GPS定位原理及应用 NEW 第二章 GPS坐标系统及时间系统.ppt

第二章 坐标系统和时间系统 3、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时。世界时与平太阳时的尺度基准相同，其差别（12小时)仅在于起算点不同。 世界时系统是以地球的自转为基础的。但是前已指出。随着科学技术的发展，人们发现，地球自转轴在地球内部的位置并不是固定的，即有极移现象并且地球的自转速度也不均匀，它不仅包合有长期的减缓趋势，而且还具有一些短周期的变化和季节性的变化，情况甚为复杂。 第二章 坐标系统和时间系统 这样一来，地球自转的不稳定性，就破坏了上述建立时间系统的基本条件。为了弥补这一缺陷，从1956年开始，1）在世界时UT0中引入了极移改正,得到世界时UT1（含有地球自转速度变化的影响）； 2）在UT1中加入地球自转速度的季节性改正得到世界时UT2。 UT2虽经地球自转季节性变化的改正，但仍含有地球自转速度长期变化和不规则变化的影响，所以世界时UT2仍不是一个严格均匀的时间系统。 世界时系统在天文学、大地天文学中有着广泛的应用。在GPS测量中，其主要用于天球坐标系与地球坐标系之间的转换等项计算工作。 第二章 坐标系统和时间系统 随着空间科学技术和现代天文学与大地测量学新技术的发展和应用，对时间准确度和稳定度的要求不断提高。以地球自转为基础的世界时系统，已难以满足要求。为此，人们从20世纪50年代，便建立了以物质内部原子运动的特征为基础的原子时间系统。 因为物质内部的原子跃迁所辐射和吸收的电磁波频率，具有很高的稳定性和复现性，所以由此而建立的原子时，便成为当代最理想的时间系统。 三、原子时(Atomic Time——TA) 第二章 坐标系统和时间系统 原子时秒长的定义为：位于海平面上的铯原子基态两个超精细能级，在零磁场中跃迁辐射振荡9 192 631 770周所持续的时间，为一原子时秒。该原子时秒作为国际制秒(SI)的时间单位。 这一定义严格地确定了原子时的尺度，而原子时的原点由下式确定： TA=UT2-0.0039 s 在卫星大地测量学中，原子时作为高精度的时间基准，普遍地用于精密测定卫星信号的传播时间。 第二章 坐标系统和时间系统 原子时出现，得到了迅速的发展和广泛的应用，许多国家都建立了各自的地方原子时系统。但不同的地方原子时之间存在着差异。为此，国际上大约有100座原子钟，通过相互比对，并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——ATI）。 原子时是通过原子钟来守时和授时的。因此，原子钟振荡器频率的准确度和稳定度便决定了原子时的精度。 第二章 坐标系统和时间系统 当前常用的几种频率标准的特性，如下表所列。 第二章 坐标系统和时间系统 四、协调世界时(Coordinate Universal Time—UTC) 在许多应用部门，如大地天文测量、导航和空间飞行器的跟踪定位等部门，当前仍需要以地球自转为基础的世界时。但是，由于地球自转速度长期变慢的趋势，近二十年来，世界时每年比原子时约慢1秒，两者之差逐年积累。为了避免发播的原子时与世界时之间产生过大的偏差，所以，从1972年便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的时间系统，这种时间系统称为协调世界时(UTC)，或简称协调时。 第二章 坐标系统和时间系统 协调世界时的秒长严格等于原子时的秒长，采用闰秒(或跳秒)的办法使协调时与世界时的时刻相接近。当协调时与世界时的时刻超过±0.9s 时，便在协调时中引入一闰秒(正或负)，闰秒一般在12月31日或6月30日末加入。具体日期由国际时间局安排并通告。 为了使采用世界时的用户得到精度较高的UT1时刻，时间服务部门发播协调时(UTC)时号的同时，还给出UT1与UTC的差值。这样用户便可容易地由UTC得到相应的UT1。目前，几乎所有国家时号的发播，均以UTC为基准。时号发播的同步精度约为± 0.2ms。 第二章 坐标系统和时间系统 五、GPS时（GPST) 为了精密导航和定位的需要，全球定位系统(GPS)建立了专用的时间系统。该系统可简写为GPST，由GPS的主控站原子钟所控制。 GPS时属原子时系统，其秒长与原子时相同，但与国际原子时具有不同的起点。所以，GPST与ATI在同一瞬间均有一常量偏差，其间关系为 ATI- GPST＝19(s） 第二章 坐标系统和时间系统 GPS时与协调时的时刻，