第二章时间系统精要.ppt

学习空间大地测量应具备的基础知识 （1）人卫轨道理论 （2）有关岁差、章动、极移及地球自转的知识 （3）时间系统和坐标系统 （4）大气延迟 （5）数学 （6）数字信号处理 （7）通讯 …… 大地测量应用 地球表面的整体形状和重力场及其时变 平均地球椭球的大小 全球参考框架的建立和维持 精化大地水准面 大地测量基准之间的相互转换 建立国家大地测量基准和全球基准的转换 建立陆海基准统一和传递 地球动力学 地壳运动、板块运动 极移和地球自转 地心运动 固体潮、海潮、极潮 构造活动 冰川学研究 大气科学 其他 卫星定轨 空间环境 深空探测 月球重力 行星重力 天体测量 思考题 空间大地测量与传统大地测量技术相比，有何特点？ 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。 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 1有关时间的基本概念 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 在天文学和空间科学技术中，时间系统是 精确描述天体和卫星运行位置及其相互关系的重要基准 也是利用卫星进行定位的重要基准。 1有关时间的基本概念 在GPS卫星定位中，时间系统的重要性表现在： GPS卫星作为高空观测目标，位置不断变化，在给出卫星运行位置同时，必须给出相应的瞬间时刻。例如当要求GPS卫星的位置误差小于1cm，则相应的时刻误差应小于2.6 ?10-6s。 （ GPS卫星运行速度平均约为3.9km/s） 准确地测定观测站至卫星的距离，必须精密地测定信号的传播时间。若要距离误差小于1cm，则信号传播时间的测定误差应小于3 ?10-11s (光速度约为3 ?108m/s ) 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，则时间测定误差要小于2 ?10-5s。 (地球自转平均速度470m/s) 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 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）。 其中时间的尺度是关键，而原点可根据实际应用加以选定。 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： 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。 在实践中，因所选择的周期运动现象不同，便产生了不同的时间系统。在GPS定位中，具有重要意义的时间系统包括世界时系统、力学时和原子时三种。 守时 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，并据此给出不同的权重，以便用于多台钟来共同建立和维持时间框架。 授时 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。 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。 时间服务 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。 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。 1.天球的基本概念 天球：指以地球质心为中心，半径r为任意长度的一个假想球体。 天轴与天极：地球自转轴的延伸直线为天轴，天轴与天球的交点Pn(北天极)Ps(南天极)称为天极。 天球赤道面与天球赤道：通过地球质心与天轴垂直的平面为天球赤道面，该面与天球相交的大圆为天球赤道。 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。 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。 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