2、時間系統(tǒng)課件

空間大地測量學(xué)第二章、時間系統(tǒng)1

空間大地測量學(xué)1第二章時間系統(tǒng)§2.1、相關(guān)預(yù)備知識§2.2、恒星時和太陽時§2.3、歷書時§2.4、原子時§2.5、原子鐘§2.6、脈沖星時§2.7、相對論框架下的時間系統(tǒng)§2.8、時間傳遞§2.9、空間大地測量中的常用計時方法2第二章時間系統(tǒng)§2.1、相關(guān)預(yù)備知識22.1

相關(guān)的預(yù)備知識時間是一個非常重要的物理量，例如：

GPS衛(wèi)星以3.9KM/S左右的速度圍繞地球高速運動。當(dāng)我們要求觀測瞬間的衛(wèi)星位置誤差≤1CM時，所給出的觀測時刻的誤差應(yīng)≤2.6×10-6秒。用測距碼進(jìn)行偽距觀測時，若要求該距離的誤差≤0.1米，則信號傳播時間的測量誤差應(yīng)≤3×10-10秒。2.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念32.1相關(guān)的預(yù)備知識時間是一個非常重要的物理量，例如：2.2.1

相關(guān)的預(yù)備知識

時間包含了兩種概念，時間間隔和時刻。

時間間隔是指事物運動處于兩個(瞬間)狀態(tài)之間所經(jīng)歷的時間過程，它描述了事物運動在時間上的連續(xù)狀況。

時刻是指發(fā)生在某一現(xiàn)象的時間。

時間系統(tǒng)規(guī)定了時間測量的標(biāo)準(zhǔn)，包括時刻的參考基準(zhǔn)和時間間隔的尺度基準(zhǔn)。

時間系統(tǒng)框架通過守時、授時和時間頻率測量比對技術(shù)在某一區(qū)域或全球范圍內(nèi)來實現(xiàn)和維持統(tǒng)一的時間系統(tǒng)。2.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念2.1

相關(guān)的預(yù)備知識2.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念42.1相關(guān)的預(yù)備知識時間包含了兩種概念，時間間隔和時刻。1.時間基準(zhǔn)時間測量所需要的公共標(biāo)準(zhǔn)：時間的起算基準(zhǔn)時間的起算基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)一起決定事件發(fā)生的時刻時間的尺度基準(zhǔn)尺度基準(zhǔn)決定兩事件之間的時間間隔，也就是決定時段2.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念51.時間基準(zhǔn)2.1.1有關(guān)時間的一些基本概念51.時間基準(zhǔn)時間基準(zhǔn)的條件某種運動可作時間基準(zhǔn)的條件運動是連續(xù)、周期性的運動周期充分穩(wěn)定運動周期必須具有復(fù)現(xiàn)性沙漏游絲擺輪的擺動石英晶體的振蕩原子諧波振蕩2.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念61.時間基準(zhǔn)2.1.1有關(guān)時間的一些基本概念61.時間基準(zhǔn)主要時間基準(zhǔn)及其依賴的運動:地球自轉(zhuǎn)--是建立世界時的時間基準(zhǔn)，其穩(wěn)定度為1×10-8（UT2）2.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念71.時間基準(zhǔn)2.1.1有關(guān)時間的一些基本概念71.時間基準(zhǔn)主要時間基準(zhǔn)及其依賴的運動:行星繞太陽的公轉(zhuǎn)運動（開普勒運動）--建立歷書時的時間基準(zhǔn)，其穩(wěn)定度為1×10-102.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念81.時間基準(zhǔn)2.1.1有關(guān)時間的一些基本概念81.時間基準(zhǔn)主要時間基準(zhǔn)及其依賴的運動:原子諧波振蕩--建立原子時的時間基準(zhǔn)，其穩(wěn)定度為1×10-10。2.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念91.時間基準(zhǔn)2.1.1有關(guān)時間的一些基本概念92.守時系統(tǒng)定義被用來建立和維持時間頻率基準(zhǔn)，確定任一時刻的時間的系統(tǒng)（時鐘）。方法通過時間頻率測量和比對技術(shù)來評價和維持該系統(tǒng)的不同時鐘的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度，并據(jù)此給與不同的權(quán)重，以便用多臺鐘來共同建立和維持時間系統(tǒng)的框架。2.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念102.守時系統(tǒng)2.1.1有關(guān)時間的一些基本概念103.授時過程通過授時設(shè)施向用戶傳遞準(zhǔn)確的時間信息和頻率信息。服務(wù)用戶不同用戶有著不同的精度和方便程度需要，為此建立了不同的傳遞精度、和不同方便程度授時方法，滿足他們需求：電話、網(wǎng)絡(luò)、無線電、專用長波和短波電臺，電視、衛(wèi)星等授時單位和機構(gòu)國際計量局(BIPM)的時間部(提供國際原子時和協(xié)議世界時)；美國海軍天文臺(提供GPS時)；我國時間服務(wù)由國家授時中心(NTSC)提供；2.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念113.授時2.1.1有關(guān)時間的一些基本概念11yZXrM2.1.2

天球的基本概念天球是為了研究天體視位置和視運動而引進(jìn)的一個假想的天球，其定義為以任一點為球心，以無窮大為半徑所做的球體。12yZXrM2.1.2天球的基本概念天球是為了研究天（1）天軸和天極過天球中心并平行于地球自轉(zhuǎn)軸的直線稱為天軸；天軸與天球的交點稱為天極，其中：北天極PN南天極PS。（2）天球赤道面及天球赤道通過天球中心M作一個與天軸垂直的平面，該平面稱為天球赤道面。天球赤道面與天球的交線稱為天球赤道。PNrMPS天球赤道2.1.2

天球的基本概念13（1）天軸和天極PNrMPS天球2.1.2天球的基本概念1（3）天頂和天底過測站點的鉛垂線向上方延伸與天球的交點稱為該點的(天文)天頂。向下方延伸與天球的交點稱為該點的(天文)天底。（4）天球子午面與子午圈通過天軸及某點的天頂所做的平面稱為天球子午面。天球子午面與天球的交線稱為天球子午圈。rMPNPS天球赤道天球子午圈2.1.2

天球的基本概念14（3）天頂和天底rMPNPS天球赤道天球子午圈2.1.2天（5）時圈通過天軸的平面與天球相交而形成的半個大圓稱為時圈。（6）黃道地球繞日公轉(zhuǎn)的軌道平面與天球的交線稱為黃道。在地球上觀測太陽時，太陽在黃道上進(jìn)行視運動。黃道平面與赤道平面的夾角稱為黃赤交角ε

，大約為23.5°。MPNPS天球赤道天球子午圈ε黃道ПN

ПS2.1.2

天球的基本概念15（5）時圈MPNPS天球天球ε黃道ПNПS2.1.2天球

（7）黃極過天球中心作垂直于黃道平面的垂線，該垂線與天球的交點稱為黃極。（8）春分點黃道和赤道的交點稱為春分點和秋分點。其中太陽從天球南半球穿越赤道進(jìn)入北半球時的交點稱為春分點。春分點、北天極，以及天球赤道等是建立天球坐標(biāo)系中重要的基準(zhǔn)點和基準(zhǔn)面。MPNPS春分點秋分點天球子午圈ε黃道ПN

ПS天球赤道2.1.2

天球的基本概念16（7）黃極MPNPS春分點天球ε黃道ПNПS天球2.1.

地球自轉(zhuǎn)是一種連續(xù)性的周期性運動。早期由于受觀測精度和計時工具的限制，人們認(rèn)為這種自轉(zhuǎn)是均勻的，所以被選作時間基準(zhǔn)。恒星時和太陽時都是以地球自轉(zhuǎn)作為時間基準(zhǔn)的，其主要差異在于量測自轉(zhuǎn)時所選取的參考點不同。2.2

恒星時和太陽時17地球自轉(zhuǎn)是一種連續(xù)性的周期性運動。2.2恒星時和太陽時1

恒星時是以春分點作為參考點的。春分點連續(xù)兩次經(jīng)過地方上子午圈的時間間隔為一恒星日。以恒星日為基礎(chǔ)均勻分割而獲得恒星系統(tǒng)中的“小時”、“分”和“秒”。

由于章動的影響，地球自轉(zhuǎn)軸在空間的方向是不斷變化的，故春分點有真春分點和平春分點之分。相應(yīng)的恒星時也有真恒星時和平恒星時之分。真恒星時也即真春分點的地方時角記為LAST，平恒星時也即平春分點的地方時角記為LMST，這兩者只差即為真春分點和平春分點之差，為黃經(jīng)章動，為黃赤交角。2.2

恒星時和太陽時2.2.1

恒星時（SiderealTime,ST）2.2

恒星時和太陽時2.2.1

恒星時（SiderealTime,ST）18恒星時是以春分點作為參考點的。春分點連續(xù)兩次經(jīng)過地方上子1.真太陽時

真太陽時是以太陽中心作為參考點的，太陽中心連續(xù)兩次經(jīng)過某地的上子午圈的時間間隔稱為一個真太陽日；再均勻分割為小時、分和秒。由于地球圍繞太陽的公轉(zhuǎn)軌道為一橢圓，其運動角速度是不相同的，再加上地球公轉(zhuǎn)是位于黃道平面，而時角是在赤道平面量度這一因素，故真太陽時的長度是不相同的。2.2

恒星時和太陽時2.2.2

太陽時（SolarTime,ST）191.真太陽時2.2恒星時和太陽時2.2.2太陽時（Sol2.平太陽時

用一個假太陽來代替真太陽。這個假太陽也和真太陽一樣在做周年視運動，但有兩點不同：其周年視運動軌跡位于赤道平面而不是黃道平面；它在赤道上的運動角速度是恒定的，等于真太陽的平均角速度。我們稱這個假太陽為平太陽；以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)，以上述的平太陽中心作為參考點而建立起來的時間系統(tǒng)稱為平太陽時。2.2.2

太陽時（SolarTime,ST）202.平太陽時2.2.2太陽時（SolarTime,ST2.2.2

太陽時（SolarTime,ST）2.平太陽時由于平太陽是一個假想的看不見的東西，所以可以通過直接觀測真太陽然后再根據(jù)真太陽和平太陽之間的關(guān)系將真太陽時化為平太陽時，但精度不高。也可以通過觀測恒星，然后化算為平太陽時。真太陽時與平太陽時之差稱為，即 其值可以從天文年歷中查取。一年中，其數(shù)值在-14m24s至+16m21s間變化212.2.2太陽時（SolarTime,ST）2.平太陽4.世界時民用時是一種地方時。同一瞬間，位于不同經(jīng)線上的民用時是不同的。1884年在華盛頓召開的國際子午線會議決定,將全球分為24個標(biāo)準(zhǔn)時區(qū)。從格林尼治零子午線起，向東西各7.5°為0時區(qū)，然后向東每隔150為一個時區(qū)，分別記為1、2、3、······23時區(qū)。在同一時區(qū)統(tǒng)一采用該時區(qū)中央子午線的地方民用時，稱為區(qū)時。2.2.2

太陽時（SolarTime,ST）4.世界時民用時是一種地方時。同一瞬間，位于不同經(jīng)線上的民用時是不同的。1884年在華盛頓召開的國際子午線會議決定,將全球分為24個標(biāo)準(zhǔn)時區(qū)。從格林尼治零子午線起，向東西各7.5°為0時區(qū)，然后向東每隔150為一個時區(qū)，分別記為1、2、3、······23時區(qū)。在同一時區(qū)統(tǒng)一采用該時區(qū)中央子午線的地方民用時，稱為區(qū)時。2.2.2

太陽時（SolarTime,ST）224.世界時2.2.2太陽時（SolarTime,ST）yZX4.世界時格林尼治零子午線處的民用時(即零時區(qū)的區(qū)時)稱為世界時。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)：地球自轉(zhuǎn)軸在地球內(nèi)部的位置是在變化的，即存在極移現(xiàn)象；地球自轉(zhuǎn)的速度也是不均勻的。它不僅包含長期減緩的趨勢，而且還會有一些短周期的變化和季節(jié)性的變化，情況比較復(fù)雜。2.2.2

太陽時（SolarTime,ST）23yZX4.世界時2.2.2太陽時（SolarTime,2.2.2

太陽時（SolarTime,ST）4.世界時為了彌補上述缺陷，從1956年起，便在世界時UT中加入極移改正和地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性改正。由此得到的世界時分別稱為UT1和UT2。 式中，、分別為天文經(jīng)度和天文緯度。 是以貝塞爾年為單位的日期，；為儒略日。242.2.2太陽時（SolarTime,ST）4.世界時4.世界時在UT2中含有地球自轉(zhuǎn)速度的長周期的變化項和不規(guī)則的變化項，所以它仍不是一個嚴(yán)格的均勻的時間系統(tǒng)。由于世界時與太陽時保持密切的聯(lián)系，因而在天文學(xué)和人們的日常生活中被廣泛采用。但是這種時間系統(tǒng)在很多高科技高精度的應(yīng)用領(lǐng)域無法使用。2.2.2

太陽時（SolarTime,ST）254.世界時2.2.2太陽時（SolarTime,ST）定義為了避免世界時的不均勻性，1960年起引入了一種以地球繞日公轉(zhuǎn)周期為基礎(chǔ)的均勻時間系統(tǒng)，稱為歷書時。歷書時是一種以牛頓天體力學(xué)定律來確定的均勻時間，并成為牛頓時。歷書時的秒長為1980年1月0.5日所對應(yīng)的回歸年長度的1/31556925.9747(地球繞日公轉(zhuǎn)時兩次通過春分點的時間間隔為1回歸年)。歷書時的起點定義以1900年初太陽的平黃經(jīng)為的瞬間即1900年1月0日世界時12h作為歷書時1900年1月0日12h。歷書時的測量將觀測得到的天體位置與用歷書時計算得到的天體歷表比較，就能內(nèi)插出觀測瞬間的歷書時。2.3歷書時（EphemerisTime,ET）26定義2.3歷書時（EphemerisTime,ET）2缺陷太陽、月球、行星歷表中的位置與一些天文常數(shù)有關(guān)。若修改這些天文常數(shù)進(jìn)行，將導(dǎo)致歷書時的不連續(xù)；由于月球的視面積很大，邊緣又很不規(guī)則，很難精確找準(zhǔn)其中心的位置，所以求得的歷書時比理論精度要差的多；要經(jīng)過較長時間的觀測和數(shù)據(jù)處理才能得到準(zhǔn)確的時間；由于星表本身的誤差，同一瞬間觀測月球與觀測行星得出的歷書時ET可能不相同?，F(xiàn)狀1967年國際計量會議決定用原子時的秒長作為時間計量的基本單位；1976年國際天文協(xié)會又決定從1984年起在計算天體位置，編制星歷時用力學(xué)時取代歷書時。2.3歷書時（EphemerisTime,ET）27缺陷2.3歷書時（EphemerisTime,ET）21.原子時的定義

概念生產(chǎn)力的發(fā)展，科技水平的提高，要求高準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度的時間系統(tǒng)。原子能級躍遷時，會發(fā)射或吸收電磁波；電子波頻率很穩(wěn)定，以上現(xiàn)象很容易復(fù)現(xiàn)，所以原子可以作為很好的時間基準(zhǔn)。20世紀(jì)50年代建立了以物質(zhì)內(nèi)部原子運動為基礎(chǔ)的原子時。

秒長銫133元子基態(tài)，在兩個超精細(xì)的能級間躍遷輻射振蕩9192631770周所持取得時間為一個原子秒。

起點原子時的起算歷元1958年1月1日0h,其值與UT2相同。事實上(AT-UT2)1958.0=-0.0039s2.4原子時（AtomicTime,AT）281.原子時的定義2.4原子時（AtomicTime,A2.國際原子時(TempsAtomigueInternational—TAI

)原子時是由原子鐘來確定和維持的。但由于電子元器件及外部運行環(huán)境的差異，同一瞬間每臺原子鐘所給出的時間并不嚴(yán)格相同。為了避免混亂，有必要建立一種更為可靠、更為均勻、能被世界各國所共同接受的統(tǒng)一的時間系統(tǒng)—國際原子時TAI。TAI是1971年由國際時間局建立的。目前，依據(jù)全球58個時間實驗室(截止2006年12月)中大約240臺自由運轉(zhuǎn)的原子鐘所給出的數(shù)據(jù)，采用ALGOS算法將得到自由原子時EAL，再經(jīng)時間頻率基準(zhǔn)鐘進(jìn)行頻率修正后求得的；2.4原子時（AtomicTime,AT）292.國際原子時(TempsAtomigueInterna3.協(xié)調(diào)世界時(UTC：UniversalTimeCoordinated)穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性都很好的原子時能滿足高精確度時間間隔測量的要求，但有不少領(lǐng)域，如天文導(dǎo)航、大地天文學(xué)等又與地球自轉(zhuǎn)有密切關(guān)系，離不開世界時。為同時兼顧上述用戶的要求，國際無線電科學(xué)協(xié)會于20世紀(jì)60年代建立了協(xié)調(diào)世界時UTC。協(xié)調(diào)世界時的秒長嚴(yán)格等于原子時的秒長，而協(xié)調(diào)世界時與世界時UT間的時刻差規(guī)定需要保持在0.9秒以內(nèi)，否則將采取閏秒的方式進(jìn)行調(diào)整。2.4原子時（AtomicTime,AT）303.協(xié)調(diào)世界時(UTC：UniversalTimeCoo2.4原子時（AtomicTime,AT）***********************************************************************************IERS

BULLETIN-A****RapidService/PredictionofEarthOrientation*********************************************************************************30August2007Vol.XXNo.035GENERALINFORMATION:Toreceivethisinformationelectronically,contact:ser7@oruse</>MJD=JulianDate-2400000.5daysUT2-UT1=0.022sin(2*pi*T)-0.012cos(2*pi*T)-0.006sin(4*pi*T)+0.007cos(4*pi*T)

Wherepi=3.14159265…andTisthedateinBesselianyears.TT=TAI+32.184secondsDUT1=(UT1-UTC)transmittedwithtimesignals=-0.2secondsbeginning14June2007at0000UTCBeginning1January2006:TAI-UTC(BIPM)=33.000000secondsThecontributedobservationsusedinthepreparationofthisBulletinareavailableat<>.ThecontributedanalysisresultsarebasedondatafromVeryLongBaselineInterferometry(VLBI)，SatelliteLaserRanging(SLR)，theGlobalPositioningSystem(GPS)Satellites，LunarLaserRanging(SLR)，andMeteorologicalpredictionsofvariationsinAtmosphericAngular

Momentum(AAM).COMBINEDEARTHORENTATIONPARAMETERS:IERSRapidServiceMJDx’’error’’y’’error’’UT1-UTCserrors782454336.20660.00009.27735.00009-.162636.000013782554337.20470.00009.27498.00010-.162186.000012782654338.20298.00009.27257.00010-.161904.000015782754339.20179.00009.27040.00010-.161906.000013782854340.20091.00009.26860.00010-.162235.000013782954341.20007.00009.26701.00009-.162853.000048783054342.19941.00009.26548.00010-.163724.000057IERS所給出的地球定向參數(shù)312.4原子時（AtomicTime,AT）******4.GPS時GPS時是全球定位系統(tǒng)GPS使用的一種時間系統(tǒng)。它是由GPS的地面站和GPS衛(wèi)星中的建立和維持的一種原子時。其起點為1980年1月6日0h00m00s。在起始時刻GPS時與UTC對齊。國際上有專門單位在測定并公布C0值。2.4原子時（AtomicTime,AT）324.GPS時2.4原子時（AtomicTime,AT）5.GLONASS時GLONASS為滿足導(dǎo)航和定位的需要也建立了自己的時間系統(tǒng)。我們將其稱為GLONASS時。GLONASS時也存在跳秒，且與UTC保持一致。它們之間有下列關(guān)系：全球的時間中心和時間實驗室都可用自己的原子鐘來建立和維持一個“局部”UTC。如由美國海軍天文臺USNO所建立的和維持的UTC記為UTC(USNO)。而由BIPM建立和維持的全球統(tǒng)一的UTC則無需括號說明。2.4原子時（AtomicTime,AT）Date20070hUTCMJDC0/nsN0C1/nsN1JUN2854279-5.247-825.976JUN2954280-5.645-828.673JUN3054281-8.246-836.371JUL154282-7.844-834.783JUL254283-5.846-819.178JUL354284-3.445-826.780JUL454285-3.646-838.872UTC(TAI)與GPS時、GLONASS時之差335.GLONASS時2.4原子時（AtomicTime,概念根據(jù)原子在能級躍遷時所產(chǎn)生或吸收的電磁波的固有而穩(wěn)定的頻率所制作的時鐘稱為原子鐘。組成通常由原子頻標(biāo)、石英晶體振蕩器及伺服電路等部件組成。2.5原子鐘34概念2.5原子鐘342.5原子鐘2.5.1發(fā)展歷史1945年美國哥倫比亞大學(xué)的物理學(xué)家教授塞多·拉比(SadorRabi)提出利用原子磁共振技術(shù)可以制造高精度的時鐘。

1949年美國國家標(biāo)準(zhǔn)局NBS生產(chǎn)了世界上第一臺用氨分子作為振蕩源的原子鐘。

1952年它又研制出以銫原子作為振蕩源的銫原子鐘NBS—1。1955年英國國家物理實驗室NPL研制出第一臺長束(long—beam)銫原子鐘，英國皇家格林尼治天文臺用它來維持時間。此后NPL又與美國海軍天文臺合作來測定在歷書時1秒鐘銫原子躍遷的振蕩次數(shù)，頻率為9192631770Hz。國際計量協(xié)會正是根據(jù)這一結(jié)果來定義國際制秒長的。與此同時NationalCompany開始研制世界上第一臺商品化的銫原子鐘，這臺鐘于1956年完成，到1960年該公司共售出約50臺原子鐘得到了廣泛的應(yīng)用。2.5原子鐘2.5.1發(fā)展歷史352.5原子鐘2.5.1發(fā)展歷史1945年美國哥倫比亞大2.5原子鐘2.5.1發(fā)展歷史最近幾十年來隨著半導(dǎo)體激光技術(shù)、原子的激光冷卻與囚禁技術(shù)、離子囚禁技術(shù)、相干布居囚禁理論、鎖模飛秒脈沖技術(shù)(簡稱飛秒光梳)、原子的光晶格囚禁理論和技術(shù)、超穩(wěn)窄線寬激光技術(shù)等新理論和新技術(shù)的應(yīng)用,使原子鐘處于飛速發(fā)展的階段。原子鐘的性能指標(biāo)被不斷刷新，精度平均每10年提高一個數(shù)量級。目前精度最好的銫原子噴泉鐘的準(zhǔn)確度已達(dá)(4~5)×10-16。原子鐘已成為國家戰(zhàn)略資源，在相當(dāng)大的程度上反映了一個國家的科學(xué)技術(shù)水平。2.5原子鐘2.5.1發(fā)展歷史362.5原子鐘2.5.1發(fā)展歷史最近幾十年來隨著半2.5原子鐘2.5.2原子鐘的基本工作原理1.銫原子鐘的工作原理探測器銫原子輸出信號反饋線路AB磁鐵電爐磁鐵晶體振蕩器磁鐵磁鐵2.銣原子鐘和氫原子鐘的工作原理2.5原子鐘2.5.2原子鐘的基本工作原理372.5原子鐘2.5.2原子鐘的基本工作原理1.銫原子鐘的1.基準(zhǔn)型原子鐘基準(zhǔn)型原子鐘是在實驗室環(huán)境中運行的(對運行的外部條件有很高要求的)具有自我評價能力的最高精度的時間頻率標(biāo)準(zhǔn)。目前在全球已有15臺正在運行或正在研制的冷原子噴泉鐘。巴黎天文臺的三臺噴泉鐘和美國標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院研制的噴泉鐘的精度和日穩(wěn)定度都已進(jìn)入10-16量級。中國計量科學(xué)研究院研制的銫原子噴泉鐘，在2003年鑒定時的準(zhǔn)確度為8.5×10-15。經(jīng)改進(jìn)后目前的精度已達(dá)到5.0×10-15。2.5原子鐘2.5.3原子鐘的分類2.5原子鐘2.5.3原子鐘的分類381.基準(zhǔn)型原子鐘2.5原子鐘2.5.3原子鐘的分類2.52.5原子鐘2.5.3原子鐘的分類2.應(yīng)用型原子鐘1）守時型原子鐘

守時型原子鐘是一種在實驗室環(huán)境下運行的、能長期連續(xù)運行的穩(wěn)定可靠的頻標(biāo)，用于時間記錄和保持。2）星載原子鐘 目前星載原子鐘的數(shù)量已達(dá)400多臺。2.5原子鐘2.5.3原子鐘的分類392.5原子鐘2.5.3原子鐘的分類2.應(yīng)用型原子鐘2.51.銫原子噴泉鐘2.離子阱原子鐘3.光鐘

2007年巴黎天文臺和美國的JILA的鍶光鐘的準(zhǔn)確度也達(dá)到了(2~3)×10-15。雖然目前的精度仍比不上高精度的銫原子噴泉鐘，但改進(jìn)的空間還很大，預(yù)計其穩(wěn)定度會比噴泉鐘要好。2.5原子鐘2.5.4原子鐘的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢401.銫原子噴泉鐘2.5原子鐘2.5.4原子鐘的發(fā)展現(xiàn)狀及是一種快速自轉(zhuǎn)的中子星；恒星演化到晚期，原子中的電子被壓縮到原子核中與質(zhì)子生成中子，這種星稱為中子星。直徑一般只有10~20km，是宇宙中最小的恒星質(zhì)量和太陽等恒星相仿。脈沖星具有的極端的物理環(huán)境：中心密度可達(dá)1015g/cm3表面溫度可達(dá)1億度中心溫度則高達(dá)600億度中心壓力可達(dá)1028個大氣壓磁場強度達(dá)108T以上2.6脈沖星時2.6.1脈沖星2.6脈沖星時2.6.1脈沖星41是一種快速自轉(zhuǎn)的中子星；2.6脈沖星時2.6.1脈沖星22.6脈沖星時2.6.1脈沖星在這種難以想象的極端物理條件下，星體將產(chǎn)生極強的電磁波，其平均輻射能量為太陽的100萬倍。中子星的自轉(zhuǎn)軸與磁軸一般并不一致，隨著中子星的自轉(zhuǎn)，這些輻射束也將在空間旋轉(zhuǎn)。中子星自轉(zhuǎn)周期從數(shù)毫秒至數(shù)秒不等。毫秒脈沖星的自轉(zhuǎn)周期非常穩(wěn)定，自轉(zhuǎn)周期變化率可小于10-20s/s。這些脈沖星可成為自然界中最好的時鐘。2.6脈沖星時2.6.1脈沖星422.6脈沖星時2.6.1脈沖星在這種難以想象的極端物理條2.6脈沖星時2.6.2脈沖星時脈沖星只是自然界中一種具有非常穩(wěn)定的自轉(zhuǎn)周期的天體。要利用它們的自轉(zhuǎn)周期作為時間基準(zhǔn)進(jìn)而來建立一種可供實用的高精度的時間系統(tǒng)，還有許多基礎(chǔ)性的工作要做。1.繼續(xù)尋找脈沖星2.廣泛開展長期的高精度的TOA計時測量脈沖信號到達(dá)時間的測定精度已達(dá)只有在廣泛開展高精度的長時間的TOA測量的基礎(chǔ)上，我們才有可能建立各脈沖星的鐘模型：2.6脈沖星時2.6.2脈沖星時432.6脈沖星時2.6.2脈沖星時脈沖星只是自然界2.6脈沖星時2.6.2脈沖星時3.制定統(tǒng)一規(guī)定，協(xié)調(diào)各國工作，為建立統(tǒng)一的脈沖星時創(chuàng)造條件

目前國際計量局BIPM和美國海軍天文臺USNO正在開展這一工作。預(yù)計在未來5年內(nèi)，利用全球的脈沖星計時觀測陣列的資料，有望建立一個由10個左右的脈沖星所組成的綜合脈沖星時間基準(zhǔn)。為提高原子時的精度和行星歷表的精度以及引力波的探測研究等創(chuàng)造良好的條件。我國也開展了脈沖星觀測和理論研究工作。在貴州山區(qū)建造口徑為500m的射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)必將大大增強我國巡天觀測脈沖星的能力。脈沖星的計時觀測精度有望提高到442.6脈沖星時2.6.2脈沖星時3.制定統(tǒng)一規(guī)定，協(xié)調(diào)各2.7相對論框架下的時間系統(tǒng)牛頓力學(xué)認(rèn)為時間是與空間的位置與能量無關(guān)的一個獨立變量。隨著觀測技術(shù)和計時精度的不斷改善，這種經(jīng)典理論與觀測結(jié)果之間的矛盾就開始顯現(xiàn)。

1976年第16屆IAU大會作出決議，正式在天文學(xué)領(lǐng)域中引進(jìn)了相對論時間尺度，給出了地球動力學(xué)時TDT和太陽系之心動力學(xué)時TDB的具體定義。

1991年召開的第21屆IAU大會上又決定將地球動力學(xué)時TDT改稱為地球時TT，并引入了地心坐標(biāo)時TCG和太陽系質(zhì)心坐標(biāo)時TCB。452.7相對論框架下的時間系統(tǒng)牛頓力學(xué)認(rèn)為時間是與空間的2.7相對論框架下的時間系統(tǒng)1.相對論框架下幾種時間系統(tǒng)的定義（1）地球動力學(xué)時(TempsDynamigueTerrestre，TDT)地球動力學(xué)時是用于解算圍繞地球質(zhì)心旋轉(zhuǎn)的天體(如人造衛(wèi)星)的運動方程，編算其星歷時所用的一種時間系統(tǒng)。地球動力學(xué)時TDT與國際原子時TAI間有下列關(guān)系：。目前計算衛(wèi)星位置、編制衛(wèi)星星歷時所用的時間都采用地球時TT。（2）太陽系質(zhì)心動力學(xué)時(TempsDynamigueBarycentrigue—TDB)太陽系質(zhì)心動力學(xué)時有時也被簡稱為質(zhì)心動力學(xué)時。這是一種用以解算坐標(biāo)原點位于太陽系質(zhì)心的運動方程(如行星運動方程)并編制其星表時所用的時間系統(tǒng)。（3）地心坐標(biāo)時(TempsCoordinateGeocentrigue—TCG)地心坐標(biāo)時是原點位于地心的天球坐標(biāo)系中所使用的第四維坐標(biāo)—時間坐標(biāo)。它是把TDT從大地水準(zhǔn)面上通過相對論轉(zhuǎn)換到地心時的類時變量。（4）質(zhì)心坐標(biāo)時(TempsCoordinateBarycentrigue—TCB)質(zhì)心坐標(biāo)時TCB是太陽系質(zhì)心天球坐標(biāo)系中的第四維坐標(biāo)。462.7相對論框架下的時間系統(tǒng)1.相對論框架下幾種時間系統(tǒng)的2.8時間傳遞時間傳遞的方法和手段很多，不同方法的傳遞精度、方便程度、所需付出的代價及應(yīng)用的范圍各不相同。2.8.1短波無線電時號頻率一般為3MHZ～30MHZ。

比對方法有耳目法、停表法、電子計數(shù)器法和時號示波器法。若經(jīng)時間比對后側(cè)的本地鐘的秒信號與接收到的秒信號間的時間差為e，則本地鐘的鐘差u可用下式計算：為時號超前發(fā)射的時間，是一個已知的規(guī)定值；為無線電信號的傳播時間，由信號在無線電發(fā)射機中的時間延遲、信號在無線電接收機中的時間延遲及信號在空間的傳播時間三部分組成?？捎孟率接嬎悖?72.8時間傳遞時間傳遞的方法和手段很多，不同方法的2.8時間傳遞2.8.1短波無線電時號根據(jù)傳播距離的不同，D可分別按下列方法來計算：（1）傳播距離在1000~2000km之間可將地球視為圓球，用球面公式來解算兩地之間的球面距離式中為地球半徑，為發(fā)射機的地理經(jīng)緯度，為接收機的地理經(jīng)緯度。為無線電信號在大氣層中的傳播速度，其經(jīng)驗值為28.5萬KM/s。（2）距離大于2000km按橢球面上的大地線長度公式來計算距離2.8時間傳遞2.8.1短波無線電時號482.8時間傳遞2.8.1短波無線電時號根據(jù)傳播距離的不同2.8時間傳遞2.8.1短波無線電時號（3）距離小于1000km

D=2L我國的國家授時中心NTSC也在發(fā)波短波信號BPM。發(fā)射臺位于山西省蒲城，發(fā)射頻率為2.5MHZ、5.0MHZ、10MHZ、15MHZ，交替在全天發(fā)播。

2.8時間傳遞2.8.1短波無線電時號492.8時間傳遞2.8.1短波無線電時號（3）距離小于102.8時間傳遞2.8.2長波無線電時號主要以地面波的形式傳播，具有衰減小、傳輸穩(wěn)定的優(yōu)點，但傳播距離較短。其精度可達(dá)1us或更好。如果將長波發(fā)射臺組成一個臺鏈，則可進(jìn)行地基無線電導(dǎo)航。其中最有代表性的是羅蘭C系統(tǒng)。導(dǎo)航臺鏈通常是有一個主臺和兩個以上的副臺組成的。主臺和副臺均按事先規(guī)定的時延依次用同一頻率發(fā)射信號。流動用戶只需用接收機測定這些信號到達(dá)的時間差后，即可根據(jù)發(fā)射臺的已知站坐標(biāo)用距離差交會(雙曲交會)的方法來測定自己的位置，精度一般可達(dá)0.2~0.5海里。

80年代后期，我國又先后在南海、東海等沿海地區(qū)建立了長波導(dǎo)航臺鏈，既可用于導(dǎo)航也可以承擔(dān)長波授時服務(wù)。2.8時間傳遞2.8.2長波無線電時號2.8時間傳遞2.8.2長波無線電時號502.8時間傳遞2.8.2長波無線電時號主要以地面波的形有源比對在電視信號的空白段插入時間信號編碼。用戶接收信號并經(jīng)譯碼和比對后即可確定本地鐘的鐘差。20世紀(jì)80年代，NTSC和中國計量科學(xué)研究院共同制定了有源電視比對的法規(guī)。在電視垂直消隱期間的空行中插入時頻信號，并在中央1、2、4套節(jié)目中發(fā)播。時間比對方法：獨立定時法：授時精度約為0.1ms；共視法：用戶在UTC時間0h或12h進(jìn)行衛(wèi)星電視時刻比對后，再根據(jù)“時間頻率公報”上提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行改正，精度為0.1μs

2.8時間傳遞2.8.3電視比對2.8時間傳遞2.8.3電視比對51有源比對2.8時間傳遞2.8.3電視比對2.8時間傳遞無源比對直接采用電視信號中的某一行同步脈沖來進(jìn)行時間比對。由于該行信號是直接由電視臺提供的，精度較差，故時間服務(wù)部門還需對該行信號進(jìn)行監(jiān)測，求得其誤差改正數(shù)并提供給用戶進(jìn)行修正。我國選用第6行的同步脈沖來進(jìn)行時間比對。經(jīng)多次取平均后，無源比對的精度可達(dá)1μs。2.8時間傳遞2.8.3電視比對2.8時間傳遞2.8.3電視比對52無源比對2.8時間傳遞2.8.3電視比對2.8時間傳遞

將便攜式原子鐘搬運至A地與鐘A進(jìn)行比對，然后再將其搬運至B地與鐘B進(jìn)行比對，從而求出A、B兩臺鐘之間的相對鐘差的方法稱為搬運鐘法。為了提高精度，一般遵照下述原則進(jìn)行時間比對：盡可能縮短兩次比對間的時間間隔，因而搬運工作一般均用飛機來完成，也稱為飛行鐘比對法。在搬運工程中便攜式原子鐘應(yīng)處于較好的外界環(huán)境中。采用往返測的方法對搬運鐘本身的誤差進(jìn)行改正。工作量大，費時耗錢，一般僅用于高精度原子鐘間的時間比對。2.8時間傳遞2.8.4搬運鐘法2.8時間傳遞2.8.4搬運鐘法53將便攜式原子鐘搬運至A地與鐘A進(jìn)行比對，然后再將其搬運至B提出自20世紀(jì)中葉以來，利用衛(wèi)星進(jìn)行長距離高精度的時間比對技術(shù)迅速發(fā)展，得到了廣泛的應(yīng)用，成為一個重要的衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng)域，利用衛(wèi)星進(jìn)行時間比對可分下列兩種方法：衛(wèi)星中繼法利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行精密授時和時間比對2.8時間傳遞2.8.5利用衛(wèi)星進(jìn)行時間比對2.8時間傳遞2.8.5利用衛(wèi)星進(jìn)行時間比對54提出2.8時間傳遞2.8.5利用衛(wèi)星進(jìn)行時間比對2.81.衛(wèi)星中繼法衛(wèi)星上無需配備原子鐘，只轉(zhuǎn)發(fā)來自地面站的時間信號。單向中繼法通過電視直播衛(wèi)星來傳遞時間信號的。其原理與電視無源比對法相同。由于受到用戶和衛(wèi)星的坐標(biāo)誤差，大氣傳播誤差及中繼時間延遲等因素的影響，故精度不是很高，一般為±20μs左右。2.8時間傳遞2.8.5利用衛(wèi)星進(jìn)行時間比對2.8時間傳遞2.8.5利用衛(wèi)星進(jìn)行時間比對551.衛(wèi)星中繼法2.8時間傳遞2.8.5利用衛(wèi)星進(jìn)行時間比1.衛(wèi)星中繼法雙向中繼法A、B兩站都通過衛(wèi)星獨立地向?qū)Ψ桨l(fā)射時間信號。兩站均把本地鐘的秒信號作為計數(shù)器的開門信號，把接收到的來自于對方的經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的信號作為計數(shù)器的關(guān)門信號，分別測得時間差eA和eB。由于雙方所受到的時間傳播延遲誤差的大小相同、符號相反，故用戶和衛(wèi)星的坐標(biāo)誤差、大氣延遲誤差（對流層延遲，電離層延遲等），以及衛(wèi)星的中繼時延等誤差均可消去，故時間比對精度可大幅提高，一般可優(yōu)于10ns。2.8時間傳遞2.8.5利用衛(wèi)星進(jìn)行時間比對2.8時間傳遞2.8.5利用衛(wèi)星進(jìn)行時間比對561.衛(wèi)星中繼法2.8時間傳遞2.8.5利用衛(wèi)星進(jìn)行時間比2.利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行精密授時和時間比對20世紀(jì)50年代后，各種衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)相繼建立，如Transit、GPS、GLONASS等。單向觀測法授時精度受各種誤差的影響。以GPS為例，在無SA的情況下，授時精度一般只能達(dá)到10~40ns左右;共視法由于衛(wèi)星星歷誤差和衛(wèi)星鐘差可得以消除，大氣傳播誤差也能大幅消弱，因而精度可大幅提高。以GPS為例，比對時其精度可達(dá)幾個ns或更好。

激光測衛(wèi)法進(jìn)行星鐘檢測的精度可達(dá)±100ps，進(jìn)行遠(yuǎn)距離時間比對的精度可達(dá)±20ps，比其它方法的精度要高1~2個數(shù)量級。2.8時間傳遞2.8.5利用衛(wèi)星進(jìn)行時間比對2.8時間傳遞2.8.5利用衛(wèi)星進(jìn)行時間比對572.利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行精密授時和時間比對2.8時間傳NTSC通過專用電話時碼服務(wù)，計算機加調(diào)制解調(diào)器的方式和語言授時服務(wù)采用電話時碼服務(wù)（029—83890342），用戶通過NTSC的電話時碼接收機即可自行獲得標(biāo)準(zhǔn)的北京時的顯示和輸出。工作可靠，成本低廉，可滿足中等精度的用戶的需求，為地震臺網(wǎng)、水文監(jiān)測、電力、通信、交通管理等行業(yè)提供服務(wù);精度優(yōu)于1ms。計算機加調(diào)制解調(diào)器方式可提供自動的計算機時間服務(wù)。電信號碼為029—83894117。用戶計算機通過調(diào)制解調(diào)器與電話線連接后，在指定網(wǎng)站(NTSC時間科普網(wǎng)絡(luò))中下載專用撥號授時軟件NTSCTime，安裝后即可撥打NTSC的服務(wù)專線，同步校正用戶計算機的時鐘;精度優(yōu)于0.1s。2.8時間傳遞2.8.6電話和計算機授時2.8時間傳遞2.8.6電話和計算機授時58NTSC通過專用電話時碼服務(wù)，計算機加調(diào)制解調(diào)器的方式和語言一種數(shù)字化的郵戳，由公正的第三方提供的為電子文件和電子交易所作的時間證明。以表明該文件或交易于某一時刻已存在，為用戶提供可靠的時間確認(rèn)和驗證服務(wù)。在數(shù)字簽名、電子商務(wù)/政務(wù)、數(shù)字產(chǎn)品的專利和版權(quán)等方面有廣泛應(yīng)用。詳情可參閱NTSC的主頁面(http://)。2.8時間傳遞2.8.7網(wǎng)絡(luò)時間戳服務(wù)（TimeStamp）59一種數(shù)字化的郵戳，由公正的第三方提供的為電子文件和電子交易所歷法是規(guī)定年、月、日的長度以及它們之間的關(guān)系，制定時間序列的一套法則。由于地球繞日公轉(zhuǎn)周期和月球繞地球公轉(zhuǎn)的周期均不為整天數(shù)，而歷法中規(guī)定的年和月的長度則只能為整天數(shù)，所以需要有一套合適的方法來加以編排。主要分為陽歷（公歷）以回歸年為基本單位。陰陽歷（農(nóng)歷）以朔望月計月，

以回歸年計年，二者兼顧。陰歷（回歷）以朔望月為基本單位2.9空間大地測量中用到的一些長時間計時方法2.9.1歷法(calendar)2.9空間大地測量中用到的一些長時間計時方法2.9.1歷法(calendar)60歷法是規(guī)定年、月、日的長度以及它們之間的關(guān)系，制定時間序列的1.陽歷（solarcalendar）陽歷并稱公歷，是以太陽周年視運動為依據(jù)而制定的。太陽中心連續(xù)兩次通過春分點所經(jīng)歷的時間間隔為一個回歸年，其長度為：其中t為從J2000.0起算的儒略世紀(jì)數(shù)，即：

2009年1月1日所對應(yīng)的回歸年長度為365.24218913日2.9空間大地測量中用到的一些長時間計時方法2.9.1歷法(calendar)611.陽歷（solarcalendar）2.9空間大地測量1.陽歷（solarcalendar）1）儒略歷儒略歷是古羅馬皇帝儒略·愷撒在公元前46年指定的一種陽歷。一年分為12個月。其中1、3、5、7、8、10、12月為大月，每月31日；4、6、9、11月為小月，每月30日；2月在平年為28日，閏年為29日。凡年份能被4整除的定為閏年，不能被4整除的年份為平年。按照上述規(guī)定年平年長度為365日，閏年為366日，其平均長為365.25日。2）格里歷格里歷又稱公歷，現(xiàn)被世界各國廣泛采用。規(guī)定對世紀(jì)年而言只能被400整除的世紀(jì)年才算閏年，公歷中每400年就要比儒略世紀(jì)中的400年少3天，平均每年的長度為365.2425日。2.9.1歷法(calendar)1.陽歷（solarcalendar）1）儒略歷儒略歷是古羅馬皇帝儒略·愷撒在公元前46年指定的一種陽歷。一年分為12個月。其中1、3、5、7、8、10、12月為大月，每月31日；4、6、9、11月為小月，每月30日；2月在平年為28日，閏年為29日。凡年份能被4整除的定為閏年，不能被4整除的年份為平年。按照上述規(guī)定年平年長度為365日，閏年為366日，其平均長為365.25日。2）格里歷格里歷又稱公歷，現(xiàn)被世界各國廣泛采用。規(guī)定對世紀(jì)年而言只能被400整除的世紀(jì)年才算閏年，公歷中每400年就要比儒略世紀(jì)中的400年少3天，平均每年的長度為365.2425日。2.9.1歷法(calendar)621.陽歷（solarcalendar）2.9.1歷法(c2）陰歷(lunarcalendar)陰歷是根據(jù)月相的變化周期(朔望月)制定的一種歷法。該歷法規(guī)定單月為30日，雙月為29日，每月平均為29.5日，與朔望月的長度29.53059……日很接近。以新月始見為月首，12個月為一年，共354日。而12個朔望月的長度為354.36708……日，比陰歷年多出0.36708日。30年要多出11.0124日。每30年要設(shè)置11個閏年，規(guī)定第2、5、7、10、13、16、18、21、24、26、29年的12月底各加上一天，共355日。2.9.1歷法(calendar)632）陰歷(lunarcalendar)2.9.1歷法(c3）陰陽歷（luni—solarcalendar）陰陽歷:一種兼顧陽歷和陰歷特點的歷法陰陽歷中的年以回歸年為依據(jù)，而月則按朔望月為依據(jù)，大月為30日，小月為29日，平均每月為29.5日。每19年中有7個為閏年。閏年中增加一個月，稱為閏月。我國長期使用陰陽歷，1912年后又采用陽歷，但陰陽歷也未被廢止，同時在民間被使用，稱為農(nóng)歷。2.9.1歷法(calendar)643）陰陽歷（luni—solarcalendar）2.9.1.儒略日(JulianDay,JD)

起點為公元前4713年1月1日12h(世界時平正午)，然后逐日累加。（1）據(jù)公歷的年(Y)月(M)日(D)來計算對應(yīng)的儒略日J(rèn)D公式1：公式2：（2）據(jù)儒略日反求公歷年、月、日

2.9.2儒略日與簡化儒略日651.儒略日(JulianDay,JD)2.9.2儒略日2.簡化儒略日（ModifiedJulianDay—MJD）簡化儒略日與儒略日之間的關(guān)系為：MJD是采用1858年11月17日平子夜作為計時起點的一種連續(xù)計時法。3.年積日年積日是在一年中使用的連續(xù)計時法。每年的1月1日計為第一日。2月1日為第32日依此類推。平年的12月31日為第365日，閏年的12月31日為第366日。用它可方便地求出一年內(nèi)兩個時刻t1和t2間的時間間隔。2.9.2儒略日與簡化儒略日662.簡化儒略日（ModifiedJulianDay—MJ

第二章結(jié)束67第二章結(jié)束679、有時候讀書是一種巧妙地避開思考的方法。2022/12/102022/12/10Saturday,December10,202210、閱讀一切好書如同和過去最杰出的人談話。2022/12/102022/12/102022/12/1012/10/20229:47:58AM11、越是沒有本領(lǐng)的就越加自命不凡。2022/12/102022/12/102022/12/10Dec-2210-Dec-2212、越是無能的人，越喜歡挑剔別人的錯兒。2022/12/102022/12/102022/12/10Saturday,December10,202213、知人者智，自知者明。勝人者有力，自勝者強。2022/12/102022/12/102022/12/102022/12/1012/10/202214、意志堅強的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。10十二月20222022/12/102022/12/102022/12/1015、最具挑戰(zhàn)性的挑戰(zhàn)莫過于提升自我。。十二月222022/12/102022/12/102022/12/1012/10/202216、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2022/12/102022/12/1010December202217、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。2022/12/102022/12/102022/12/102022/12/10ThankYou...

Youmademyday!---敢為天下先，勇爭第一9、有時候讀書是一種巧妙地避開思考的方法。2022/12/1

空間大地測量學(xué)第二章、時間系統(tǒng)69

空間大地測量學(xué)1第二章時間系統(tǒng)§2.1、相關(guān)預(yù)備知識§2.2、恒星時和太陽時§2.3、歷書時§2.4、原子時§2.5、原子鐘§2.6、脈沖星時§2.7、相對論框架下的時間系統(tǒng)§2.8、時間傳遞§2.9、空間大地測量中的常用計時方法70第二章時間系統(tǒng)§2.1、相關(guān)預(yù)備知識22.1

相關(guān)的預(yù)備知識時間是一個非常重要的物理量，例如：

GPS衛(wèi)星以3.9KM/S左右的速度圍繞地球高速運動。當(dāng)我們要求觀測瞬間的衛(wèi)星位置誤差≤1CM時，所給出的觀測時刻的誤差應(yīng)≤2.6×10-6秒。用測距碼進(jìn)行偽距觀測時，若要求該距離的誤差≤0.1米，則信號傳播時間的測量誤差應(yīng)≤3×10-10秒。2.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念712.1相關(guān)的預(yù)備知識時間是一個非常重要的物理量，例如：2.2.1

相關(guān)的預(yù)備知識

時間包含了兩種概念，時間間隔和時刻。

時間間隔是指事物運動處于兩個(瞬間)狀態(tài)之間所經(jīng)歷的時間過程，它描述了事物運動在時間上的連續(xù)狀況。

時刻是指發(fā)生在某一現(xiàn)象的時間。

時間系統(tǒng)規(guī)定了時間測量的標(biāo)準(zhǔn)，包括時刻的參考基準(zhǔn)和時間間隔的尺度基準(zhǔn)。

時間系統(tǒng)框架通過守時、授時和時間頻率測量比對技術(shù)在某一區(qū)域或全球范圍內(nèi)來實現(xiàn)和維持統(tǒng)一的時間系統(tǒng)。2.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念2.1

相關(guān)的預(yù)備知識2.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念722.1相關(guān)的預(yù)備知識時間包含了兩種概念，時間間隔和時刻。1.時間基準(zhǔn)時間測量所需要的公共標(biāo)準(zhǔn)：時間的起算基準(zhǔn)時間的起算基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)一起決定事件發(fā)生的時刻時間的尺度基準(zhǔn)尺度基準(zhǔn)決定兩事件之間的時間間隔，也就是決定時段2.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念731.時間基準(zhǔn)2.1.1有關(guān)時間的一些基本概念51.時間基準(zhǔn)時間基準(zhǔn)的條件某種運動可作時間基準(zhǔn)的條件運動是連續(xù)、周期性的運動周期充分穩(wěn)定運動周期必須具有復(fù)現(xiàn)性沙漏游絲擺輪的擺動石英晶體的振蕩原子諧波振蕩2.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念741.時間基準(zhǔn)2.1.1有關(guān)時間的一些基本概念61.時間基準(zhǔn)主要時間基準(zhǔn)及其依賴的運動:地球自轉(zhuǎn)--是建立世界時的時間基準(zhǔn)，其穩(wěn)定度為1×10-8（UT2）2.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念751.時間基準(zhǔn)2.1.1有關(guān)時間的一些基本概念71.時間基準(zhǔn)主要時間基準(zhǔn)及其依賴的運動:行星繞太陽的公轉(zhuǎn)運動（開普勒運動）--建立歷書時的時間基準(zhǔn)，其穩(wěn)定度為1×10-102.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念761.時間基準(zhǔn)2.1.1有關(guān)時間的一些基本概念81.時間基準(zhǔn)主要時間基準(zhǔn)及其依賴的運動:原子諧波振蕩--建立原子時的時間基準(zhǔn)，其穩(wěn)定度為1×10-10。2.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念771.時間基準(zhǔn)2.1.1有關(guān)時間的一些基本概念92.守時系統(tǒng)定義被用來建立和維持時間頻率基準(zhǔn)，確定任一時刻的時間的系統(tǒng)（時鐘）。方法通過時間頻率測量和比對技術(shù)來評價和維持該系統(tǒng)的不同時鐘的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度，并據(jù)此給與不同的權(quán)重，以便用多臺鐘來共同建立和維持時間系統(tǒng)的框架。2.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念782.守時系統(tǒng)2.1.1有關(guān)時間的一些基本概念103.授時過程通過授時設(shè)施向用戶傳遞準(zhǔn)確的時間信息和頻率信息。服務(wù)用戶不同用戶有著不同的精度和方便程度需要，為此建立了不同的傳遞精度、和不同方便程度授時方法，滿足他們需求：電話、網(wǎng)絡(luò)、無線電、專用長波和短波電臺，電視、衛(wèi)星等授時單位和機構(gòu)國際計量局(BIPM)的時間部(提供國際原子時和協(xié)議世界時)；美國海軍天文臺(提供GPS時)；我國時間服務(wù)由國家授時中心(NTSC)提供；2.1.1

有關(guān)時間的一些基本概念793.授時2.1.1有關(guān)時間的一些基本概念11yZXrM2.1.2

天球的基本概念天球是為了研究天體視位置和視運動而引進(jìn)的一個假想的天球，其定義為以任一點為球心，以無窮大為半徑所做的球體。80yZXrM2.1.2天球的基本概念天球是為了研究天（1）天軸和天極過天球中心并平行于地球自轉(zhuǎn)軸的直線稱為天軸；天軸與天球的交點稱為天極，其中：北天極PN南天極PS。（2）天球赤道面及天球赤道通過天球中心M作一個與天軸垂直的平面，該平面稱為天球赤道面。天球赤道面與天球的交線稱為天球赤道。PNrMPS天球赤道2.1.2

天球的基本概念81（1）天軸和天極PNrMPS天球2.1.2天球的基本概念1（3）天頂和天底過測站點的鉛垂線向上方延伸與天球的交點稱為該點的(天文)天頂。向下方延伸與天球的交點稱為該點的(天文)天底。（4）天球子午面與子午圈通過天軸及某點的天頂所做的平面稱為天球子午面。天球子午面與天球的交線稱為天球子午圈。rMPNPS天球赤道天球子午圈2.1.2

天球的基本概念82（3）天頂和天底rMPNPS天球赤道天球子午圈2.1.2天（5）時圈通過天軸的平面與天球相交而形成的半個大圓稱為時圈。（6）黃道地球繞日公轉(zhuǎn)的軌道平面與天球的交線稱為黃道。在地球上觀測太陽時，太陽在黃道上進(jìn)行視運動。黃道平面與赤道平面的夾角稱為黃赤交角ε

，大約為23.5°。MPNPS天球赤道天球子午圈ε黃道ПN

ПS2.1.2

天球的基本概念83（5）時圈MPNPS天球天球ε黃道ПNПS2.1.2天球

（7）黃極過天球中心作垂直于黃道平面的垂線，該垂線與天球的交點稱為黃極。（8）春分點黃道和赤道的交點稱為春分點和秋分點。其中太陽從天球南半球穿越赤道進(jìn)入北半球時的交點稱為春分點。春分點、北天極，以及天球赤道等是建立天球坐標(biāo)系中重要的基準(zhǔn)點和基準(zhǔn)面。MPNPS春分點秋分點天球子午圈ε黃道ПN

ПS天球赤道2.1.2

天球的基本概念84（7）黃極MPNPS春分點天球ε黃道ПNПS天球2.1.

地球自轉(zhuǎn)是一種連續(xù)性的周期性運動。早期由于受觀測精度和計時工具的限制，人們認(rèn)為這種自轉(zhuǎn)是均勻的，所以被選作時間基準(zhǔn)。恒星時和太陽時都是以地球自轉(zhuǎn)作為時間基準(zhǔn)的，其主要差異在于量測自轉(zhuǎn)時所選取的參考點不同。2.2

恒星時和太陽時85地球自轉(zhuǎn)是一種連續(xù)性的周期性運動。2.2恒星時和太陽時1

恒星時是以春分點作為參考點的。春分點連續(xù)兩次經(jīng)過地方上子午圈的時間間隔為一恒星日。以恒星日為基礎(chǔ)均勻分割而獲得恒星系統(tǒng)中的“小時”、“分”和“秒”。

由于章動的影響，地球自轉(zhuǎn)軸在空間的方向是不斷變化的，故春分點有真春分點和平春分點之分。相應(yīng)的恒星時也有真恒星時和平恒星時之分。真恒星時也即真春分點的地方時角記為LAST，平恒星時也即平春分點的地方時角記為LMST，這兩者只差即為真春分點和平春分點之差，為黃經(jīng)章動，為黃赤交角。2.2

恒星時和太陽時2.2.1

恒星時（SiderealTime,ST）2.2

恒星時和太陽時2.2.1

恒星時（SiderealTime,ST）86恒星時是以春分點作為參考點的。春分點連續(xù)兩次經(jīng)過地方上子1.真太陽時

真太陽時是以太陽中心作為參考點的，太陽中心連續(xù)兩次經(jīng)過某地的上子午圈的時間間隔稱為一個真太陽日；再均勻分割為小時、分和秒。由于地球圍繞太陽的公轉(zhuǎn)軌道為一橢圓，其運動角速度是不相同的，再加上地球公轉(zhuǎn)是位于黃道平面，而時角是在赤道平面量度這一因素，故真太陽時的長度是不相同的。2.2

恒星時和太陽時2.2.2

太陽時（SolarTime,ST）871.真太陽時2.2恒星時和太陽時2.2.2太陽時（Sol2.平太陽時

用一個假太陽來代替真太陽。這個假太陽也和真太陽一樣在做周年視運動，但有兩點不同：其周年視運動軌跡位于赤道平面而不是黃道平面；它在赤道上的運動角速度是恒定的，等于真太陽的平均角速度。我們稱這個假太陽為平太陽；以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)，以上述的平太陽中心作為參考點而建立起來的時間系統(tǒng)稱為平太陽時。2.2.2

太陽時（SolarTime,ST）882.平太陽時2.2.2太陽時（SolarTime,ST2.2.2

太陽時（SolarTime,ST）2.平太陽時由于平太陽是一個假想的看不見的東西，所以可以通過直接觀測真太陽然后再根據(jù)真太陽和平太陽之間的關(guān)系將真太陽時化為平太陽時，但精度不高。也可以通過觀測恒星，然后化算為平太陽時。真太陽時與平太陽時之差稱為，即 其值可以從天文年歷中查取。一年中，其數(shù)值在-14m24s至+16m21s間變化892.2.2太陽時（SolarTime,ST）2.平太陽4.世界時民用時是一種地方時。同一瞬間，位于不同經(jīng)線上的民用時是不同的。1884年在華盛頓召開的國際子午線會議決定,將全球分為24個標(biāo)準(zhǔn)時區(qū)。從格林尼治零子午線起，向東西各7.5°為0時區(qū)，然后向東每隔150為一個時區(qū)，分別記為1、2、3、······23時區(qū)。在同一時區(qū)統(tǒng)一采用該時區(qū)中央子午線的地方民用時，稱為區(qū)時。2.2.2

太陽時（SolarTime,ST）4.世界時民用時是一種地方時。同一瞬間，位于不同經(jīng)線上的民用時是不同的。1884年在華盛頓召開的國際子午線會議決定,將全球分為24個標(biāo)準(zhǔn)時區(qū)。從格林尼治零子午線起，向東西各7.5°為0時區(qū)，然后向東每隔150為一個時區(qū)，分別記為1、2、3、······23時區(qū)。在同一時區(qū)統(tǒng)一采用該時區(qū)中央子午線的地方民用時，稱為區(qū)時。2.2.2

太陽時（SolarTime,ST）904.世界時2.2.2太陽時（SolarTime,ST）yZX4.世界時格林尼治零子午線處的民用時(即零時區(qū)的區(qū)時)稱為世界時。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)：地球自轉(zhuǎn)軸在地球內(nèi)部的位置是在變化的，即存在極移現(xiàn)象；地球自轉(zhuǎn)的速度也是不均勻的。它不僅包含長期減緩的趨勢，而且還會有一些短周期的變化和季節(jié)性的變化，情況比較復(fù)雜。2.2.2

太陽時（SolarTime,ST）91yZX4.世界時2.2.2太陽時（SolarTime,2.2.2

太陽時（SolarTime,ST）4.世界時為了彌補上述缺陷，從1956年起，便在世界時UT中加入極移改正和地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性改正。由此得到的世界時分別稱為UT1和UT2。 式中，、分別為天文經(jīng)度和天文緯度。 是以貝塞爾年為單位的日期，；為儒略日。922.2.2太陽時（SolarTime,ST）4.世界時4.世界時在UT2中含有地球自轉(zhuǎn)速度的長周期的變化項和不規(guī)則的變化項，所以它仍不是一個嚴(yán)格的均勻的時間系統(tǒng)。由于世界時與太陽時保持密切的聯(lián)系，因而在天文學(xué)和人們的日常生活中被廣泛采用。但是這種時間系統(tǒng)在很多高科技高精度的應(yīng)用領(lǐng)域無法使用。2.2.2

太陽時（SolarTime,ST）934.世界時2.2.2太陽時（SolarTime,ST）定義為了避免世界時的不均勻性，1960年起引入了一種以地球繞日公轉(zhuǎn)周期為基礎(chǔ)的均勻時間系統(tǒng)，稱為歷書時。歷書時是一種以牛頓天體力學(xué)定律來確定的均勻時間，并成為牛頓時。歷書時的秒長為1980年1月0.5日所對應(yīng)的回歸年長度的1/31556925.9747(地球繞日公轉(zhuǎn)時兩次通過春分點的時間間隔為1回歸年)。歷書時的起點定義以1900年初太陽的平黃經(jīng)為的瞬間即1900年1月0日世界時12h作為歷書時1900年1月0日12h。歷書時的測量將觀測得到的天體位置與用歷書時計算得到的天體歷表比較，就能內(nèi)插出觀測瞬間的歷書時。2.3歷書時（EphemerisTime,ET）94定義2.3歷書時（EphemerisTime,ET）2缺陷太陽、月球、行星歷表中的位置與一些天文常數(shù)有關(guān)。若修改這些天文常數(shù)進(jìn)行，將導(dǎo)致歷書時的不連續(xù)；由于月球的視面積很大，邊緣又很不規(guī)則，很難精確找準(zhǔn)其中心的位置，所以求得的歷書時比理論精度要差的多；要經(jīng)過較長時間的觀測和數(shù)據(jù)處理才能得到準(zhǔn)確的時間；由于星表本身的誤差，同一瞬間觀測月球與觀測行星得出的歷書時ET可能不相同。現(xiàn)狀1967年國際計量會議決定用原子時的秒長作為時間計量的基本單位；1976年國際天文協(xié)會又決定從1984年起在計算天體位置，編制星歷時用力學(xué)時取代歷書時。2.3歷書時（EphemerisTime,ET）95缺陷2.3歷書時（EphemerisTime,ET）21.原子時的定義

概念生產(chǎn)力的發(fā)展，科技水平的提高，要求高準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度的時間系統(tǒng)。原子能級躍遷時，會發(fā)射或吸收電磁波；電子波頻率很穩(wěn)定，以上現(xiàn)象很容易復(fù)現(xiàn)，所以原子可以作為很好的時間基準(zhǔn)。20世紀(jì)50年代建立了以物質(zhì)內(nèi)部原子運動為基礎(chǔ)的原子時。

秒長銫133元子基態(tài)，在兩個超精細(xì)的能級間躍遷輻射振蕩9192631770周所持取得時間為一個原子秒。

起點原子時的起算歷元1958年1月1日0h,其值與UT2相同。事實上(AT-UT2)1958.0=-0.0039s2.4原子時（AtomicTime,AT）961.原子時的定義2.4原子時（AtomicTime,A2.國際原子時(TempsAtomigueInternational—TAI

)原子時是由原子鐘來確定和維持的。但由于電子元器件及外部運行環(huán)境的差異，同一瞬間每臺原子鐘所給出的時間并不嚴(yán)格相同。為了避免混亂，有必要建立一種更為可靠、更為均勻、能被世界各國所共同接受的統(tǒng)一的時間系統(tǒng)—國際原子時TAI。TAI是1971年由國際時間局建立的。目前，依據(jù)全球58個時間實驗室(截止2006年12月)中大約240臺自由運轉(zhuǎn)的原子鐘所給出的數(shù)據(jù)，采用ALGOS算法將得到自由原子時EAL，再經(jīng)時間頻率基準(zhǔn)鐘進(jìn)行頻率修正后求得的；2.4原子時（AtomicTime,AT）972.國際原子時(TempsAtomigueInterna3.協(xié)調(diào)世界時(UTC：UniversalTimeCoordinated)穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性都很好的原子時能滿足高精確度時間間隔測量的要求，但有不少領(lǐng)域，如天文導(dǎo)航、大地天文學(xué)等又與地球自轉(zhuǎn)有密切關(guān)系，離不開世界時。為同時兼顧上述用戶的要求，國際無線電科學(xué)協(xié)會于20世紀(jì)60年代建立了協(xié)調(diào)世界時UTC。協(xié)調(diào)世界時的秒長嚴(yán)格等于原子時的秒長，而協(xié)調(diào)世界時與世界時UT間的時刻差規(guī)定需要保持在0.9秒以內(nèi)，否則將采取閏秒的方式進(jìn)行調(diào)整。2.4原子時（AtomicTime,AT