第二章、GPS坐标系统和时间系统

1、第二章全球定位系统坐标系统和时间系统，主要内容，2.1天球和天球坐标系统，2.2协议地球坐标系统，2.3全球定位系统坐标系统，2.4时间系统，2.1.1天球主要点，线和圆，2.1天球和天球坐标系统，它们被定义为以空间中某一点为中心的无限半径球体。在天文学中，参考坐标通常以天球为基础，天球分为直立天球、地心天球、日心天球、天顶(z)和天底(z)天轴(PP)、天极(南天极和北天极)、天球赤道、天球子午面、天球子午圆、上赤道点Q和下赤道点Q、天球子午和南北(e、w、s、n)时圆上的主要点、春分点和秋分点、春分点和秋分点。 坐标原点、坐标系三要素、坐标轴指向、坐标指示参数、2.1.2天球坐标系和天球坐

2、标系是建立在天球和天球上的点线圈基础上的坐标系，天球坐标系的定义是根据不同的天球中心来划分日心坐标系。 根据天球坐标系的分类，赤道坐标系的时间角以天球赤道、子午面和上赤道点为基础，用赤纬和时间角T表示，右赤道坐标系以天球赤道为基础，用赤经和赤纬表示，时间圆通过春分点和春分点，黄道坐标系以天球黄道为基础，用经度L和黄维表示，经度圆通过春分点。视差可以分为年视差(恒星视差)和周日视差。地心、站中心和日心天体坐标系之间的关系，视差，地心、站中心和日心天体坐标系之间的关系，恒星：赤经和赤纬都用来表示人造地球卫星；赤经、赤纬和距离分别表示不同的天球坐标、天球赤道坐标系(，R)和天球直角坐标系(x，y，z

3、)，天球赤道坐标系和天球直角坐标系，进动和章动分别是瞬时平天极、瞬时天球赤道和瞬时平春分点(只考虑进动)，进动章动对天球坐标的影响，进动章动引起的春分点位置的变化，瞬时真天极， 瞬时天球真赤道和瞬时真春分点(考虑进动和章动的综合影响)，进动章动对天球坐标的影响，特定时刻天球坐标系与天球坐标系的平面天球坐标系的一致性，天球坐标系(CIS)(1)，目前国际上被天球坐标系国际大地测量协会和国际天球协议联合会采用，确定从1984年1月1日起，平面天球坐标系Z轴指向J2000.0， 平春分Z轴指向J2000.0，平春分X轴指向J2000.0。目前，国际上采用的天球坐标系国际大地测量协会和国际天文协定联合

4、会决定从1984年1月1日开始采用，对于12小时(J2000.0)平天球坐标系，Z轴指向J2000.0，平春分X轴指向J2000.0，同意执行协议天体坐标系(CIS)(2)，特定时间的真实天体坐标，章动校正，特定时间的平坦天体坐标，J2000.0(约定天体坐标)，进动校正，1。地球直角坐标系的定义原点与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向地球赤道面和格林威治子午线圆的交点，Y轴位于赤道面2.2地球坐标系协议，图2-2笛卡尔坐标系和大地坐标系，2。大地坐标系的定义地球椭球的中心与地球质心和短轴的中心重合地球笛卡尔坐标系和地球大地坐标系如图2-2所示：对于同一个空间点，笛卡尔坐标系和大地坐标系

5、的参数之间有以下转换关系：3。地心坐标系的坐标原点位于地球的中心，而地心坐标系和参考坐标系不位于地球的中心。地心坐标系和参考坐标系的特点地心坐标系适合全球应用。参考坐标系适用于局部应用，有利于使局部大地水准面符合参考椭球，保持国家坐标系的稳定性，并对地心坐标保密。定义：由于地球内外的各种动力因素，地球相对于旋转轴产生相对运动，从而引起地球磁极的运动。这种现象被称为极移。极移，包括杰德拉分量(周期1.2年)和年分量，是通过测量纬度ILS(后来的IPMS)的变化、BIH国际协会的原点CIO(1900-1905年平均地球极点)、岁差、章动和岁差以及章动引起的天体坐标的变化来确定的。 瞬时(真实)地球

6、坐标系的Z轴与瞬时地球旋转轴重合或平行的地球坐标系，平面地球坐标系的Z轴指向空间中的一个固定点(平极)的地球坐标系，平面地球坐标(X，Y，Z)与瞬时(真实)地球坐标(X，Y，Z)之间的转换关系，瞬时(真实)在1884年早期的经度零点，美国华盛顿的国际经度会议定义通过英国格林威治天文台艾里仪器中心的子午线是全球统一的起点起始子午线和赤道的交点称为天文经度零点。受板块运动、局部地壳运动和极移以及经度零点问题的影响，通过多个观测站联合维护格林威治标准子午线，可以减小板块运动、局部地壳运动和观测误差的影响。穿过CIO和CIO-BIH经度零点的天文经度零点的子午线称为起始子午线，其与CIO赤道的交点称为

7、赤道参考点或CIO-BIH经度零点。几种常用坐标系之间的关系，观测时的真天体坐标系，进动和章动校正，旋转SG角，观测时的真地球坐标系，平地球坐标系，极移校正，某一时期的平天体坐标系，WGS-84坐标系，2.3 GPS坐标系，国际地球参考系(ITRF)，北京54旧坐标系，北京54新坐标系，WGS-84椭球体及其相关常数：WGS-84采用的椭球体是国际地球联合会第17届大会推荐的大地常数值它的四个基本参数，WGS-84坐标系和WGS-84定义：WGS-84是通过修改NSWC9Z-2参考系的原点和标度变化并旋转其参考子午面使其与BIH定义的零子午面一致而获得的一个新参数。WGS-84坐标系的原点在地

8、球的质心，Z轴指向由BIH1984.0定义的CTP方向。 X轴指向比1984.0的零子午面与赤道的交点，Y轴、Z轴和X轴构成右手坐标系。 这是一个立体坐标系。长半径：a=63781372(m)；重力常数：GM=3986005108 m3-20.6108 m3-2；归一化二阶谐波系数：C20 C20=-484.1668510-61.310-9；-9；J2=10826310-8，地球自转角速度：=729211510-11RADS-10.15010-11RADS-1，国际地球参考系(ITRF)，由IERS(国际地球自转服务)建立，它由全世界数百个单反、甚长基线干涉和全球定位系统站组成。IGS精密星历

9、的Z轴指向CIO，CIO由单反、甚长基线干涉和全球定位系统维护。它提供站坐标和速度场信息。WGS84与ITRF的关系。WGS84地面站的坐标精度为1米至2米，ITRF为厘米级精度。重力常数不同。WGS-84与ITRF的关系，WGS84与ITRF的换算关系，(1北京坐标(4)方向不明确。(3)几何大地测量和物理大地测量的参考平面不一致。坐标来源：陕西省泾阳县永乐镇。参考椭球：1975年国际椭球。1980年国家大地坐标系(GDZ80)，平差方法：天文大地网整体平差。特点：(1)采用1975年的国际椭球。(2)同心大地坐标系是1954年在北京坐标系的基础上建立的。(3)椭球似大地水准面是中国最接近的

10、，是多点定位。(4)方向明确。(5)地球的起源位于中国中部。(6)大地基准采用1956年黄海高程。新的1954年北京坐标系(BJ54 new)是1980年由国家大地坐标系(GDZ80)转换而来的。坐标来源：陕西省泾阳县永乐镇。新1954北京坐标系(BJ54新)，参考椭球：Krasovsky椭球。调整方法：天文大地网的整体调整。BJ54的新特点是：(1)采用克拉索夫斯基椭球。(2)是由GDZ80和BJ54集成而成的参考中心坐标系。(3)采用多点定位。但椭球体和大地水准面在中国并不是最合适的。(4)方向明确。(5)大地测量原点与GDZ80相同，但大地测量起始数据不同。(6)大地基准采用1956年黄

11、海高程。(7)与BJ54相比，椭球参数相同，方向相似但不同。(8)BJ54旧和BJ54新没有全国统一的转换参数，只能在本地转换。2.4时间系统，沙瓶-沙漏，世界时，时间系统分类，力小时，原子时间，全球定位系统时间，恒星时间，参考点：春分定义：春分两次通过本地子午圈的时间间隔为一个恒星日。由此推导出“小时”、“分钟”和“秒”的单位。当它属于一个地方。它在数值上等于春分点相对于当地子午线圆的小时角。有两点，即加斯特-格林威治视在侧时间和GMST-格林威治标准侧时间，太阳时，参考点：太阳定义：太阳中心连续两次通过当地子午圈的时间间隔为一个太阳日。由此推导出“小时”、“分钟”和“秒”的单位。当它属于一

12、个地方。在数值上等于太阳中心相对于局部子午线圆的小时角。中午(0h)和午夜(12h)，有视太阳时(t)和平太阳时(m)，真太阳日和平太阳日，平太阳年视运动轨迹在赤道面上。运动的角速度是恒定的，等于真实太阳的平均角速度。视太阳时和平太阳时之间关系的定义：格林威治子午线零点的民用时间称为世界时。UT0，UT1，UT2，世界时，问题的推导：不均匀的极移和地球自转(长期趋势减缓，有短期变化和季节性变化)UT0:未修正的世界时，UT1:有极移修正的世界时()UT2:有极移修正的世界时()和地球自转速度的季节性修正(Ts)，定义：根据太阳系中的行星，历书是基于太阳系中天体旋转的时间系统， 其中规定1900

13、年1月1日的12个回归年长度的1/31556925.9747是一个历书秒。 此时，历书时间在数值上与世界时相同，其后续关系是：地球动力学时间内太阳系质心力时的上止点和下止点之差是由相对论效应引起的。1967年10月，第13届国际度量衡大会通过定义，零磁场下海平面铯133(Cs33)两个超精细能级跃迁的辐射振荡持续9192631770周，即一个原子时间。(原子时和秒长的定义)，在2.4.3原子时，最初规定at和UT2在1958年1月1日零时相同，但实际差值为0.0039秒，即(AT-UT2)1958.0=-0.0039秒。(原子时的定义)，世界时协调世界时与闰秒协调世界时的时间长度相同，世界时协调世界时和世界时之间的差异保持在0.9秒以内(通常在6月30日的24小时内或12月31日的24小时内跳跃秒)，正闰秒(增加1秒)和负闰秒(减少1秒)。1977年，国际原子时IAT成立。通过对100个原子钟的