时间和坐标系统

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坐标及时间系统

5、球面
在范围不大时，或地球扁率的影响可以忽略时,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)
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。
(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。
地球引力常数GM
3986005*108(m3/s2)

大地测量学基础-第2章坐标系统与时间系统

二、世界时（UT）
• 若以真太阳作为基本参考点，由其周日视运动确定的时间，称为真太阳时。一个真太阳日就是真太阳连续两次经过某地的上中天（上子午圈）所经历的时间。
• 地球绕太阳公转的速度不均匀，在近日点快，远日点慢。所以，真太阳日在近日点最长、远日点最短。
• 假设以平太阳【位于天赤道上的虚拟太阳（天体），其运动速度等于真太阳周年运动的平均速度】作为参考点，平太阳连续两次经过同一子午圈的时间间隔，称为一个平太阳日，分为24个平太阳小时。
• 地球极点的变化，导致赤道面以及地面点的纬度也随之发生变化。地球北极是地心地固坐标系的基准指向点，所以，地球北极的变动将引起坐标轴方向的变化。
• 某一观测瞬间地球极所在的位置称为瞬时极，某段时间内地极的平均位置称为平极。
• 为了描述地极的移动规律,可取某一平极为原点O,在过该点且与地球表面相切的平面上建立一平面直角坐标系O-xy，x轴指向格林尼治天文台,y轴指向格林尼治零度子午面以西90°的子午面方向。
• 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、天球赤道面与天球赤道
• 通过地球质心 O 与天轴垂直的平面称为天球赤道面。天球赤道面与地球赤道面相重合。该赤道面与天球相交的大圆称为天球赤道。

gps原理与应用第二章坐标系统和时间系统

3
大地坐标系
以地球大地面为基准，用大地经纬度值来确定位置。
时间系统
1 UTC
协调世界时，是世界通用的时间参考标准。
2 GPS时间wk.baidu.com
以GPS卫星钟为基准计算的时间系统。
常见坐标系统
地心坐标系（WGS）
用于GPS导航定位，也是Google地球、GPS手机软件等所采用的坐标系。
火星坐标系（Mars）
中国国内采用的坐标系，因为我国第一颗探测器曾先后多次成功登陆火星。
GPS原理与应用：坐标系统和时间系统
GPS（全球定位系统）是一种全球性卫星导航定位技术，由美国政府开发。本章介绍GPS中坐标系统和时间系统的基本知识。
坐标系统
1
地心坐标系（WGS）
地球椭球面上的坐标系统，以WGS84为代表，用于GPS导航。
2
平面直角坐标系
平面内的直角坐标系，适用于工程测量和坐标配准。
常见时间系统
UTC 时间
全球通用的时间，由原子钟计算得出。
GPS时间
以GPS卫星发射的信号作为时间基准的时间系统。
GPS坐标系统
经度
东经和西经，以本初子午线为基准。
高度
相对于平均海平面的高度值。
维度
北纬和南纬，以赤道为基准。
位置误差椭球
用于描述测量精度和误差范围。

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。

坐标和时间系统

坐标系统和时间系统
Coordinate systems and Time systems
同济大学测量系陈义沈云中胡丛玮
提要
• 坐标系统 • 坐标变换 • 时间系统与时间变换
几个名词
• 参考系-关于坐标系的完整定义：原点、坐标轴、坐标平面；基本的数学或物理模型。（reference system ） • 协议参考系-具体描述某一参考系的模型、常数和算法。（conventional reference system ） • 参考框架-通过实际观测来具体实现某一参考系。包括一些基准站点。（reference frame）
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
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

(GPS原理及其应用)第二章坐标系统和时间系统

Βιβλιοθήκη Baidu
GNSS海拔高程系统
GNSS海拔高程系统是一种用于测量地球表面海拔高度的技术。它基于卫星导航，通过测量卫星和接收器之间的距离来计算海拔高程。
在GPS系统中，我们可以使用GNSS海拔高程系统来获取精确的地形高程数据，为航海、地质勘探和城市规划等应用提供支持。
球面三角学及其在GPS中的应用
球面三角学是一种用于解决地理位置问题的数学方法。在GPS中，球面三角学被广泛应用于计算卫星和接收器之间的距离和角度。通过球面三角学，我们可以精确计算和推算出卫星的位置和接收器的位置，从而实现精确定位和导航功能。
通过坐标系统，我们可以精确测量和定位地球上的任何地点，从而为导航、测量和地理信息系统等应用提供基础数据。
GPS基准面及其影响
GPS基准面是一个参考平面，用于测量和定位地球上的位置。不同的基准面对于测量结果和定位精度有重要影响。在GPS系统中，我们使用WGS84基准面作为全球标准，确保不同设备和系统之间的位置信息一致性。
卫星轨道位置的表示方法
卫星在GPS系统中的位置由轨道参数来描述。通过轨道参数，我们可以确定卫星的位置、速度和轨道形状。常见的卫星轨道描述方法包括Kepler轨道参数、卫星坐标系和卫星椭球参数等。这些参数对于定位计算和导航功能至关重要。
在GPS定位中使用的参考坐标系
在GPS系统中，我们使用不同的参考坐标系来表示和计算位置信息。常见的参考坐标系包括大地坐标系、投影坐标系和地心坐标系。

第2章坐标系统和时间系统

标系的坐标转换（二）地极移动（了解）（三）瞬时极地球坐标系和协议地球坐标系
（了解）
1. 地心空间直角坐标系
坐标原点位于地球质心 Z轴 X轴 Y轴
2. 地心大地坐标系
大地经度L 大地纬度B 大地高H
（二）地极移动
1、概念
地球自转轴相对地球体的位置是变化的，从而地极点在地球表面上的位置，也是随时间而变化的。
按照岁差的变化规律在天球上运动的北天极
➢瞬时天球平赤道和瞬时平春分点
与平北天极相应的天球赤道和春分点
➢瞬时北天极（或真北天极）
观测时的北天极
➢瞬时天球赤道和瞬时春分点（或称真天球赤道和真春分点）
与瞬时北天极相应的天球赤道和春分点
章动
在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极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秒，周期约为18.6年。这种现象称为章动
0
cos B cos Lx
cos
B
sin
L
y
sin B z 地平
旋转矩阵
（2－6）
平移变换
X X P1 X
Y
YP1
＋Y
Z 地心 ZP1 地心 Z 站赤
(N H ) cos B cos L X
(N
H
) cos
B sin
L
＋Y

时间和坐标系统

25
2.3 坐标系统的相互转换 1、J2000（ECI）到地球固定坐标系（ECF）
r ECF
= R r ECF J 2000 J 2000
WSNPrJ 2000
P 岁差修正矩阵，修正后的坐标系称为历元平坐标系 N章动修正矩阵，修正后的坐标系称为历元真坐标系
S地球旋转修正矩阵，修正后的坐标系称为历元真地固坐标系
JD

367 *
yr

INT
7

yr

INT

4
mo 12
9

INT

275* mo 9

d
1721013.5

(s
/
60 min)
60 24

h

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
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）。

坐标系统与时间系统

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4
2.坐标系统——GLONASS
这是GONASS导航系统在1993年采用的坐标系，它与GPS所用的WGS－84 同属地心地固坐标系定义：原点位于地球质心，Z轴指向国际地球自传服务局推荐的协议地极原点，X轴指向赤道与国际时间局定义的零子午线的交点，Y轴按右手法则构成【3】
【4】
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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：
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5.坐标系统转换
所以，在GLONASS系统与GALILEO系统间的坐标转换参数即可表示为:
而在GPS系统与GALILEO系统中，其各自的参考框架WGS-84和GTRF均是国际参考框架(ITRF)的一种实现，这两个框架之间的差值也是在厘米量级，
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5.坐标系统转换
对大多数的用户来说,这样的差距仍是可以忽略不计,而直接在两个框架间进行互用。如有精密转换的必要，GALILEO可以通过外部参考服务向用户提供这两个框架的转换参数。但是，目前尚无计划要把这些参数添加到导航电文中去。所以，基于这种情况，目前尚无专门的实验计算来给出这两个系统间的坐标转换参数

全球定位系统概论之坐标系统和时间系统

20
54北京坐标系
• 1954年北京坐标系（BJZ54）
– 存在问题
• 椭球参数与现代精确的椭球参数的差异较大，不包含表示地球物理特性的参数
• 椭球定向不十分明确。参考椭球面与我国大地水准面呈西高东低的系统性倾斜，东部高程异常最大达67米。
• 参考框架未进行全国统一平差。
21
80西安大地坐标系
System ） • 地球参照系
– TRS – Terrestrial Reference System – 也被称为地固系（Earth-fixed Reference System6 ）
参考框架
• 坐标参照系的实现
– 问题：坐标参照系的定义虽然明确且严密，但是却非常抽象，而且也不易于使用。
– 参考框架 - 坐标参照系的实现。
– 坐标系转换实际上是不同坐标表达方式间的变换。
• 基准转换
– 同一点在基于某一基准或参照系的坐标系下的坐标转换
为基于另一基准或照系的坐标系下的坐标，如WGS 84
与1954年北京坐标系下大地坐标之间的相互转换，或
WGS 84下的笛卡尔坐标与1954北京坐标系下的大地坐
标之间的相互转换。
8
坐标系统的类型
5
位置基准和坐标参照系
• 坐标参照系 – 定义：提供系统原点、尺度、定向及其时间演变的一组协议、算法和常数。（IERS） – 坐标参照系的确定：需要确定其原点、轴向及尺度。 – 坐标参照系的类型 • 天球参照系

时间系统与坐标参照系课件

2）根据广义相对论，太阳质心系和地球质心系的时间将不同。1976年， IAU定义了这两个坐标系的时间：
TDT -- 地球质心力学时
TDB -- 太阳系质心力学时
Terrestrial Dynamic Time
Barycentric Dynamic Time
TDT和TDB可以看做是ET分别在两个坐标系中的实现。
3）基于地球公转的历书时，已被原子时所代替。
基于地球公转
2.2 时间系统
原子时（AT – Atomic Time）
1）原子时是一种以原子谐振信号周期为标准，并对它进行连续计数的时标。基本单位是原子时秒，其定义为：在零磁场下，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。
基准点，通常称为国际协议原点CIO （Conventional International
Origin），其相对于1900~1905年平均历元1903.0。
1.2 地球的自转
地轴相对于地球本体内部结构的相对位置变化
在1984年之前，采用刚体地球理论计算地球旋转轴相对于CIO的变
化，其变化规律是以CIO作为坐标原点、以零子午线的方向作为x轴、以
根据能量守恒定理，地球在运动过程中，其位能和动能之和应
保持不变。
地球在椭圆上的运行速度是不断变化的，在近日点处速度为最大，
而在远日点处速度为最小。

四种卫星定位导航系统的坐标系统与时间系统以及他们的转换关系 ppt课件

四种时间转换关系
+33S
BDT
GPST
+19S
+(TAI-UTC)-3h
TAI
GLONASST
+19S
俄罗斯国家参考时
GST
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转换关系
转换关系
转换关系
Geodetic datum transformation
PZ90-WGS84
俄罗斯 MCC（Russian Mission Control Center）给出的 WGS84 与 PZ90 之间国际上公认精度最高的坐标转换七参数。
-16-
■模板简要说明
-17-
■模板简要说明
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演示完毕感谢聆听
◎中国风系列作品之“虚竹”
定义
在卫星轨道坐标不参加解算的情况下，用户测站坐标解算所使用的坐标系，取决于GPS卫星星历计算使用的坐标系。该坐标系自试验以来经历了不同的发展阶段,1985年10月以前,使用的是 WGS-72坐标系,以后则使用新的WGS-84坐标系。该系统的坐标原点更加靠近地球质心,采用改进以后的重力场模型,各项参数值的确定也更加精确, 作为一种全球性的统一参考坐标系,它更加适合于目前的卫星导航定位应用的需要。
GLONASS
坐标系统名：PE-90 时间系统名：GLONASS时
-5-
定义

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。

GPS测量的坐标系统与时间系统

全球定位系统（GPS）是一种由美国政府运营的卫星导航系统，可提供全球定位、导航和时间服务。它是许多现代技术和应用的基础，例如车辆导航、飞行导航、航海、地图绘制等。

GPS测量提供了一种在地球上确定位置的精确方法，但是它的坐标系统和时间

系统需要特定的标准和约定来确保精度。本文将介绍GPS测量中使用的坐标系统

和时间系统，并讨论它们与其他GPS应用和技术的关系。

坐标系统

GPS测量使用经纬度和高度来确定位置，这是因为它可以提供全球范围内的定位。经度是一个位置相对于本初子午线的度数，可以从0度到360度，东经为正，西经为负。纬度是一个位置相对于赤道的度数，可以从-90度到90度，北纬为正，南纬为负。高度是一个位置相对于海平面的高度。

GPS测量使用的坐标系统是WGS 84（World Geodetic System 1984），这是一

种由美国国防部和国家海洋和大气管理局发展的全球定位系统坐标系统。WGS 84

使用地球模型作为椭球体，将地球视为一个近似椭球体。这个椭球体的参数被称为参考椭球体，在WGS 84中，参考椭球体的参数为a=6378137.0 m，

f=1/298.257223563。

WGS 84是GPS定位用的最通用的地理坐标系，在大多数现代地图上都采用了WGS 84坐标。此外，许多其他地理信息系统（GIS）和工程应用也使用WGS 84

坐标系来表示地球上的位置。

时间系统

在GPS测量中，时间系统也是至关重要的。GPS测量使用一个基于原子钟的时间系统来测量信号的传播时间，并计算出接收器的位置。原子钟比基于机械振荡器的钟表更为精确，可以维持极高的准确性。

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。

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