空间第2章时间系统

u 即当协调时与世界时的时刻差超过0.9s时，便在协 调时中引入一润秒(正或负)。一般在12月31日或6月30 日末加入，具体日期由国际地球自转服务组织（IERS ）安排并通告。
u 协调时与国际原子时的关系定义为： IAT=UTC+1S n
n为调整参数，由IERS发布。
空间第2章时间系统
6. GPS时间系统（GPST）
间系统是以地球自转运动为基准的世界时系统。由于观 察地球自转运动时所选取的空间参考点不同，世界时系统 包括恒星时、平太阳时和世界时。 • 恒星时(Sidereal Time—ST) 以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所确定的时 间称为恒星时。 春分点连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一恒星日， 含24个恒星小时。 恒星时以春分点通过本地子午圈时刻为起算原点，在数值 上等于春分点相对于本地子午圈的时角，同一瞬间不同测 站的恒星时不同，具有地方性，也称地方恒星时。
u 像太阳和月亮一样，满天的繁星也不是每天都固定在星空中某 个地方不动，它们也是每天都在作周日视运动，只不过很多人 都没有注意到恒星的这种运动罢了。
空间第2章时间系统
•平太阳时（Mean Solar Time——MT） 由于地球公转的轨道为椭圆，根据天体运动的开普勒定律， 可知太阳的视运动速度是不均匀的，如果以真太阳作为观察 地球自转运动的参考点，则不符合建立时间系统的基本要求 。
u 但由于地球自转速度有长期变慢的趋势，近20年，世 界时每年比原子时慢约1秒，且两者之差逐年积累。
u 为避免发播的原子时与世界时之间产生过大偏差，从 1972年采用了一种以原子时秒长为基础，在时刻上尽 量接近于世界时的一种折衷时间系统，称为世界协调 时或协调时。
空间第2章时间系统
u 采用润秒或跳秒的方法，使协调时与世界时的时刻相 接近。
地球动力学
u 地壳运动、板块运动 u 极移和地球自转 u 地心运动 u 固体潮、海潮、极潮 u 构造活动 u 冰川学研究 u 大气科学
空间第2章时间系统
其他
u 卫星定轨 u 空间环境 u 深空探测 u 月球重力 u 行星重力 u 天体测量
空间第2章时间系统
思考题
u 空间大地测量与传统大地测量技术相比， 有何特点？
空间第2章时间系统
授时
u 授时系统可通过电话、网络、无线电、电视、专用长波和 短波电台以及卫星等设施向用户传递准确的时间信息和频 率信息。
u 不同的方法具有不同的传递精度，其方便程度也不相同， 以便满足不同用户的不同需要。
空间第2章时间系统
时间服务
u 目前，国际上有多家单位在测定和维持多个时间系统和时 间框架，并通过多种方法将有关的时间和频率信息播发给 用户，这些工作称为时间服务。
u 试述空间大地测量的应用，以读书报告形 式提交电子版，按班级发到教师电邮中。
空间第2章时间系统
•第2章 时间系统
•刘智敏
•山东科技大学
空间第2章时间系统
主要内容
1 预备知识 2 恒星时和太阳时 3 历书时 4 原子时 5 空间大地测量中的长时间计时方法
空间第2章时间系统
1有关时间的基本概念
u 现代大地测量学上，空间和时间参考系形成四维大地测量学
空间第2章时间系统
2020/1量应用
u 地球表面的整体形状和重力场及其时变 u 平均地球椭球的大小 u 全球参考框架的建立和维持 u 精化大地水准面 u 大地测量基准之间的相互转换 u 建立国家大地测量基准和全球基准的转换 u 建立陆海基准统一和传递
空间第2章时间系统
空间第2章时间系统
周日视运动
u 由于地球每天自西向东自转一周，造成了太阳每天早上从东方 升起，晚上又从西方落下的自然现象。因为这种现象是地球自 转造成的人的视觉效果，所以天文学上把太阳的这种运动叫做 周日视运动。
u 月亮的周日视运动大家也很熟悉，所不同的是月亮每天升起的 时间变化比较大，平均每天比前一天晚升起50分钟
u 世界时系统 u 恒星时ST u 平太阳时 u 世界时UT0, UT1, UT2
u 力学时DT u 太阳系质心力学时TDB u 地球质心力学时TDT
u 原子时 u 国际原子时IAT u 协调世界时UTC u GPST
空间第2章时间系统
2.世界时系统 地球的自转运动是连续的，且比较均匀。最早建立的时
u 若以T表示地球质心力学时TDT与世界时UT1之 间的时差，则可得： T=TDT-UT1=IAT-UT1+32.184S
空间第2章时间系统
5.协调世界时(Coordinated universal Time— UTC)
u 在进行大地天文测量、天文导航和空间飞行器的跟踪 定位时，仍然需要以地球自转为基础的世界时。
u GPS时与协调时之间关系 GPST=UTC+ 1S n-19s
u 到1987年，调整参数n为23，两系统之差为4秒，到1992年调整 参数为26，两系统之差已达7秒。
空间第2章时间系统
u 时间系统及其关系
空间第2章时间系统
时间传递
u 为了建立和维持TAI，需要把分布在世界各地的时间中心和时 间实验室中的两百多台原子钟所确定的时间通过高精度的时 间传递技术统一送往国际计量局BIPM，由BIPM采用特定的算 法进行数据处理后生成TAI。
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n称北黄极，靠近 南天极的交点s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。
在天文学和卫星大地测量学中，春 分点和天球赤道面是建立参考系 的重要基准点和基准面。
空间第2章时间系统
时间系统
u 为精密导航和测量需要，全球定位系统建立了专用的时间系统 ，由GPS主控站的原子钟控制。
u GPS时属于原子时系统，秒长与原子时相同，但与国际原子时 的原点不同，即GPST与IAT在任一瞬间均有一常量偏差。 IAT-GPST = 19s
u GPS时与协调时的时刻，规定在1980年1月6日0时一致，随着时 间的积累，两者的差异将表现为秒的整数倍。
变化的影响，世界时UT2不是一个严格均匀的时间系统。 • 在GPS测量中，主要用于天球坐标系和地球坐标系之间的转换计
算。
空间第2章时间系统
3.原子时（Atomic Time——AT）
u 物质内部的原子跃迁所辐射和吸收的电磁波频率，具有很 高的稳定度和复现性，由此建立的原子时成为最理想的时 间系统。
时
世界时与平太阳时的时间尺度相同，起算点不同。 • 1956年以前，秒被定义为一个平太阳日的1/86400，是以地球自
转这一周期运动作为基础的时间尺度。 • 由于自转的不稳定性，在UT中加入极移改正得UT1。 • 加入地球自转角速度的季节改正得UT2。 • 虽然经过改正，其中仍包含地球自转角速度的长期变化和不规则
u 在GPS定位中，地球质心力学时，作为一种严格均匀的时间尺 度和独立的变量，被用于描述卫星的运动。
空间第2章时间系统
u TDT的基本单位是国际制秒（SI），与原子时 的尺度一致。
u 国际天文学联合会（IAU）决定，1977年1月1 日原子时（IAT）零时与地球质心力学时的严 格关系如下： TDT=IAT+32.184S
空间第2章时间系统
由上可知，利用GPS进行精密导航和定位，尽可 能获得高精度的时间信息是至关重要的。
时间的含义： • 包含了“时刻”和“时间间隔”两个概念。 • 时刻是指发生某一现象的瞬间。在天文学和卫星
定位中，与所获取数据对应的时刻也称历元。 • 时间间隔是指发生某一现象所经历的过程，是这
一过程始末的时间之差。 • 时间间隔测量称为相对时间测量 • 而时刻测量相应称为绝对时间测量
u 原子时秒长的定义:位于海平面上的铯133原子基态的两个 超精细能级，在零磁场中跃迁辐射震荡9192631770周所持 续的时间为一原子时秒。原子时秒为国际制秒（SI）的时 间单位。
u 原子时的原点为AT=UT2-0.0039s u 不同的地方原子时之间存在差异，为此，国际上大约100
座原子钟，通过相互比对，经数据处理推算出统一的原子 时系统，称为国际原子时（International Atomic Time——IAT） u 在卫星测量中，原子时作为高精度的时间基准，普遍用于 精密测定卫星信号的传播时间。
空间第2章时间系统
u 测量时间必须建立一个测量的基准，即时间的单位（尺 度）和原点（起始历元）。
u 其中时间的尺度是关键，而原点可根据实际应用加以选 定。
u 符合下列要求的任何一个可观察的周期运动现象，都可 用作确定时间的基准： u 运动是连续的、周期性的。 u 运动的周期应具有充分的稳定性。 u 运动的周期必须具有复现性，即在任何地方和时间， 都可通过观察和实验，复现这种周期性运动。
天球子午面与天球子午圈：包含天 轴并经过天球上任一点的平面为天 球子午面，该面与天球相交的大圆 为天球子午圈。
空间第2章时间系统
时圈：通过天轴的平面与天球相交 的半个大圆。
黄道：地球公转的轨道面与天球相 交的大圆，即当地球绕太阳公转 时，地球上的观测者所见到的太 阳在天球上的运动轨迹。黄道面 与赤道面的夹角称为黄赤交角， 约23.50。
u 假设一个参考点的视运动速度等于真太阳周年运动的平均速 度，且在天球赤道上作周年视运动，这个假设的参考点在天 文学中称为平太阳
u 平太阳连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一平太阳日， 包含24个平太阳时
u 平太阳时也具有地方性，常称为地方平太阳时或地方平时
空间第2章时间系统
世界时（Universal Time——UT） 以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时称为世界
u 较为著名的有国际计量局（BIPM）的时间部（提供国际原 子时和协调世界时）、美国还据天文台（提供GPS时）， 我国国内的时间服务是由国家授时中心NTSC提供的。