713年1月1日中午12点到某个时刻之间的天数。
在其他领域，例如计算机科学和物理学中，我们通常使用时间戳来标记事件发生的时间。
时间戳是指从一个特定的时间点到事件发生时的时间间隔。
时间系统的设计是为了表达时间的准确性和可靠性。
因此，它在日常生活和科学研究中都有重要意义。
例如，在国际贸易和金融市场中，时间掌控着交易的进程，是有效监管和管理交易的重要工具，使得交易双方能够基于同一标准和时间计量单位。
坐标系统与时间系统的关系坐标系统和时间系统之间存在着密切的关系。
时间系统与坐标参照系
时间系统与坐标参照系时间系统和坐标参照系是当今科学和日常生活中不可或缺的两个概念。
时间系统是为了测量和描述事件发生的先后顺序以及事件之间的时间间隔而创建的一种系统。
坐标参照系则是为了描述和测量物体在空间中的位置和移动而建立的一种系统。
时间系统的起源可以追溯到古代。
人们最初是通过观察天空中的自然现象，如太阳的位置、月亮的相位等来判断时间的流逝。
随着时间的推移，人们开始根据不同地区的地理条件以及社会需求而发展出各种不同的时间系统。
例如，格林尼治标准时间（GMT）是根据英国伦敦的本初子午线而设立的时间系统，世界各地的时间都是相对于GMT来表示的。
随着科技的进步，时间系统也变得越来越精确。
现代的时间系统一般采用原子钟来测量时间，其中铯原子钟的误差仅约为每亿年一秒。
此外，国际原子时（TAI）和世界协调时（UTC）也是国际通用的时间系统，用于各种科学研究、航空航天以及国际交流等领域。
坐标参照系则用于描述物体在空间中的位置和运动。
人们通常使用直角坐标系，也称笛卡尔坐标系，来表示物体在三维空间中的坐标。
在直角坐标系中，我们可以使用三个互相垂直的坐标轴（通常是x、y和z轴）来描述一个物体的位置。
这样，我们可以利用这些坐标轴上的数值来计算物体之间的距离和方向。
除了直角坐标系，人们还经常使用极坐标、球坐标等其他坐标系来描述物体在不同情况下的位置。
例如，极坐标系适用于描述圆形和环形运动；球坐标系适用于描述物体在三维球体上的位置。
时间系统和坐标参照系在许多领域都起着关键作用。
例如，物理学中的力学、天文学中的星体运动、地理学中的地球表面描述等都离不开时间系统和坐标参照系的应用。
此外，全球定位系统（GPS）也是基于时间系统和坐标参照系的工作原理来实现对地球上任意位置的准确定位。
总而言之，时间系统和坐标参照系是现代科技和文明中不可或缺的概念。
它们为人类提供了准确测量和描述时间和空间的工具，极大地推动了科学研究和社会发展。
时间系统和坐标参照系是当今科学和日常生活中不可或缺的两个概念。
全球定位系统概论之坐标系统和时间系统
– 定义：以大地基准为基础建立的坐标系被称为大地 坐标系，由于大地基准又是以参考椭球为基础，因 此，又被ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为椭球坐标系。
– 大地坐标
• 大地纬度（B） • 大地经度（L） • 大地高/椭球高（H）
13
大地坐标系
• 大地坐标系 参考面长半轴为a，短半轴b为旋转轴的
椭球面；椭球面几何中心与直角坐标系原 点重合，短半轴与直角坐标系Z轴重合。
全球旋转； CGCS 2000大地坐标系是右手地固直角坐标系。原点在地
心； 轴为国际地球自转局（IERS）参考极（IRP）方向， 轴为IERS的参考子午面（IRM）与垂直于 轴的赤道面的 交线， 轴与 轴和 轴构成右手正交坐标系。
24
2000国家大地坐标系
• 经国务院批准，根据《中华人民共和国测绘法》， 中国自2008年7月1日起启用2000国家大地坐标系。 为此，国家测绘局6月18日发布公告。
32
时间基准的要求
• 运动应该是连续的周期的。
• 运动的周期应该由充分的稳定性。
• 运动的周期必须具有复现性。
• 对于GPS最重要的时间系统有三种：恒
25
2000国家大地坐标系（CGCS 2000 ）
• 2000国家大地坐标系（CGCS 2000 ）
– 椭球参数
• 长半轴：
a 6378137m
• 地球（包括大气）引力常数： GM 3.9860044181014 m3s2
• 地球动力形状因子：
J2 0.001082629832258
• 地球自转速度：
• 在空间固定的坐标系统：与地球自转无 关，对于描述卫星的运动位置和状态极 其方便
• 与地球体固联的坐标系统：对于表达地 面观测站的位置和处理GPS观测数据尤 为方便
GPS2第二章 坐标系统和时间系统
x
Ps
J2000.0：公历为2000年1月1日12:00:00
y
天球 赤道
协议天球坐标系与瞬时天球坐标系的转换：
协议天球坐标系
岁差
观测瞬间的平天球坐标系 章动
瞬时天球坐标系
二、地球坐标系
地球空间直角坐标系的定义：
Z
原点O：地球质心 Z轴：指向地球北极Pn
PN
赤道 平面
X轴：指格林尼治子午
P
Z
L arctan Y X
B arctan{Z(N H) /[ X 2 Y 2 N(1 e2) H)]}
H Z / sin B N (1 e2 )
式中， N a / 1 e2 sin2 B ，N为该点的卯酉圈
曲率半径。
岁差、章动和极移的影响 地球的自转轴不仅受日、月引力作用而使其
Πn
天极
Pn
在岁差和章动 黄道 的影响下，瞬时天
球坐标系的坐标轴
的指向在不断的变
M
化，将不能直接根
ε γ
天球 赤道
Πs
据牛顿力学定律来 研究卫星的运动规 律。
瞬时天球坐标系：
原点：地球质心 坐标轴指向： z轴——指向瞬时地球自
转轴 x轴——指向瞬时春分点 y轴——与x轴、z轴构成
右手坐标系
Z
Pn
长半轴： 6378245（m） 扁率： 1：298.3
BJ54可归结为： a．属参心大地坐标系； b．采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数； c. 大地原点在原苏联的普尔科沃； d．采用多点定位法进行椭球定位； e．高程基准为 1956年青岛验潮站求出的黄海平
均海水面。
怎样定义一个坐标系？
坐标系固连在参照系上，且与参照系同
坐标系统与时间系统
坐标系统与时间系统坐标系统与时间系统坐标系统和时间系统是人类社会中不可或缺的重要概念，它们在我们的日常生活和科学研究中都扮演着关键角色。
坐标系统用于确定位置和距离，而时间系统用于测量和记录时间。
本文将分别探讨坐标系统和时间系统的原理、种类以及应用。
首先，让我们来了解坐标系统。
坐标系统是一种用于描述和定位点在空间中位置的数学和逻辑系统。
它由一组数值或符号组成，用于标识和表示各个点的位置。
坐标系统可以是一维、二维或三维的，分别用于描述一条直线、一个平面或一个立体。
常见的三维坐标系统是笛卡尔坐标系，它以直角坐标的形式描述点在三个互相垂直的轴上的位置坐标。
笛卡尔坐标系以坐标原点为基准，通过三个轴分别表示X、Y和Z轴。
点的位置由三个坐标值表示，分别对应X、Y和Z轴上的距离。
这种坐标系统非常常见，广泛应用于几何、物理和工程学中，用于定位和描述三维空间中的对象和位置。
除了笛卡尔坐标系，还有其他种类的坐标系统，如极坐标系、球坐标系和地理坐标系。
极坐标系使用半径和角度来描述点在平面上的位置，球坐标系使用半径、纬度和经度来描述点在球体上的位置，地理坐标系使用经度和纬度来定位地球上的地点。
不同的坐标系统适用于不同的应用领域，能够更准确地描述和定位物体和地点。
接下来，我们将关注时间系统。
时间系统是一种用于测量和记录时间的系统，用于确定事件发生的先后顺序和持续时间的长短。
时间系统可以是相对的或绝对的。
相对时间系统是以某个事件为基准，将其他事件与之进行比较和计算。
绝对时间系统则是以一个不变的基准来测量时间，如地球自转的周期。
最常见的时间系统是格林威治时间（GMT）和协调世界时（UTC）。
GMT是以伦敦格林威治天文台的时间为基准，被广泛应用于世界各地。
UTC是一种更精确的时间系统，使用原子钟来测量时间，并通过闰秒进行校正。
UTC作为国际标准时间，被广泛应用于科学、航空和通信领域。
除了GMT和UTC，还有其他种类的时间系统，如地方时、夏令时和万年历。
坐标系统与时间系统
/12]/4+275×M/9+D+1721014
其中Y,M,D表示年月日,/表示整除.
一、地球的运转
1.地球公转
2.地球自转 二、时间系统 1.恒星时ST 2.平太阳时MT 3.世界时UT 4.原子时AT 5 .协调世界时UTC
真太阳时:以真太阳作为参考点，由它的周日视运动所确定的时间 平太阳时:以平太阳作为参考点，由它的周日视运动所确定的时间。 计量时间单位：平太阳日、平太阳小时、平太阳分、平太阳秒；
岁差使春分点每年西移50.3″。
一、地球的运转
1、地球公转 2、地球自转
2）、章动：在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极将绕瞬时平 北天极产生旋转，大致成椭圆形轨迹，其长半径约为9.2″，周期约 为18.6年。这种现象称为章动。
真赤道: 某一时刻的赤道.(由于岁差和章动的影响,每一
时刻赤道的位置不同)
春分点
远日 点
地球
近日点 秋分点
一、地球的运转
1、地球公转 2、地球自转
赤道 黄道
2）、黄道：太阳公转的轨道，是一椭圆。但由于其它星球 的影响，使轨道产生摄动，并不严格的椭圆。
一、地球的运转
1、地球公转 2、地球自转
恒星年：平太阳连续两次过同一恒星黄经圈的时间间隔。 为365.256354个太阳日
一恒星日=24恒星时=1440恒星分=86400恒星秒 分类：真恒星时和平恒星时。
1.恒星时ST 2.平太阳时MT 3.世界时UT 4.原子时AT 5 .协调世界时UTC 6 .GPS时间系统 GPST 7.历书时(ET) 8.力学时(DT)
LAST LMST GAST GMST cos GMST LMST GAST LAST GMST 1.0027379093 s UT 1 24110 .54841 S 8640184 .812866 S T 0.093104 s T 2 6.2 地球的运转
坐标系统和时间系统概述
坐标系统和时间系统概述坐标系统和时间系统是数学和物理学中重要的概念，用于描述和定位事件和物体在空间和时间上的位置。
这两个系统是相互独立的，同时也是相互关联的。
坐标系统是一种用于描述物体在空间中位置的工具。
它由一组数值构成，其中每个数值对应于一个维度。
最常见的坐标系统是笛卡尔坐标系，它由三个坐标轴x、y和z组成，分别代表空间中的长度、宽度和高度。
通过在这些轴上取特定的数值，可以确定一个点在空间中的位置。
其他常见的坐标系统包括极坐标系和球坐标系，它们在描述某些特定情况下更为方便。
时间系统是一种用于测量和描述时间的方法。
最常见的时间系统是格林威治标准时间（GMT）或协调世界时（UTC），它是以地球自转为基准的。
人们通过定义一天的长度、将一天分为不同的小时、分钟和秒来测量时间。
除了GMT/UTC，不同的国家和地区还可能使用自己的标准时间，例如中国使用的北京时间（CST）。
坐标系统和时间系统相互关联。
在物理学中，时间通常被视为第四个维度，与三维空间坐标相结合形成一种称为时空的四维坐标系统。
这种坐标系统被广泛应用于相对论和宇宙学等领域，以描述物体在空间和时间上的位置和运动。
此外，坐标系统和时间系统还被广泛应用于导航、地图制作、地理信息系统、航空航天等领域。
人们通过在地图上标记特定的坐标和使用时间系统来确定位置和计算行驶时间。
总之，坐标系统和时间系统是描述和定位事件和物体在空间和时间上位置的重要工具。
它们通过数值的组合来刻画和测量空间和时间的特征，对科学研究和实际应用起着关键的作用。
坐标系统和时间系统在现代科学和技术中发挥着巨大的作用。
它们不仅仅是用于描述和定位空间和时间的工具，还是解决各种实际问题的基础。
在地理学和地理信息系统中，坐标系统被用于描述和定位地球上的特定位置。
最常见的地理坐标系统是经纬度坐标系统，其中经度用于测量位置的东西方向，纬度用于测量位置的南北方向。
地理坐标系统能够准确地描述地球上的位置，是导航和地图制作的基础。
坐标系统与时间系统
坐标系统与时间系统坐标系统是现代科学与技术领域中常用的工具，用于确定和描述地球表面上的点的位置。
它是一种将地球表面划分为一系列网格或网格线，并用坐标值来标识位置的方法。
而时间系统则是用于测量和表示时间的系统。
在现代的全球范围内，人们通常使用的是经度、纬度和协调世界时（UTC）这两个系统。
下面将对坐标系统和时间系统进行详细介绍。
首先，坐标系统是用来确定地球上某一点的位置的系统。
经度和纬度是两个用来描述地理位置的重要概念。
经度是按照东西方向的角度或弧度来测量地球上某点的位置，其基准线是通过英国伦敦的本初子午线（0度经度），向东为正值，向西为负值。
纬度是按照南北方向的角度或弧度来测量地球上某点的位置，其基准线是赤道（0度纬度），向北为正值，向南为负值。
经纬度的组合可以准确地确定地球表面上任意一点的位置。
与此同时，时间系统也是现代社会中不可或缺的一部分。
协调世界时（UTC）是国际上通用的时间系统。
它以原子钟的标准时间为基准，以24小时制度计算时间，用于统一世界各地的时间标准。
UTC与格林威治标准时间（GMT）几乎是相同的，只有在几毫秒的范围内略有差异。
现在，人们一般使用GPS卫星系统来获得准确的时间和位置数据。
坐标系统和时间系统在现代科学研究中有着广泛的应用。
例如，在地理研究中，人们可以利用坐标系统准确地标识和定位地球上的地貌、河流、山脉等自然地理要素。
在气象和气候研究中，人们可以使用坐标系统来记录和分析天气数据，了解气候变化的规律。
此外，在导航和地理信息系统（GIS）领域，坐标系统也是至关重要的一部分，人们可以通过坐标系统来实现导航和地图制作的功能。
时间系统的应用也是多种多样的。
在天文学研究中，人们可以使用绝对时间来记录和标识天体的运动和变化。
在航空航天领域，时间的准确性和同步性对于飞行安全和导航至关重要。
此外，时间系统在金融交易、信息技术和交通运输等领域也有着重要的作用。
人们可以使用时间系统来确保金融交易的准确性和一致性，以及同步全球的信息和通信网络。
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水准原点高程为：72.260m
坐标及时间系统
4、参考椭球面
(1) 大地水准面——大地水准面由于受地球重力场影响，微小 起伏、不规则、很难用数学方程表示
(2) 大地水准面
– 与平均海水面相吻合的水准面称大地水准面 – 大地水准面是唯一的。 – 大地水准面所包含的形体，称为大地体，它代表了地球的自
然形状和大小。 – 测量工作的高程基准面
坐标及时间系统
我国在青岛设有验潮站，在青岛观象山建立国家水准原点
坐标及时间系统
国家高程基准
1956年通过对青岛验潮站7年观测成果的 计算，求出水准原点高程为： 72.289m以此为基准称为1956年黄海高 程基准。
坐标及时间系统
2.地球的形状和大小
1、地球 (1)由于地球的自转和公转，地球南北极稍扁，赤道稍长，南北 相差43km ，椭球平均半径约为6371km (2) 地球的自然表面并不光滑，形状十分复杂，有高山、丘
陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等，呈现高低起伏的形 态，如：珠峰+8844.43m, 马里亚纳海沟-11022m,但这样的 高低变化与地球半径6371km相比只有1/600,变化是微小的。 (3) 海洋面积约占71%，陆地面可以忽略时,可将
地球看作圆球体，以球面代替大地水准面，其半径
R=6371km
6、平面
坐标及时间系统
在范围不大时，可以平面代替大地水准面.
WGS-84椭球
美国全球卫星定位系统GPS选用的地球总椭球体。
参数为：
地球自转角速度
7292115*10-11(rad/s)
2、重力与铅垂线
– 重力: 地球上质点所受万有引力
与离心力的合力
– 铅垂线: 重力线. 不一定过地心
– 铅垂方向: 重力方向。不一定指
向地心
坐标及时间系统
3、水准面与大地水准面
(1) 水准面
– 假想静止不动的水面延伸穿过陆地，包围整个地球，形成的 封闭曲面称水准面。
– 水准面是重力等位面, 处处与重力方向(铅垂线)垂直 – 有无穷多个水准面，但各水准面之间是不平行的。 – 是不规则的闭合曲面
第二讲 坐标及时间系统
坐标及时间系统
坐标及时间系统
➢1. 天球的概念 ➢2.地球的形状和大小 ➢3.坐标和坐标系 ➢4.坐标变换与坐标转换 ➢5.地图投影—高斯投影；麦卡托投影 ➢6.时间系统
坐标及时间系统
坐标系统和时间系统是描述卫星运动，处理观测数据和 表达观测站位置的数学和物理基础 1.天球的概念 天球-是以地球质心为中心，半经为任意长的假想球体，天文 学中将天体投影到天球上，用球面坐标研究天体位置和天体间 的关系。 天轴-地球旋转轴的延伸 天极-天轴与天球的交点 天球赤道面-过质心与天轴垂直的面 黄道-地球公转轨道面与天球相交大圆 黄极-过天球中心，并垂直于黄道面的直线与天球的交点 春分点-黄道与赤道交点，太阳从南半球向北半球运动的点 白道-月亮公转轨道面与天球相交大圆 黄赤交角-黄道面与赤道面交角。（23度26分） 黄白交角-黄道面与白道面交角。（5度09分）
上述两项造成天极绕北黄极沿着黄赤交角为半径的小圆 作匀速运动，周期为25800年-此为平北天极
造成平春分点沿黄道面向西移50.29秒，称为岁差
而真北天极是绕平北天极做周期为18.6年波浪形曲线
移动。称为章动
坐标及时间系统
2).极移 地球自转轴在地球内的运动，使地极在地球表面
上不停的移动称为极移 原因--地球内部物质不均匀，地球表面海洋、大
气因素引起。 特点--是近似园形不规则的螺旋曲线 周期--周期为一年，振幅为0.1纱；另一个为
432天，振幅0.2秒称为张德勒周期变化。顺时 针方向。6年移动5周，范围为24m2 极移会造成子午圈和地球赤道发生变化，地球上 点的坐标会发生变化，时间也会发生变化。
坐标及时间系统
3) 国际协议原点 为了研制极移，国际大地测量学会和天文学会
(2) 将地表地形投影到大地水准面上计算非常困难。 (3) 通常选择一个与大地水准面非常接近、能用数学方程表示
的椭球面作为投影基准面，它由椭圆绕其短轴NS旋转而成 的旋转椭球，称参考椭球，其表面称参考椭球面。要求：
(1)总质量=地球质量，中心与质心 重合， 短轴与旋转轴重合。
(2)旋转角速度与地球自转速度等。 (3)表面与大地水准面拟合最好。 (4) 法线——由地表任一点向参考椭
坐标及时间系统
坐标及时间系统
坐标及时间系统
岁差、章动和极移
1).岁差、章动
由于日、月对地球赤道隆起部分的引力，使地球自转轴 产生一个力矩，这个力矩随太阳和月亮视运动而变化， 造成北天极绕北黄极在天球上自东向西进动
另外行星引力对地球公转轨道也有摄动，使黄道面发生 变化。因此使北黄极在天球上也产生移动，每年以0.4 秒速度沿与黄极和天报成7度角的大圆弧移动。
组成国际极移服务，在北纬39度08分处建五个 国际纬度站，观测成果经归化后得到平均纬度值， 对应的地极为平地极。称为国际协议原点(CIO） 4) 国际时间局
由于极移影响，各地经度也会发生变化，从而 影响时间的确定。国际上成立国际时间（BIH） 5)本初子午线
通过英国格林尼治天文台艾黎中星仪的子午圈 为本初子午线。
球面所作的垂线。 (5) 决定参考椭球大小的元素为椭圆
的长半轴a和扁率f，简称参考椭 球元素。
坐标及时间系统
参考椭球面和大地水准面
坐标及时间系统
(6)我国现用的几个参考椭球元素值
克拉索夫斯基椭球由前苏联大地测量学家克拉索夫斯基根据苏联境内天 文大地测量资料于1940年推算出的椭球
IUGG-75椭球国际大地测量与地球物理联合会根据全球卫星测量 数据和全球重力资料推算地球总椭球体并于1975年定义
地球引力常数GM
3986005*108(m3/s2)
地球椭球长半径a
6378137m
地球扁率f
1/298.257223563
光速值c
299792458m/s
SGS-85 椭球