时间系统与坐标系统
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。
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
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
GLONASS
坐标系统名：PE-90 时间系统名：GLONASS时
-4-
定义
GLONASS坐标系统：采用的是基于Parameters of the Earth 1990框架的PE-90大地坐标系，其 几何定义为：原点位于地球质心，Z轴指向IERS 推荐的协议地球极（CTP）方向,即1900-1905年 的平均北极，X指向地球赤道与BH定义的零点子 午线交点，Y轴满足右手坐标系。 GLONASS时间系统：采用原子时AT1秒长作为 时间基准，是基于前苏联莫斯科的协调世界时 UTC(SU)，采用的UTC时并含有跳秒改正。
GPS
坐标系统名：WGS-84 时间系统名：GPS时
-1-
定义
GPST规定它的起点在1980年1月6日UTC的0点, 它的秒长始终与主控站的原子钟同步,启动之后不 采用跳秒调整。根据对GPS时间系统起点的规定, 知道GPST与国际原子时有固定19秒的常数差,而 且在1980年之后与UTC另外还有随时间不断变化 的常数差。如1985年12月,常数差为4秒。 GPST=UTC十4秒 总结 原点:1980年1月6日UTC零时 秒长：原子时秒长 不跳秒
Galileo
坐标系统名：ITRS 时间系统名：伽利略系统时间
-6-
定义
伽利略地球参考框架（Galileo Terrestrial Reference Frame，GTRF）是实现伽利略所有产品和服务的基础， 它由伽利略大地测量服务原型（GGSP）负责定义、建立、 维持与精化。GTRF符合ITRS定义，并与ITRF对准，它 的维持主要基于GTRF周解。除GTRF外，GGSP还提供 地球自转参数、卫星轨道、卫星和测站钟差改正等产品。 GTRF的发展早在2011年10月首批Galileo卫星升空前， GTRF就完成了它的初始实现（2007年）。它采用了42 个位于伽利略跟踪站（GSS）附近的IGS站、33个其他 IGS站和13个伽利略实验站（GESS）从2006年11月至 2007年6月的GPS观测数据。后续的GTRF将由使用 GPS/Galileo数据逐步过渡到只使用Galileo数据。从2013 年4颗Galileo卫星组网并开始提供导航服务以来，GTRF 每年都会发布新的版本并进行2~3次更新。
第二章 坐标系统和时间系统
地球坐标系根据描述点位方式的不同分作： 1、地球空间直角坐标系
原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴 指向格林尼治子午面与地球赤道的交点，Y轴垂 直于XOZ平面，构成右手坐标系统。 P(X，Y，Z)
2、大地坐标系统
参考椭球----参考椭球的中心与地球的质心重合，椭球的短轴与 地球自转轴重合，根据科学家测量的长半轴a和短半轴b来近似模 a b 拟地球的数学球体。
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。该赤道面与天球相交的大圆，称为天 球赤道。 黄道——地球公转的轨道面与天球相交的大圆，即地球上的 观测者所看到的，太阳绕地球运动的轨迹。 春分点——当太阳在黄道上从地球南半球向北半球运行时， 黄道与天球赤道面的交点。春分点不随地球转动。
对应于 WGS-84大地坐标系有一个WGS-84椭球，其常数 采用 IUGG第 17届大会大地测量常数的推荐值。下面给 出WGS-84椭球两个最常用的几何常数： 长半轴： 6378137± 2（m） 扁 率： 1：298.257223563
§2.3坐标系之间的变换
1.
2.
3.
坐标系的变换包括： 不同空间直角坐标系之间的转换（3参数 或7参数） 不同大地坐标系（球面坐标系）之间的转 换（5参数和9参数） 大地坐标系（B,L）转换为高斯平面坐标 (X,Y)
大地坐标系——是建立在参考椭球上，原点与地球质 建立在参考椭球 建立在参考椭球上 心重合，大地纬度B为过某地面点的椭球法线与椭球 赤道面的夹角；大地经度L为过该地面点的椭球子午 面与格林尼治子午面之间的夹角，大地高H为地面点 沿椭球法线至椭球面的距离。 地面点P的大地坐标为 (B,L,H)
对同一空间点，直角坐标系与大地坐标系参数间有如下转换关系：
第2-1章 坐标系统和时间系统
极 移
G P S 测 量 原 理 及 应 用
中 南 大 学
国际天文学联合会和大地测量学协会在1967建 建 国际天文学联合会和大地测量学协会在 G 采用国际上5个纬度服务站 个纬度服务站， 年的平 P 议，采用国际上 个纬度服务站，以1900-1905年的平 均纬度所确定的平均地极位置作为基准点， S 均纬度所确定的平均地极位置作为基准点 ， 平极的 测 位置是相应上述期间地球自转轴的平均位置 ， 通常 位置是相应上述期间地球自转轴的平均位置， 量 称 为 国 际 协 议 原 点 （ Conventional International 原 ） 理 Origin——CIO）。与之相应的地球赤道面称为平赤 道面或协议赤道面。 至今仍采用CIO作为协议地极 及 道面或协议赤道面 。 至今仍采用 CIO 作为协议地极 应 （ conventional Terrestrial Pole——CTP） ， 以协议 ） 用 地 极 为 基 准 点 的 地 球 坐 标 系 称 为 协 议 地 球 坐 标系 ） 中 （Conventional Terrestrial System——CTS），而与 南 瞬时极相应的地球坐标系称为瞬时地球坐标系。 瞬时极相应的地球坐标系称为瞬时地球坐标系。
G P S 测 量 原 理 及 应 用
中 南 大 学
第二章 坐标系统和时间系统
2.1 天球坐标系和地球坐标系
G P S • 全球定位系统（GPS）的最基本任务是确定用户在空间的 测 位置。而所谓用户的位置，实际上是指该用户在特定坐标 量 系的位置坐标，位置是相对于参考坐标系而言的，为此， 原 首先要设立适当的坐标系。 理 • 为了描述卫星在其轨道上的运动规律，需要建立不随地球 及 自转的地心坐标系－－空间固定坐标系（天球坐标系）； 应 另一方面观测站是在地球表面，随地球自转而运动，因此 用 需要建立与地球固联的地心坐标系－－地固坐标系（地球 坐标系）。 中 • 由上可看出在不同观测时间，其各自的坐标轴指向不同。
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定位时间系统与坐标系统
（3）站心坐标系
（4）高斯平面直角坐标系等
如果测量工作以测站为原点，则所构成的坐标系称为测站中心
坐标系（简你站心坐标系）。站心坐标系分为站心地平直角
坐标系和站心极坐标系。
站心地平直角坐标系是以测站的椭球法线方向为Z轴，以测站
大地子午线北端与大地地平面的交线为X轴，大地平行圈（
东方向）与大地地平面的交线为Y轴，构成左手坐标系。
GPS相对定位确定的是点之问的相对位置，一般用空间直角
坐标差 X,Y,Z 或大地坐标差 B,L,H 表示。如果建立以
已知点为 X0,Y0, Z0 为原点的站心地平直角坐标系．则其他点
在该坐标系内的坐标 x, y, z 与基线向量的关系为
x
sin
B
L
sin
B
L
B
X
j
0cos
0
协议天球坐标系
影响的动坐标系，某时刻t对应所对应的瞬
时平北天极，瞬时平赤道，瞬时平春分点来
确定的天球坐标系。
瞬时真天球坐标系:既考虑岁差影响又考虑
章动影响。 t时刻对应所对应的瞬时真北天
极，瞬时真赤道，瞬时真春分点来确定的天
球坐标系.
协议天球坐标系：由国际协议规定确定
的特殊时刻t0作为标准历元，此时刻所
根据协议地球坐标系和协议天球坐标系的定义可知：
（1）两坐标系的原点均位于地球的质心，故其原点位置相
同。
（2）瞬时天球坐标系的z轴与瞬时地球坐标系的Z轴指向相
同。
（3）两瞬时坐标系x轴与X轴的指向不同，其间夹角为春分点
的格林尼治恒星时。
二者的转换过程如下：
此外，地球坐标系还有其它表示形式：
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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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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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。
GPS定位的坐标系统和时间系统精选全文
目前使用旳协议天球坐标系要求如下
1980年，国际大地测量学会（IGA）和国际天文学会（IAU）决定，自1984年1 月1后来启用新原则历元旳协议天球坐标系，以儒略日JD=2451545.0为原则历 元（记为JD2000.0，公历为2023年1月1日12hr00min00s），其坐标轴指向是以 原则历元旳赤道和春分点所定义
2.2 GPS使用旳坐标系统
2.2.1 协议天球坐标系 2.2.2 协议地球坐标系（CTS） 2.2.3 坐标转换 2.2.4 地图投影与高斯-克吕格平面直角坐标系
2．2．1 协议天球坐标系
•主要内容 1.天球旳基本概念 2.天球坐标系 3.岁差与章动 4.协议天球坐标系
1.天球及其基本概念
• 天球（Celestial Sphere）：是一种半径巨大旳假想旳虚球， 是天文学上用来描述天体位置旳参照物 有日心天球、地心天球和站心天球
•自然地表形状起伏较大且极不规则， 不适合用来代表地球旳形状 •人们是利用大地水准面来替代地球 旳形状
大地水准面
•水准面:水处于静止时旳表面 •与水准面相切旳平面称为水平面 •大地水准面：假设在重力作用下，静止海水面无限延伸，穿 越大陆、岛屿、山川、平原而形成旳一种假想旳自行封闭曲面
大地水准面示意图
间系统可有不同旳时间原点。 • 时间单位尺度是由时钟来拟定旳，不同步钟有不同旳度量
时间方式 • 从本质上讲，时间系统间旳差别体目前时钟上。
时间度量旳精度对GPS定位非常主要
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。
坐标系统及时间系统
数GP字S技摄术影Байду номын сангаас测应量用
辽石宁家工庄程铁技路术职大业学技
影坐像标>系采统样与时间系统>坐标系统
测测绘绘学工院程
§2.1 坐标系统 系
坐标系统
地球坐标系统
地心坐标系 参心坐标系
WGS84坐标系 北京54坐标系 西安80坐标系
天球坐标系统
数GP字S技摄术影与测应量用
辽石宁家工庄程铁技路术职大业学技
参心大地坐标系的应用十分广泛，它是经典大地测量的一种通 用坐标系。根据地图投影理论，参心大地坐标系可以通过高斯投 影计算转化为平面直角坐标系，为地形测量和工程测量提供控制 基础。由于不同时期采用的地球椭球不同或其定位与定向不同， 我国历史上出现的参心大地坐标系，主要有BJZ54（原）、 GDZ80和BJZ54等三种。
二、1954年北京坐标系（BJZ54（原））
解放初期，我国大地坐标系是采用河北石家庄市的柳新庄一等天 文点作为原点的独立坐标系统，采用该点的天文坐标作为其大地坐 标，以海福特椭球进行定位。
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测测绘绘学工院程
（1）因1954年原北京坐标系采用了克拉索夫斯基椭球，与现在的精 确椭球参数相比，长半轴约长109m。
（2）参考椭球面与我国所在地区的大地水准面不能达到最佳拟合， 在我国东部地区大地水准面差距自西向东增加最大达＋68m。
一、 概述
在经典大地测量中，为了处理观测成果和传算地面控制网的坐 标，通常须选取一参考椭球面作为基本参考面，选一参考点作为 大地测量的起算点（大地原点），利用大地原点的天文观测量来 确定参考椭球在地球内部的位置和方向。参心坐标系中的“参心” 二字意指参考椭球的中心，所以参心坐标系和参考椭球密切相关。 由于参考椭球中心无法与地球质心重合，故又称其为非地心坐标 系。参心坐标系按其应用又分为参心大地坐标系和参心空间直角 坐标系两种。
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Local Meridian Zero Meridian
Meanγ
圖 2-2
恒星時的定義
LAST：地方視恒星時（Apparent Local Sidereal Time） ，指真春分點 地方時角。 GAST：格林威治視恒星時（Apparent Greenwich Sidereal Time） ， 指真春分點的格林威治時角。 LMST：地方平恒星時（Local Mean Sidereal Time） ，指平春分點地 方時角。 GMST：格林威治平恒星時（Greenwich Mean Sidereal Time） ，指平 春分點的格林威治時角。 恒星時是以地球自轉為基礎，並與地球的自轉角度相對應的時間系統。 其中格林威治視恒星時（GAST）可由下列式子求得[McCarthy, 1996]： （1） 在 1982 年，Aoki 指出格林威治平恒星時和世界時 （UT） 的關係如下：
λ ：天文經度
∆ψ ：赤經章動（nutation in longitude）
ε ：黃赤交角（obliquity ecliptic）
（2-1）式又稱二分點方程式，即 Equation of Equinoxes，但其嚴格轉換 見（2-6）式。
Hale Waihona Puke 13EquatorNp Trueγ
GAST
λ
LAST GMST LMST
11
當我們選擇的周期運動現象不同，便產生了不同的時間系統。衛星大地測量 學用到的重要時間系統包括： 1. 世界時系統（Universal Time, UT） ：為了表達地面觀測與空間固定參考框 架的關係，需考慮地球在慣性空間中與時間相依的軸向，此時，適用的 時間系統為基於地球自轉現象導得的世界時系統。 2. 動力時系統（Dynamical Time, DT） ：為了精確描述衛星的運動，需要均 勻的時間觀測量做為衛星運動方程的獨立變數，適用的時間系統為由地 球繞太陽軌道運動所導得的動力時系統。 3. 原子時系統（Atomic Time, AT） ：像衛星雷射測距等需要精確測定訊號傳 遞時間，需要一個統一、高解析度、易於各界接受的時間系統，適用的 時間系統為由原子物理所導得的原子時系統。
dT3 Pole
dT2
B dT1
圖 2-1
時間誤差對於衛星大地測量之影響[Seeber, 1993]
由圖 2-1 可知，在衛星大地應用中，相對應於 1 cm定位誤差的時間誤差量 級，如在赤道由地球自轉產生的 1 cm定位誤差相對應的時間誤差約為 2×10-5秒 （ dT1 ） ；在近地軌道的衛星運動 1 cm 誤差相對應的時間誤差約為 1 × 10-6 秒 （dT2） ；由訊號傳遞時間導得的衛星距離 1 cm誤差相對應的時間誤差約 1×10-10 秒（dT3）[Seeber, 1993]。 以下將就進行精密衛星軌道定軌時需要使用的世界時系統、動力時系統、原
12
子時系統及協調世界時、GPS 時間系統等進行介紹。 2.1.1 世界時系統 地球的自轉運動是連續的，且比較均勻，人類最先建立的時間系統-世界時 系統，便是以地球自轉運動為基準。基於觀察地球自轉運動時，所選空間參考點 不同，世界時系統又分為恒星時、平太陽時和世界時等。 1. 恒星時（Sidereal Time, ST） 以春分點為參考點，由春分點的周日運動所確定的時間，稱為恒星時。 春分點連續二次經過本地子午圈的時間間隔為一恒星日，含 24 個恒星 小時。所以恒星時，在數值上等於春分點相對於本地子午圈的時角。因為恒 星時是以春分點通過本地子午圈時刻為原點計算的，同一瞬間對不同測站的 恒星時各異，恒星時具有地方性，所以有時也稱之為地方恒星時。 由於歲差、章動的影響，地球自轉軸在空間的指向不是固定的，春分點 在天球上的位置亦然。對於同一曆元，有真北天極和平北天極、真春分點和 平春分點之分，相應的恒星時也有視恒星時和平恒星時之分，它們之間的關 係及定義如圖 2-2： 則 LAST-LMST=GAST-GMST= ∆ψ cos ε GMST-LMST=GAST-LAST= λ （2-1） （2-2）
第二章 時間系統與坐標系統
坐標系統與時間系統是描述衛星動態，處理觀測數據和確定觀測站位置的數 學與物理基礎，由於地球的公轉和自轉，所以在天球中，地球隨時都在動，衛星 在太空中亦隨時在運動，所以一般在衛星定軌道時都是在慣性坐標系中，然而吾 人要探求重力場與衛星軌道之關係時，重力位是建構在地固坐標系中，所以坐標 系統與坐標轉換在衛星大地學中是相當重要。在本文研究所使用之各種資料，其 時間系統與坐標系統並不完全一致，因此，在分析時必須清楚了解各種資料之時 間系統及坐標系統，例如 IERS 之 Bulletin 是採 UTC 系統，而 DE200 是採 TDT 系統，低軌衛星軌道是採 GPST 系統等，因此本章將對時間系統、坐標系統二個 參考系統進行闡述。 2.1 時間系統 時間系統和坐標系統是所有空間大地測量技術的基礎。在天文學和太空科學 技術中，時間系統是精確描述天體和人造衛星運行位置，及其相互關係的重要基 準，也是人們利用衛星進行定位的重要基準。當進行衛星追蹤衛星（SST）任務 時，時間系統更形重要，以下先就時間系統進行介紹。 時間包含有「時刻」 （Epoch）和「時間間隔」 （Time Interval）二個概念， 「時 刻」 指發生某一現像的瞬間，在天文學和衛星定位中，與所獲數據對應的 「時刻」 也稱為”曆元”；而「時間間隔」 ，則指發生某一現象所經歷的過程始末時刻之差。 所以，時間間隔測量，也稱為相對時間測量，而時刻測量相應地稱為絕對時間測 量[Seeber, 1993]。 測量時間，即建立時間系統，必須先建立一個測量的基準，包括時間的單 位（尺度）和原點（起始曆元） 。一般來說，任何一個可以觀察的周期運動現象， 只要符合以下要求，都可以用作確定時間的基準。 z 運動應是連續的，周期性的； z 運動的周期應具有充分的穩定性； z 運動周期必須具有複現性，即要求在任何地方和時間，都可以通過觀測 和實驗，複現這種周期性運動。