时间和坐标系统
坐标及时间系统
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：
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 °
定位坐标系和时间标准讲义
定位坐标系和时间标准讲义定位坐标系和时间标准是在地理和天文领域中广泛使用的工具，用于确定地球表面上的位置和测量时间。
本讲义将介绍三种常用的定位坐标系和一些常见的时间标准。
一、地理坐标系地理坐标系是用经度和纬度来描述地球表面上任意位置的一种坐标系统。
经度是指一个位置相对于东西方经线的角度，以0度为本初子午线。
纬度是指一个位置相对于南北方纬线的角度，以赤道为基准。
地理坐标系可以通过全球定位系统（GPS）等技术来测量和确定位置。
例如，北京的经度为116.4度东经，纬度为39.9度北纬。
二、UTM坐标系UTM（Universal Transverse Mercator）坐标系是一种基于横轴墨卡托投影的坐标系统，将地球划分为60个标准带和20个副带。
每个标准带宽度6度，以中央经线为基准。
UTM坐标系采用东北方向的坐标表示位置，适用于大规模的地图制作和测量工程。
例如，北京的UTM坐标为50KU 414547 4400879，其中50KU表示所在的标准带，414547和4400879分别表示东北方向的坐标。
三、国家格网坐标系国家格网坐标系是在UTM坐标系基础上，根据各国的需要制定的一种坐标系统。
每个国家或地区都有自己的国家格网，包括分带、投影方式和坐标体系等。
国家格网坐标系广泛用于地理信息系统（GIS）和空间数据管理。
在中国，国家格网坐标系为2000年国家大地坐标系，采用了高斯-克吕格投影，最常用的带号为3度带。
例如，北京的国家格网坐标为带号33N，X坐标为3407765，Y坐标为439512。
四、时间标准时间标准用于统一和测量时间，使世界各地的时间保持一致。
其中，国际原子时（TAI）是以原子频率标准为基础，提供高精度的时间计量。
协调世界时（UTC）是基于国际原子时，并根据地球自转的变化进行调整的时间标准，通常以格林威治时间（GMT）为参考。
全球定位系统（GPS）时间是由GPS卫星提供的一种时间标准，用于卫星导航定位。
坐标与时间系统
坐标与时间系统坐标与时间系统是维持现代社会运转的重要基础。
它们帮助我们在地球上找到特定的位置和确切的时间，为我们的日常生活提供了许多便利。
在这篇文章中，我们将讨论坐标与时间系统的重要性以及如何使用它们。
坐标系统是一种用来确定地球上特定位置的方法。
全球定位系统（GPS）是最常用的坐标系统之一，通过卫星和接收器，它可以确定我们所处的位置。
我们可以用经度和纬度来表示任何一个地点的坐标。
经度是一个地点相对于本初子午线的度量，范围从0°至180°。
纬度是一个地点相对于地球赤道的度量，范围从0°至90°。
通过这两个坐标，我们可以在地球上的任何地方找到一个特定的位置。
时间系统是一种用来测量时间的方法。
世界协调时间（UTC）是国际上通用的时间标准，它使用原子钟的精确度来确定时间。
我们使用小时、分钟和秒来表示时间。
此外，时区也是时间系统的重要组成部分。
地球上被划分为24个时区，每个时区覆盖约15°经度。
每个时区都对应着一个标准时间，并根据地理位置决定当地时间。
通过使用时区，我们可以在世界范围内同步并协调时间。
坐标和时间系统在现代社会中有着广泛的应用。
它们不仅仅用在导航领域，如汽车导航、航空导航等，还被广泛用于科学研究、地图制作、天文观测和数据收集等领域。
它们还在航运、铁路和物流等行业中起到关键作用，确保货物能够准时送达。
此外，坐标和时间系统也对我们日常生活产生了深远的影响。
我们可以使用手机或手表上的时间来安排日程，预约会议或计划旅行。
当我们在城市中迷路时，我们可以使用地图应用或GPS系统来找到正确的路线。
不仅如此，通过坐标和时间系统，我们能够准确地知道不同地区的时间，这对于国际商务和跨国合作非常重要。
综上所述，坐标和时间系统是现代社会不可或缺的一部分。
它们帮助我们准确地定位和测量地球上的位置和时间，为我们的日常生活提供了巨大的便利。
无论是科学研究、导航领域还是日常生活中，我们都离不开这些系统的帮助。
大地测量学第2章
原子时（AT）
原子时：是一种以原子谐振信号周期为标准。原子时的基本单位是原子时 秒，定义为：在零磁场下，位于海平面的铯原子基态两个超精细能级间跃 迁辐射9192631770周所持续的时间为原子时秒，规定为国际单位制中的 时间单位。
根据原子时秒的定义，任何原子钟在确定起始历元后，都可以提供 原子时。由各实验室用足够精确的原子钟导出的原子时称为地方原子时。
高程参考系统
以大地水准面为参照面的高程系统称为正高，以似大地水准面为参照面的 高程系统称为正常高的高程系统。 正常高H正常及正高H正与大地高有如下关系：
H＝H正常＋ H＝H正＋N 式中： ——高程异常，N——大地水准面差距。
大地水准面相对于旋转椭球面的起伏
大地测量参考框架（Geodetic Reference Frame)
大地测量参考系统(Geodetic Reference System)
坐标参考系统：分为天球坐标系和地球坐标系。
天球坐标系:用于研究天体和人造卫星的定位与运动。
地球坐标系:用于研究地球上物体的定位与运动，是以旋转椭球为参照体 建立的坐标系统，分为大地坐标系和空间直角坐标系两种形式
大地坐标系
空间直角坐标
TAI－GPST=19(s) GPST的起点，规定1980年1月6日0时GPS与UTC相等。
2.3 坐标系统
基本概念
1.大地基准
所谓基准是指为描述空间位置而定义的点、线、面，在大地测量中，基准是 指用以描述地球形状的参考椭球的参数（如参考椭球的长短半轴），以及参考 椭球在空间中的定位及定向，还有在描述这些位置时所采用的单位长度的定义。
2. 天球
天轴与天极：地球自转轴的延伸直线为天轴；天轴与天球的交点称为天极（ 为北天极 为南天极）。 天球赤道面与天球赤道：通过地球质心 与天轴垂直的平面，称为天球赤道面，它与天球 ｛相交的大圆，称为天球赤道。 天球子午面与子午圈：包含天轴并通过地球上任一点的平面，称为天球子午面，它与天 球相交的大圆，称为天球子午圈。 时圈：通过天球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，黄道面与赤道面的夹角 ，称为黄赤空角， 约为23.5 。 黄极：通过天球中心，且垂直于黄道面的直线与天球的交点。其中靠近北天极的交点 称 为北黄极，靠近南天极的交点 为南黄极。 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r。
坐标和时间系统
极移
2.2、岁差元素和岁差矩阵
2.2、岁差元素和岁差矩阵（2）
2.3、章动元素和章动矩阵（2）
B = P ( −(e + ∆e））R（ − ∆y ）P（e）
− ∆y cose − ∆y sine 1 B= ∆ y cos e 1 − ∆ e ∆e 1 ∆y sine
2.5、极移元素和极移旋转矩阵
y xp
CIO
CEP
yp
x
2.5、极移元素和极移旋转矩阵（2）
• D=Q(-xp)P(-yp)
1 D= 0 − x p 0 1 yp
xp − yp 1
2.5、地心坐标系的转换
• 标准历元地心惯性系: • 瞬时平赤道地心系: • 瞬时真赤道地心系: • 准地固坐标系: • 地固坐标系 • RTRF=D*C*B*A*RCRF 岁差 章动 自转 极移
2.4、地球自转，恒星时
• C=R（Θ0） • Θ0=1.0027379093UT1+θ0+Δψcosε • θ 0=24110.s54841+8640184. s812866T + 0 • 0. s093104T02-6. s2*10-6T03 • T0为从标准历元J2000.0到观测时刻0hUT 以平太阳日表示的儒略世纪数。
0 0 1 R1 (e x ) = 0 cos e sin e x x 0 − sin e x cos e x cos e y 0 − sin e y R2 (e y ) = 0 1 0 sin e y 0 cos e y cos e z R3 (e z ) = − sin e z 0 sin e z cos e z 0 0 0 1
时间和坐标系统
18
1. 时间系统 2. 坐标系统
授课内容
19
2.1 坐标系的定义
20
2.2 航天任务常用坐标系—地心惯性坐标系（ECI）
主要用途：轨道分析，天文学，惯性运动 原点：地心（航天器） 基准平面：赤道 ，ｚ轴为基准平面的法线 主轴ｘ：指向春分点 第三轴y：由右手定则确定
问题：速度矢量如何转换？
v ECF
=
R v ECF J 2000 J
2000
R r ECF J 2000 J 2000
J2000 = 2451545
14
1.4 航天中的时间
课堂练习：计算东经50°在1996年10月26日下午2：20 （UT1）的恒星时。
GMST 67310.54841s (876600h 86400184.812866s )TUT1
+0.093104TU2T1
6.2 106
T3 UT 1
章动：月球围绕地球公转 导致地球自转轴绕平天极 左右摇摆的现象，周期约 为18.6年，振幅为9.21秒。 考虑岁差和章动的地球自 转轴称为真天极，对应的 赤道为真赤道。
岁差和章动描述了地球自 转轴在惯性空间的不稳定。
9
1.4 航天中的时间
极移：地球瞬时自转轴在 地球本体内的运动。 1765年，欧拉在假定地球 是刚体的前提下，最先从 力学上预言极移的存在。 1888年德国的屈斯特纳才 从纬度变化的观测中发现 极移。
25
2.3 坐标系统的相互转换 1、J2000（ECI）到地球固定坐标系（ECF）
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 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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3
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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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。
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
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。
第2章 时间系统和坐标系统
42
2.8 ITRS与GCRS之间的转换
武汉大学 测绘学院 卫星应用工程研究所
• 赤道岁差
由于太阳、月球以及行星对地球上赤道隆起部分的作用力 矩而引起天球赤道的进动，最终导致春分点每年在黄道上 向西移动约的现象称为赤道岁差。
28
岁差②
• 黄道岁差
由于行星的万有引力而导致地月系质心绕日公转平面（黄 道面）发生变化，从而导致春分点在天球赤道上每年向东 运动约的现象称为黄道岁差。
• 太阳系质心动力学时TDB
太阳系质心动力学时简称为质心动力学时。这是一种用以 解算坐标原点位于太阳系质心的运动方程、编制行星星表 时所用的一种时间系统。
20
建立在相对论框架下的时间系统③
• 地心坐标时TCG和太阳系质心坐标时TCB
地心坐标时TCG是远点位于地心的天球坐标系中所使用的 第四维坐标：时间坐标。它是把TDT从大地水准面上通过 相对论转换到地心时的类时变量。 太阳质心时TCB是太阳系质心天球坐标中的第四维坐标。 它是用于计算行星绕日运动的运动方程中的时间变量，也 是编制行星星表时的独立变量。
• 章动模型
IAU 1980模型和IAU2000模型
31
章动②
• 日、月章动
• 行星章动
32
ห้องสมุดไป่ตู้ 章动③
• 章动改正
33
天球坐标系①
• 概念
天球坐标系是用以描述自然天体和人造天体在空间的位置 或方向的一种坐标系。依据所选用的坐标原点的不同可分 为站心天球坐标系、地心天球坐标系和太阳系质心天球坐 标系等。
39
协议地球坐标系①
•
ITRS
坐标原点位于包括海洋和大气层在内的整个地球的质量 中心； 尺度为广义相对论意义下的局部地球框架内的尺度； 坐标轴的指向是由BIH 1984.0来确定的； 坐标轴指向随时间的变化应满足“地壳无整体旋转”这 一条件。
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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JDUT 1 J 2000 TUT 1 36525
相对于2000年1月1日12时 （J2000）儒略日
12
1.4 航天中的时间
儒略日:由公元前4713年1月1日中午12时开始所经过的 天数，多为天文学家采用，用以作为天文学的单一历 法，把不同历法的年表统一起来。儒略日是由法国学 者Joseph Justus 于1582年所创。 （year,mon,d,h,min,s）-﹥JD [1900到2100]
授课内容
1. 时间系统
2. 坐标系统
1
1.1 时间是什么
时间是上天赐予每个人最宝贵、最公平的财富！
2
1.1 时间是什么
物理学中的时间：事件过程长短和发生顺序间一起组成四维时空，
构成宇宙的基本结构。广义相对论预测质量产生的重力场
将造成扭曲的时空结构，并且在大质量附近的时钟之时间
10
1.4 航天中的时间
天阳时：当地子午面连续通过太阳的时间为一个天阳日。
1day = 24h 1h = 60min = 3600 s 1day = 360° 1h = 15° 视天阳时：当地子午面连续通过真实的太阳的时间。 （不均匀，为什么？） 平天阳时：当地子午面连续通过虚拟太阳（运行在赤道， 速度均匀）的时间。 时间时（universal time，UT）：格林尼治的平太阳时。 UT0（通过全球多个地面站测量得到），UT1（考虑了 极移的修正），UT2（考虑了季节的修正）
6
1.4 航天中的时间
讨论问题1：恒星时和太阳时是否相同？ 恒星时和太阳时是不同的。因
为恒星在天空中的位置是固定
不动的，太阳相对地球的位置
是变化的（地球的公转）。 1个太阳日 = 1个恒星日+3分56 秒。
7
1.4 航天中的时间
如果地球自转速度均匀恒定的，则恒星时和太阳时都可 以作为一个完美的时间间隔。
13
1.4 航天中的时间
课堂练习：已知1996年10月26日下午2：20（UT1）,计 算儒略日JD。
mo 9 ( s / 60 min) 7 yr INT h 12 275* mo 60 INT JD 367* yr INT d 1721013.5 4 9 24
mo 9 ( s / 60 min) 7 yr INT h 275* mo 12 60 JD 367* yr INT INT d 1721013.5 4 9 24
JD= 2450383.097222222
JD = 367*yr - floor(7*(yr+floor((mo+9)/12))/4) + floor(275*mo/9) + d + 1721013.5 + ((s/60+min)/60+h)/24
J2000 = 2451545
14
1.4 航天中的时间
课堂练习：计算东经50°在1996年10月26日下午2：20 （UT1）的恒星时。
GMST 67310.54841s (876600h 86400184.812866s )TUT 1
2 6 3 +0.093104TUT 6.2 10 TUT 1 1
MJD = (JD - 2451545.0)/36525; GMST = 67310.54841 + (876600*3600 + 8640184.812866)*MJD + 0.093104*MJD^2 -6.2e-6*MJD^3 tem = mod(GMST,86400); thita = tem/240+ 50 Thita = 300.2342°= 20h0分56.16秒
4
1.3 航天中时间的重要性
时间的准确。航天器运动速度快，差之毫厘，失之千里 时间的均匀。航天器在轨运行时间长，小错积累成大错 时间的同步。航天系统包括在轨航天器和多个地面测控站， 需要天地大系统的时间同步。
5
1.4 航天中的时间
航天中常用的四个时间：恒星时，太阳时（协调时），动
力学时，原子时
恒星时（太阳时）都是以地球自转为基础定义的时间系统， 一天为基本单位，一天为当地子午面连续经过恒星（太阳） 的时间间隔。
章动：月球围绕地球公转 导致地球自转轴绕平天极 左右摇摆的现象，周期约 为18.6年，振幅为9.21秒。
考虑岁差和章动的地球自 转轴称为真天极，对应的 赤道为真赤道。 岁差和章动描述了地球自 转轴在惯性空间的不稳定。
9
1.4 航天中的时间
极移：地球瞬时自转轴在 地球本体内的运动。
1765年，欧拉在假定地球 是刚体的前提下，最先从 力学上预言极移的存在。 1888年德国的屈斯特纳才 从纬度变化的观测中发现 极移。
岁差：太阳和月球对地球赤道隆起 的引力作用造成的，引发地轴相对 于惯性空间的转动，称为日月岁差。 周期大约为26000年。同时太阳系 行星也会造成黄道面相对惯性空间 的转动，称为行星岁差。日月岁差 约为行星岁差的500倍。 仅考虑岁差的地球自转轴称为平天 极，对应的赤道面为平赤道面。
8
1.4 航天中的时间
流逝比在距离大质量较远的地方的时钟之时间流逝要慢。 相对论成功解释了水星近日点进动现象。星近日点进动又
成为广义相对论最有力的三个天文学验证之一。
3
1.2 时间的度量
时刻 = 时间基准原点 + 时间步长*步数
时段 = 时刻n – 时刻m
时间基准原点的选取：公元
时间步长的选择的基本要求：精确，均匀
时间步长的选择：基本方法是测量物体的运动。随着人类 科学技术的发展，观测手段的变化，在不断更新。
11
1.4 航天中的时间
恒星时：当地子午面连续通过恒星为一个恒星日。 恒星时（Sidereal Time，ST）通过与春分点之间的角度 来计算。与平春风点的角度为平恒星时(Mean Sidereal Time，MST)，与真春风点的角度为真恒星时。
LMST GMST
GMST 67310.54841s (876600h 86400184.812866s )TUT 1