空間-第2章時間系統(tǒng)ppt課件

1、學習空間大地丈量應具備的根底知識1人衛(wèi)軌道實際2有關歲差、章動、極移及地球自轉的知識3時間系統(tǒng)和坐標系統(tǒng)4大氣延遲5數(shù)學6數(shù)字信號處置7通訊大地丈量運用地球外表的整體外形和重力場及其時變平均地球橢球的大小全球參考框架的建立和維持精化大地水準面大地丈量基準之間的相互轉換建立國家大地丈量基準和全球基準的轉換建立陸?；鶞室恢潞蛡魉偷厍騽恿W地殼運動、板塊運動極移和地球自轉地心運動固體潮、海潮、極潮構造活動冰川學研討大氣科學其他衛(wèi)星定軌空間環(huán)境深空探測月球重力行星重力天體丈量思索題空間大地丈量與傳統(tǒng)大地丈量技術相比，有何特點？試述空間大地丈量的運用，以讀書報告方式提交電子版，按班級發(fā)到教師電郵中。第2

2、章 時間系統(tǒng)劉智敏山東科技大學主要內容1 預備知識2 恒星時和太陽時3 歷書時4 原子時5 空間大地丈量中的長時間計時方法1有關時間的根本概念現(xiàn)代大地丈量學上，空間和時間參考系構成四維大地丈量學在天文學和空間科學技術中，時間系統(tǒng)是準確描畫天體和衛(wèi)星運轉位置及其相互關系的重要基準也是利用衛(wèi)星進展定位的重要基準。 1有關時間的根本概念在GPS衛(wèi)星定位中，時間系統(tǒng)的重要性表如今：GPS衛(wèi)星作為高空觀測目的，位置不斷變化，在給出衛(wèi)星運轉位置同時，必需給出相應的瞬間時辰。例如當要求GPS衛(wèi)星的位置誤差小于1cm，那么相應的時辰誤差應小于2.6 10-6s。 GPS衛(wèi)星運轉速度平均約為3.9km/s準確地

3、測定觀測站至衛(wèi)星的間隔，必需精細地測定信號的傳播時間。假設要間隔誤差小于1cm，那么信號傳播時間的測定誤差應小于3 10-11s (光速度約為3 108m/s )由于地球的自轉景象，在天球坐標系中地球上點的位置是不斷變化的，假設要求赤道上一點的位置誤差不超越1cm，那么時間測定誤差要小于2 10-5s。(地球自轉平均速度470m/s) 由上可知，利用GPS進展精細導航和定位，盡能夠獲得高精度的時間信息是至關重要的。 時間的含義：包含了“時辰和“時間間隔兩個概念。時辰是指發(fā)生某一景象的瞬間。在天文學和衛(wèi)星定位中，與所獲取數(shù)據對應的時辰也稱歷元。時間間隔是指發(fā)生某一景象所閱歷的過程，是這一過程始末

4、的時間之差。時間間隔丈量稱為相對時間丈量而時辰丈量相應稱為絕對時間丈量丈量時間必需建立一個丈量的基準，即時間的單位尺度和原點起始歷元。其中時間的尺度是關鍵，而原點可根據實踐運用加以選定。符合以下要求的任何一個可察看的周期運動景象，都可用作確定時間的基準：運動是延續(xù)的、周期性的。運動的周期應具有充分的穩(wěn)定性。運動的周期必需具有復現(xiàn)性，即在任何地方和時間，都可經過察看和實驗，復現(xiàn)這種周期性運動。 在實際中，因所選擇的周期運動景象不同，便產生了不同的時間系統(tǒng)。在GPS定位中，具有重要意義的時間系統(tǒng)包括世界時系統(tǒng)、力學時和原子時三種。守時守時系統(tǒng)被用來建立和維持時間頻率基準，確定任一時辰的時間。守時系

5、統(tǒng)還可以經過時間頻率丈量和比對技術來評價和維持該系統(tǒng)的不同時鐘的穩(wěn)定度和準確度，并據此給出不同的權重，以便用于多臺鐘來共同建立和維持時間框架。 授時授時系統(tǒng)可經過、網絡、無線電、電視、公用長波和短波電臺以及衛(wèi)星等設備向用戶傳送準確的時間信息和頻率信息。不同的方法具有不同的傳送精度，其方便程度也不一樣，以便滿足不同用戶的不同需求。 時間效力目前，國際上有多家單位在測定和維持多個時間系統(tǒng)和時間框架，并經過多種方法將有關的時間和頻率信息播發(fā)給用戶，這些任務稱為時間效力。較為著名的有國際計量局BIPM的時間部提供國際原子時和協(xié)調世界時、美國還據天文臺提供GPS時，我國國內的時間效力是由國家授時中心NT

6、SC提供的。 1.天球的根本概念 天球：指以地球質心為中心，半徑r為恣意長度的一個假想球體。 天軸與天極：地球自轉軸的延伸直線為天軸，天軸與天球的交點Pn(北天極)Ps(南天極)稱為天極。 天球赤道面與天球赤道：經過地球質心與天軸垂直的平面為天球赤道面，該面與天球相交的大圓為天球赤道。 天球子午面與天球子午圈：包含天軸并經過天球上任一點的平面為天球子午面，該面與天球相交的大圓為天球子午圈。時圈：經過天軸的平面與天球相交的半個大圓。黃道：地球公轉的軌道面與天球相交的大圓，即當?shù)厍蚶@太陽公轉時，地球上的觀測者所見到的太陽在天球上的運動軌跡。黃道面與赤道面的夾角稱為黃赤交角，約23.50。黃極：經過

7、天球中心，垂直于黃道面的直線與天球的交點。接近北天極的交點n稱北黃極，接近南天極的交點s稱南黃極。春分點：當太陽在黃道上從天球南半球向北半球運轉時，黃道與天球赤道的交點。在天文學和衛(wèi)星大地丈量學中，春分點和天球赤道面是建立參考系的重要基準點和基準面。時間系統(tǒng)世界時系統(tǒng)恒星時ST平太陽時世界時UT0, UT1, UT2力學時DT太陽系質心力學時TDB地球質心力學時TDT原子時國際原子時IAT協(xié)調世界時UTCGPST2.世界時系統(tǒng) 地球的自轉運動是延續(xù)的，且比較均勻。最早建立的時間系統(tǒng)是以地球自轉運動為基準的世界時系統(tǒng)。由于察看地球自轉運動時所選取的空間參考點不同，世界時系統(tǒng)包括恒星時、平太陽時和

8、世界時。 恒星時(Sidereal TimeST) 以春分點為參考點，由春分點的周日視運動所確定的時間稱為恒星時。 春分點延續(xù)兩次經過本地子午圈的時間間隔為一恒星日，含24個恒星小時。 恒星時以春分點經過本地子午圈時辰為起算原點，在數(shù)值上等于春分點相對于本地子午圈的時角，同一瞬間不同測站的恒星時不同，具有地方性，也稱地方恒星時。周日視運動由于地球每天自西向東自轉一周，呵斥了太陽每天早上從東方升起，晚上又從西方落下的自然景象。由于這種景象是地球自轉呵斥的人的視覺效果，所以天文學上把太陽的這種運動叫做周日視運動。月亮的周日視運動大家也很熟習，所不同的是月亮每天升起的時間變化比較大，平均每天比前一天

9、晚升起50分鐘像太陽和月亮一樣，滿天的繁星也不是每天都固定在星空中某個地方不動，它們也是每天都在作周日視運動，只不過很多人都沒有留意到恒星的這種運動罷了。 平太陽時Mean Solar TimeMT 由于地球公轉的軌道為橢圓，根據天體運動的開普勒定律，可知太陽的視運動速度是不均勻的，假設以真太陽作為察看地球自轉運動的參考點，那么不符合建立時間系統(tǒng)的根本要求。假設一個參考點的視運動速度等于真太陽周年運動的平均速度，且在天球赤道上作周年視運動，這個假設的參考點在天文學中稱為平太陽平太陽延續(xù)兩次經過本地子午圈的時間間隔為一平太陽日，包含24個平太陽時平太陽時也具有地方性，常稱為地方平太陽時或地方平常

10、世界時與平太陽時的時間尺度一樣，起算點不同。1956年以前，秒被定義為一個平太陽日的1/86400，是以地球自轉這一周期運動作為根底的時間尺度。由于自轉的不穩(wěn)定性，在UT中參與極移矯正得UT1。參與地球自轉角速度的季節(jié)矯正得UT2。雖然經過矯正，其中仍包含地球自轉角速度的長期變化和不規(guī)那么變化的影響，世界時UT2不是一個嚴厲均勻的時間系統(tǒng)。在GPS丈量中，主要用于天球坐標系和地球坐標系之間的轉換計算。世界時Universal TimeUT以平子夜為零時起算的格林尼治平太陽時稱為世界時 3.原子時Atomic TimeAT物質內部的原子躍遷所輻射和吸收的電磁波頻率，具有很高的穩(wěn)定度和復現(xiàn)性，由此

11、建立的原子時成為最理想的時間系統(tǒng)。原子時秒長的定義:位于海平面上的銫133原子基態(tài)的兩個超精細能級，在零磁場中躍遷輻射震蕩9192631770周所繼續(xù)的時間為一原子時秒。原子時秒為國際制秒SI的時間單位。原子時的原點為AT=UT2-0.0039s不同的地方原子時之間存在差別，為此，國際上大約100座原子鐘，經過相互比對，經數(shù)據處置推算出一致的原子時系統(tǒng)，稱為國際原子時International Atomic TimeIAT在衛(wèi)星丈量中，原子時作為高精度的時間基準，普遍用于精細測定衛(wèi)星信號的傳播時間。在天文學中，天體的星歷是根據天體動力學實際建立的運動方程而編算的，其中所采用的獨立變量是時間參數(shù)

12、T，這個數(shù)學變量T定義為力學時。根據描畫運動方程所對應的參考點不同，力學時分為：太陽系質心力學時Barycentric Dynamic TimeTDB是相對于太陽系質心的運動方程所采用的時間參數(shù)。地球質心力學時Terrestrial Dynamic TimeTDT是相對于地球質心的運動方程所采用的時間參數(shù)。在GPS定位中，地球質心力學時，作為一種嚴厲均勻的時間尺度和獨立的變量，被用于描畫衛(wèi)星的運動。4.力學時Dynamic TimeDTTDT的根本單位是國際制秒SI，與原子時的尺度一致。國際天文學結合會IAU決議，1977年1月1日原子時IAT零時與地球質心力學時的嚴厲關系如下： TDT=IA

13、T+32.184S假設以T表示地球質心力學時TDT與世界時UT1之間的時差，那么可得： T=TDT-UT1=IAT-UT1+32.184S在進展大地天文丈量、天文導航和空間飛行器的跟蹤定位時，依然需求以地球自轉為根底的世界時。但由于地球自轉速度有長期變慢的趨勢，近20年，世界時每年比原子時慢約1秒，且兩者之差逐年積累。為防止發(fā)播的原子時與世界時之間產生過大偏向，從1972年采用了一種以原子時秒長為根底，在時辰上盡量接近于世界時的一種折衷時間系統(tǒng)，稱為世界協(xié)調時或協(xié)調時。5.協(xié)調世界時(Coordinated universal TimeUTC)采用潤秒或跳秒的方法，使協(xié)調時與世界時的時辰相接近

14、。即當協(xié)調時與世界時的時辰差超越0.9s時，便在協(xié)調時中引入一潤秒(正或負)。普通在12月31日或6月30日末參與，詳細日期由國際地球自轉效力組織IERS安排并通告。協(xié)調時與國際原子時的關系定義為： IAT=UTC+1S nn為調整參數(shù)，由IERS發(fā)布。為精細導航和丈量需求，全球定位系統(tǒng)建立了公用的時間系統(tǒng)，由GPS主控站的原子鐘控制。GPS時屬于原子時系統(tǒng)，秒長與原子時一樣，但與國際原子時的原點不同，即GPST與IAT在任一瞬間均有一常量偏向。 IAT-GPST = 19sGPS時與協(xié)調時的時辰，規(guī)定在1980年1月6日0時一致，隨著時間的積累，兩者的差別將表現(xiàn)為秒的整數(shù)倍。GPS時與協(xié)調時

15、之間關系 GPST=UTC+ 1S n-19s到1987年，調整參數(shù)n為23，兩系統(tǒng)之差為4秒，到1992年調整參數(shù)為26，兩系統(tǒng)之差已達7秒。6. GPS時間系統(tǒng)GPST時間系統(tǒng)及其關系時間傳送為了建立和維持TAI，需求把分布在世界各地的時間中心和時間實驗室中的兩百多臺原子鐘所確定的時間經過高精度的時間傳送技術一致送往國際計量局BIPM，由BIPM采用特定的算法進展數(shù)據處置后生成TAI。由BIPM建立和維持的UTC或者由各時間中心建立和維持的部分地域的UTC也需求經過適當?shù)臅r間傳送方法傳送給不同的用戶運用，運用戶在所需的精度范圍內與規(guī)范時間堅持同步。因此，時間傳送無論是對于時間系統(tǒng)的建立和維

16、持，還是對于時間系統(tǒng)的實踐運用都具有主要作用。 時間傳送 短波無線電時號 長波無線電時號 電視比對 搬運鐘法 利用衛(wèi)星進展時間比對 和計算機授時 網絡時間戳效力 歷法 陰歷陰陽歷陽歷根本概念所謂歷法，就是如何方便地協(xié)調年、月、日這三種時間單位的方法，即安排年、月、日的法那么。 年是指回歸年365.2422天，是季節(jié)變化的周期。 月是指朔望月29.5306天，是月相盈虧的周期。 日是指太陽日嚴厲說是平太陽日，是晝夜交替的周期。 日是歷法的根本單位，必需堅持完好，不被分割，因此歷年不同于回歸年，歷月不同于朔望月。 歷法首先是為了農業(yè)消費效力的。古人無法準確丈量回歸年，只能采用觀象授時來預告農事進程

17、，這里的授時是指定季節(jié)，觀象授時就是觀測自然景象來判別農事季節(jié)。地象授時：野人無歷日、鳥啼知四時。春天聞布谷鳥叫，該是插秧的季節(jié)；秋天見野菊花，就該種麥子。天象授時：觀測天空景象，來判別農事季節(jié)，有斗柄授時、中星授時、晷影授時等。歷法實踐上就是觀象授時的閱歷總結。 歷法分類 古代總是要同時思索朔望月和回歸年這兩個天文周期。因此，它有歷月和歷年兩個側面：根據朔望月安排歷月，又根據回歸年安排歷年?；貧w年和朔望月這兩個周期彼此不能通約。而天是整數(shù)。因此，歷法普通分為三類：太陰歷陰歷、太陽歷陽歷、陰陽歷。 偏重協(xié)調朔望月和歷月關系的叫太陰歷，簡稱陰歷。偏重協(xié)調回歸年和歷年關系的就叫太陽歷，簡稱陽歷。兼

18、顧朔望月和回歸年、歷月和歷年的就叫陰陽歷。 比較起來，原始的歷法是陰歷，歷史上曾一度占優(yōu)勢的陰陽歷，當前世界上通行的是陽歷。 無論哪一類歷法，都有一個協(xié)調歷日周期和天文周期的關系問題。原那么上，歷月應力求等于朔望月，歷年應力求等于回歸年。但是由于朔望月和回歸年都不是完好的日數(shù)，可以等于朔望月的只能是平均歷月，而不是每個歷月。等于回歸年的是平均歷年，而不是每個歷年。因此，歷月就須有大月和小月之分，歷年須有平年和閏年之別。經過大月和小月、平年和閏年的適當搭配和安排，使其平均歷月等于朔望月，平均歷年等于回歸年，這就是歷法的主要內容。 陰歷 陰歷的首要成分是歷月。按照朔望月的長度來頂歷月：大月30日，

19、小月29日，經過大小月的適當安排，使其平均歷月接近朔望月。因此，陰歷歷日的輪轉表達月相的變化，晦朔弦望都在一定的日期出現(xiàn)。陰歷其次才參考回歸年的長度來低能它的歷年。12個朔望月相加，最接近回歸年。所以，陰歷以12個歷月的累積為它的歷年。陰歷是從歷月派生出來的，并非獨立的計時單位。 陰歷的根本原那么：平均歷月=朔望月平均歷年=朔望月*12陰歷的優(yōu)點是：它的每一日都代表一定的日期。它的缺陷是：12個朔望月的總天數(shù)為29.5306*12=354.3672天，比回歸年短10.8750天。因此，陰歷的月序就沒有季節(jié)意義。只需經過17年，陰歷日期同季節(jié)邊發(fā)生了倒置，譬如，某年新年在瑞雪紛飛中到來，那么17

20、年之后便要揮扇過年了。運用這樣的歷法，自然不能滿足農業(yè)消費的需求?；貧v 回歷是根據朔望月的日數(shù)定它的歷月：大約30日，小月29日。全年12個歷月中，逢單為大約，逢雙為小月。平均歷月為29.5天，平均歷年長度為354天。由于其平均歷月比朔望月短0.0306日44min3s，這個差值經過360個歷月即30年后，積滿11日，所以回歷每30年中要安插11個閏年。每逢閏年，把當年的12月由小月改為大月，這一年便是355日。經過這樣的調整，回歷的平均歷月非常接近朔望月。 回歷是月光初見來定每月初一。這一點不同我國的舊歷。我國舊歷是以日月合朔為每月初一。所謂月光初見，就是合朔之后第一次傍晚時見到的峨眉月?；?/p>

21、歷平年為354日，30年11閏，平均歷年為354.3666日，要比回歸年短10.8756日。二者之比約為32：33.大體上說，在32個陽歷年期間，回歷要多出一個歷年。 陰陽歷 陰陽歷是陰歷向陽歷開展的一種過渡性歷法，是三類歷法中最為復雜的一類。它試圖同時協(xié)調朔望月和歷元、回歸年和歷年之間的關系：既要維持一月中的晦朔弦望，又要照顧一年中的春夏秋冬，同時兼顧陰歷和陽歷。但是，要完全做到這一點是不能夠的，普通它偏重的是陰歷成分。因此，陰陽歷可以說是一種特殊的陰歷，是一種改良了的陰歷。 陰陽歷的陰歷成分表達在它的歷月是按月相循環(huán)，以朔望月為規(guī)范安排大月和小月，與陰歷完全一樣。其陽歷成分表如今它是以回歸

22、年所相當?shù)乃吠聰?shù)為規(guī)范1回歸年=12.3683朔望月，安排平年和閏年。閏年時設置閏月，使其平均歷年接近回歸年。 陰歷的平均歷年為354.3672日，比回歸年要短10.8750日。為了控制這個差值，不使其增大，待差值累計滿一個歷月時，陰陽歷便在當年補上這個額外的一月，稱為閏月。有閏月的年就稱為閏年。閏年有13個歷月，計384/383日。在總年數(shù)中，閏年數(shù)站36.83%。19個回歸年的日數(shù)與235個朔望月的日數(shù)近乎相等。因此，19個陰歷年中，安插有7個閏月，便使陰陽歷的平均歷年接近回歸年，這就是我國最早運用的“十九年七閏法。 陰陽歷的根本原那么為：平均歷月=朔望月平均歷年=12.3683朔望月=

23、回歸年經過閏月安排，陰陽歷的歷月同季節(jié)的關系變化，普通不會超越1個月。 中國舊歷 我國的傳統(tǒng)歷法，普通稱為夏歷或者農歷。所謂夏歷，是由于它以冬至所在的歷月為十一月，這一點同先秦時代的夏歷一樣。當它并非是先秦是時代的夏歷，更不是傳說中的夏朝的歷法。所謂農歷，是指我國寬廣農民長期根據它所附載的二十四氣安排農事進程。其實，二十四氣不屬陰陽歷范疇，它本身是以匯總特殊方式的陽歷。真正的農歷應該是陽歷，而不是陰陽歷。 我國的傳統(tǒng)歷法具有陰陽歷的特點：按照朔望月安排大月和小月，力求使平均歷月等于朔望月；又根據回歸年所相當?shù)乃吠聰?shù)安排平年和閏年，力求使平均歷年等于回歸年。同時，我國的傳統(tǒng)歷法還有與眾不同的特

24、點： 我國傳統(tǒng)歷法子秦漢以來，不斷是陰陽歷和二十四氣并行。陰陽歷本身用于普通記事，二十四氣用來指點農業(yè)消費。 我國傳統(tǒng)歷法對于日序和月序的編排，以及大月和小月、平年和閏年，不像普通歷法采用長期安排的方法，而是強調逐年逐月推算，因此更加縝密和合理。 我國傳統(tǒng)歷法還采用一套獨特的紀時制度-干支。 二十四氣按照太陽黃經劃分，子春分點起，每隔黃經15為以氣，順序為春分、清明、谷雨、立夏、小滿、芒種、夏至、小暑、大暑、立秋、處暑、白露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒、立春、雨水、驚蟄。是古人參照天文季節(jié)、氣候物象以及農事意義而擬定的。二十四氣又分為節(jié)氣和中氣。我國傳統(tǒng)歷法以十二節(jié)氣

25、把回歸年分成十二個節(jié)月，每個節(jié)月各有一個節(jié)氣和一個中氣，節(jié)氣是節(jié)月的起點，中氣是節(jié)月的中點。二十四氣與太陽黃經嚴厲對應，純屬陽歷范疇，是陽歷的一種特殊方式。因此，我國傳統(tǒng)歷法，本質上是陰陽歷與陽歷的合歷，稱為陰陽合歷。 干支即為主干和分支，二者是相互依存和配合的整體。我國古時以天為主，一地為輔：天同干相關聯(lián)，叫做天干；地同支相聯(lián)絡，稱為地支。兩者合稱為天干地支，簡稱干支。天干共十個：甲乙丙丁戊己庚辛壬癸；地支有十二個：子丑寅卯辰巳午未申酉戍亥。天干和地支循環(huán)搭配，以60為一周，周而復始，用于紀年、紀月、紀日和紀辰。 陽歷 如今世界上通行的公歷是一種陽歷。陽歷的首要成分是歷年。它是按照回歸年長度

26、設計的：平年為365日，被舍去的尾數(shù)為0.2422日，積4年后滿1日，置上一個366日的閏年，使其平均歷年接近或者等于回歸年。陽歷其次是參考朔望月的長度，把1年分為12個歷月。平均歷月為30.4368日。因此，大月為31日，小月為30日。大月數(shù)占43.68%，小月數(shù)占56.32%。 陽歷的根本原那么為平均歷年=回歸年平均歷月=回歸年/12陽歷歷日的輪轉表達太陽的周年運動和季節(jié)的輪回。因此，每一歷日都有大致不變的太陽黃經和相當確切的季節(jié)含義。 從儒略歷到格里歷 現(xiàn)行的陽歷前身稱為儒略歷，是儒略.凱撒于公元前46年仿照古埃及歷法制定的。它定365日為一年，每4年1閏，平年365日，閏年366日，平

27、均歷年為365.25日。在制定歷月方面，儒略歷運用均勻，6個大月和6個小月，大小月相間：逢單為大，逢雙為小。超出的1日從二月扣去，使其成為一個特殊小月29日，閏年時才改為30日。 儒略.凱撒于次年公元前45年遇刺身亡，其臣僚們?yōu)榱裟钏贫ㄐ職v法的功績，決議將凱撒出生的月份七月改稱為儒略月(July)。但是凱撒死后，原定每隔3年一閏，被誤解為每3年1閏。這就使得儒略歷每12年就多置一閏。從公元前45年至公元前9年的36年中，呵斥了3日的誤差。為了糾正這個誤差，奧古斯特大帝下令：自公元前9年到公元3年，不安排任何閏年。自公元4年起，實行4年1閏。在公元前27年，奧古斯特把本人的生日八月冠上本人的名字，即奧古斯特月August，并將8月改為大月。同時將9月以后改成逢單為小