第二章GPS测量中所涉及的时间系统和坐标系统精要.ppt

时间的两个基本概念：时间间隔和时刻 时刻是指发生在某一现象的瞬间。在GPS测量学中，与所获数据对应的时刻也称为历元。 时间间隔是指事物运动处于两个（瞬间）状态之间所经历的时间过程，是指某一事件发生的始末时刻之差。 时间间隔测量也称为相对时间测量，时刻测量则被称为绝对时间测量。 GPS测量中时间的重要性 GPS卫星以3.9 KM/S左右的速度围绕地球高速运动，在给出卫星运行位置的同时，必须给出相应的瞬间时刻。当我们要求观测瞬间的卫星位置误差≤1CM时，相应观测时刻的误差应≤2.6×10-6秒； GPS测量是通过观测卫星信号的传播时间来确定卫星至接收机间的距离，进而确定观测站的位置。若要求该距离的误差≤1cm，则信号传播时间的测量误差应≤3×10-11秒。 由于地球的自转现象，在天球坐标系中，地球上点的位置是不断变化的。若要求赤道上一点的位置误差不超过1cm，则时刻的测定误差须小于2×10-5秒。（地球自转速度约3km/s） 时间系统和时间系统框架 时间系统规定了时间测量的标准，包括时刻的参考基准（起点）和时间间隔测量的尺度基准，其中时间的尺度是关键。它是由定义和相应的规定从理论上进行阐述。 时间系统框架通过守时、授时以及时间频率测量和比对技术在某一区域或全球范围内来实现和维持统一的时间系统的。 时间基准 条件 运动是连续的、周期性的； 运动周期必须稳定； 运动周期必须具有复现性，即要求在任何时间和地点都可以通过观测和试验来复现这种周期运动。 常用的时间基准 早期的燃香和沙漏 地球自转周期，是建立世界时的时间基准，其稳定度为1×10-8 行星绕太阳的公转周期以及月球绕地球的公转周期，是建立历书时的时间基准，其稳定度为1×10-10； 电子、原子的谐波振荡，是建立原子时的时间基准，其稳定度为1×10-14。 脉冲星的自转周期，其稳定度为1×10-19。 守时系统（时钟） 守时系统被用来建立和维持时间频率基准，确定任一时刻的时间。守时系统还可以通过时间间频率测量和比对技术来评价和维持该系统的不同时钟的稳定度和准确度，并据此给与不同的权重，以便用多台钟来共同建立和维持时间系统的框架。 时钟是一种重要的守时工具，可以连续的告诉用户任意时刻对应的时间。由频率标准(频标)，计数器，显示和输出装置等部件所组成。其中频标通常用具有稳定周期的振荡器来担任(例如晶体振荡器)。计数器则用来记录振荡的次数。 频率准确度 定义：指振荡器所产生的实际振荡频率与其理论值（标准值）之间的相对偏差，反映时钟钟速的一个技术指标。 计算公式： 频率漂移率 定义：频率准确度在单位时间内的变化量，简称频漂，反映了钟速的变化率，也称老化率。据单位时间的取值的不同，频漂有日频漂率，周频漂率，月频漂率，年频漂率之分。 计算公式： 频率稳定度 定义：频标在一定的时间间隔内所输出的平均频率的随机变化程度，由频标内部的各种噪声产生的。各类噪声对频率随机变化的影响程度和影响方式是不同的，采样时间不同，获得的频率稳定度也是不同的。在给出频率稳定度时，必须同时给出采样时间，例如日稳定度为10-13等。 频率稳定度是反映时钟质量的最主要的技术指标。频率准确度和频漂反映了钟的系统误差，其数值即使较大也可以通过与标准时间进行比对予以确定并加以改正。而频率稳定度则反映了钟的随机误差，我们只能从数理统计的角度来估计其大小，而无法进行改正。 计算公式（阿伦方差平方根）： 授时：通过电话，电视，计算机网络，无线电，专用长波和短波电台和卫星等设施向用户传递准确的时间信息和频率信息。 时间比对：用户通过授时系统实现高精度的时间比对，授时实际上是用户与标准时间的时间比对。 几个基本概念 天球：地球质心为原点，半径无穷大 天轴：地球自转轴的延伸直线 北／南天极：天轴与天球的交点 天球赤道：地球赤道面与天球相交的大圆 天球子午面：包含天轴并通过地球上任一点的平面 天球黄道：地球公转轨道面与天球相交的大圆 黄赤交角：天球赤道和天球黄道的交角，约为23.44o 春/秋分点：天球赤道和天球黄道的交点 太阳由赤道以南向北穿越的交点（春分点） Sidereal Time —ST定义：以地球自转作为时间基准，以春分点作为参考点，由春分点的周日视运动所确定的时间系统。春分点连续两次经过地方上子午圈的时间间隔为一恒星日。恒星时在数值上等于春分点相对于本地子午圈的时角。由于恒星时是以春分点通过本地上子午圈为起点的，所以它是一种地方时。 由于岁差和章动的影响，地球自转轴在空间的方向是不断变化的，春分点在天球上的位置并不固定，故有真春分点和平春分点之分。相应的恒星时也有真恒星时和平恒星时之分。 格林尼治真恒星时GAST：真春分点与经度零点（格林尼治子午线与赤道的交点）间夹角 格林尼治平恒星时GMST：平春分