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第四章 坐标系统和时间系统. 空间固定的坐标系 协议地球坐标系 站心坐标系 WGS84 坐标系 时间系统 时间标示法. 第四章 坐标系统和时间系统. 坐标系分类 空间固定坐标系 与地球固联坐标系. P n. P s. §4.1 协议天球坐标系. 1 、天球的概念及其重要点、线、面. P n. II n. M. P s. II s. §4.1 协议天球坐标系. 1 、天球的概念及其重要点、线、面. 天轴. 天球子午圈. P n : 北天极 P s : 南天极 II n : 黄北极 II s : 黄南极. 黄道. 天球赤道.
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第四章坐标系统和时间系统 • 空间固定的坐标系 • 协议地球坐标系 • 站心坐标系 • WGS84坐标系 • 时间系统 • 时间标示法
第四章坐标系统和时间系统 坐标系分类 • 空间固定坐标系 • 与地球固联坐标系
Pn Ps §4.1协议天球坐标系 1、天球的概念及其重要点、线、面
Pn IIn M Ps IIs §4.1协议天球坐标系 1、天球的概念及其重要点、线、面 天轴 天球子午圈 Pn: 北天极 Ps: 南天极 IIn: 黄北极 IIs: 黄南极 黄道 天球赤道 春分点
2、天球坐标系 z S（x,y,z） y x 赤经 赤纬 天球子午面 Pn r M 春分点
3、岁差与章动 P’n IIn Pn 黄道 岁差:在日、月和其他天体的作用下，地球自转轴方向不再保持不变，使春分点在黄道上产生缓慢的西移现象。 以北黄极Ⅱn 为中心，以黄赤交角ε为半径的小圆上西移，约50.371”/年。
3、岁差与章动 章动椭圆 岁差、章动叠加 IIn 18.6年 章动:在日、月等引力因素的影响下，瞬时北天极绕瞬时平北天极产生旋转的现象。 瞬时北天极绕瞬时平北天极产生旋转，近似椭圆，长半径9.2”，周期约18.6年
4、协议天球坐标系 选择某一时刻 t0 作为标准历元，将此刻地球的瞬时自转轴和地心至瞬时春分点的方向，经该瞬时岁差和章动改正后，分别作为z轴和x轴的指向，称为所取标准历元 t0 时刻的平天球坐标系或协议天球坐标系。 国际大地测量协会（IAG）和国际天文联合会(IAU)决定，从1984年1月1日后启用的协议天球坐标系，坐标轴指向是以2000年1月15日为标准历元的平赤道和平春分点所定义。
z Pn P’n z’ y x y’ x’ 5、协议天球坐标系到瞬时天球坐标系的转换 • 协议天球坐标系到瞬时平天球坐标系的转换（岁差旋转）
瞬时平天球坐标系到瞬时天球坐标系的转换（章动旋转）瞬时平天球坐标系到瞬时天球坐标系的转换（章动旋转）
ε、Δε、Δφ分别为黄赤交角、交角章动及黄经章动。ε、Δε、Δφ分别为黄赤交角、交角章动及黄经章动。 Δε、Δφ一般用非常复杂的级数展开式表示
Z P(X,Y,Z) Y X §4.2协议地球坐标系 1、地球坐标系的定义 北极点 起始子午面 H M
2、极移和协议地球坐标系 极移：地球自转轴相对地球体的位置并不固定，造成地极点在地球表面上的位置随时间而变化的现象。 国际天文联合会和国际大地测量学协会，建议采用国际上5个纬度服务站，以1900年至1905年的平均纬度所确定的平均地极位置作为基准点，称为国际协议原点（conventionalinternational origin，CIO）。
y 1971.0 1975.0 CIO x 以协议地极为基准点的地球坐标系，称为协议地球坐标系（conventioal terrestrial system，CTS）。
3、顺时地球坐标系到协议地球坐标系的转换 ZT ZCTS xp 格林尼治平子午线 yp M YCTS 协议赤道 XCTS YT 顺时赤道 XT
岁差、章动旋转 旋转瞬时春分点时角 极移旋转 4、协议天球坐标系到协议地球坐标系的转换 两坐标系之间的关系： 1）原点相同，均位于地球质心； 2）瞬时天球坐标系的z轴和瞬时地球坐标系的Z轴指向相同； 3）瞬时天球坐标系的x轴和瞬时地球坐标系的X轴指向不同，其间夹角为春分点的格林尼治恒心时。 协议天球坐标 瞬时天球坐标 瞬时地球坐标 协议地球坐标
§4.3站心坐标系 Z P Y X 1、站心地平直角坐标系和站心极坐标系 天顶距Z 方位角A ZH XH YH 空间距离 D H M
2、协议地球坐标到站心地平直角坐标的转换 Z’ Z P Y’ X’ Y X ZH XH YH M
N 10 30 50 70 23 站心极坐标系应用 6 25 16 20 1
§4.4WGS84坐标系 1、WGS84坐标系的定义 协议地球坐标系 原点：地球质心M Z轴：指向BIH1984.0定义的协议地极 X轴：指向BIH1984.0定义的零子午面与CTP相应的赤道交点 Y轴：垂直于XMZ平面，构成右手直角坐标系
2、WGS84椭球参数 WGS84椭球： 1) 长半轴：a＝6378137±2m 2)扁率：f =1/298.257 3)地球引力常数：GM＝（39686005×108±0.6×108）m3/s2 4)正常二阶带谐系数C2.0＝-484.16685×10-6±0.6×10-6 5)地球自转角速度 ＝（7292115×10-11±0.150×10-11）rad/s
§4.5时间系统 GPS定位中时间系统的意义 1) GPS卫星在不断运动，要求其位置观测误差小于1cm，则时刻误差小于2.6×10-6s 2) GPS接收机通过测量信号传播时间而确定距观测卫星的距离，要求距离观测误差小于1cm，则时间测定误差小于3.0×10-11s 3）地球在不断自转，要求赤道上位置测量误差小于1cm，则时间测定误差小于2.1×10-5s
1、时间的概念 时间包含“时刻”和“时间间隔”。 时刻：指发生某一现象的瞬间，也称为历元。 时间间隔：指发生某一现象所经历的过程，是这一过 程始末时刻之差。 时间基准： • 运动是连续的，周期性的 • 运动的周期应具有充分的稳定性 • 运动的周期必须具有复现性，即要求任何地方和时间，都可以通过观测和实验，复现这种周期性运动
2、世界时系统 • 恒星时(siderdal 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。春分点连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一恒星日。 • 平太阳时(mean solar time, MT) 平太阳连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一个平太阳日。 • 世界时(universal time, UT) 以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时。
由于地球自转的不稳定性，破坏了建立时间系统的基本条件，为了弥补这一缺陷，从1956年开始，在世界时中引入极移改正和地球自转速度的季节性改正。由于地球自转的不稳定性，破坏了建立时间系统的基本条件，为了弥补这一缺陷，从1956年开始，在世界时中引入极移改正和地球自转速度的季节性改正。 未经改正的世界时表示为UT0 经极移改正后表示为UT1 再经地球自转速度季节性变化改正后表示为UT2 相互关系为: UT1 = UT0 + UT2 = UT1 +
3、原子时（atomic time，AT） • 以物质内部原子运动的特征为基础而建立的时间系统。 • 原子时秒长：位于海平面上的Cs133原子基态两个超精细能级，在零磁场中跃迁辐射振荡9192631770周所持续的时间。 • 原子时的原点： 1958年1月1日0时0分0秒UT的瞬间作为同年同月同日0时0分0秒的原子时。 但事后发现，在该瞬间原子时与世界时的时刻之差为0.0039秒 AT = UT2 – 0.0039 (s)
4、力学时（dynamic time，DT） • 定义：在天文学中，天体的星历是根据天体动力学理论建立的运动方程而编算的，其中所采用的独立变量是时间参数T，变量T被定义为力学时。 • 分类：根据运动方程和对应参考点的不同分： • 太阳系质心力学时，相对于太阳系质心的运动方程所采用的时间参数。 • 地球质心力学时，相对于地球质心的运动方程所采用的时间参数。
5、协调世界时（coordinate universial time，UCT） 协调时： 从1972年采用一种以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的时间系统。 做法：采用闰秒（或跳秒）的办法，使协调时与世界时的差小于0.9s 而协调时与原子时的关系为： IAT ＝ UTC ＋ 1’×n
6、GPS时间系统 • 属于原子时系统，秒长与原子时相同 • GPS时间与国际原子时有不同的原点 IAT－ GPST＝ 19(s) • GPS时间与协调时的时刻，规定1980年1月6日0时相一致，其后随时间积累 GPST=UTC+ 1’×n－19’’
UT1 UTC 7s 4s GPST 19s IAT 32.184s TDT 1987 1992 1980
历法：年、月、日、时、分、秒 用于日常生活，表示季节、天气的变化 儒略日：用连续数值表示时间的方法 用于科学计算 约化儒略日：从儒略日中减去2400000.5 §4.6时间标示法
周秒：从1980年1月6日0时开始起算的周数＋每周内从周六/日子夜开始起算的秒数周秒：从1980年1月6日0时开始起算的周数＋每周内从周六/日子夜开始起算的秒数 1980年1月6日0时0分0秒 第0周第0秒 2009年2月1日0时0分0秒 第1517周0秒 • 年积日：从每年1月1日开始累计的天数 2009年2月1日 第32天 RINEX文件的5-7个字符为观测时刻的年积日
