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1、第五章 坐标系统和时间系统,空间固定的坐标系 协议地球坐标系 站心坐标系 WGS84坐标系 时间系统 时间标示法,第五章 坐标系统和时间系统,第五章 坐标系统和时间系统,坐标系分类 空间固定坐标系 与地球固联坐标系,5.1 协议天球坐标系,1、天球的概念及其重要点、线、面,天球：以地球质心 M 为中心，半径 r 为任意长度的一个假想的球体。,在天文学中常用天球，把天体投影到天球表面上，用球面坐标系统来表达天体的位置及天体之间的关系。GPS中用来描述卫星。,5.1 协议天球坐标系,1、天球的概念及其重要点、线、面,5.1 协议天球坐标系,1、天球的概念及其重要点、线、面,Pn: 北天极 Ps:
2、南天极 IIn: 黄北极 IIs: 黄南极,天轴,黄道,天球赤道,春分点,天球子午圈,2、天球坐标系（含空间直角坐标系和球面坐标系）,Pn,M,r,春分点,赤经,天球子午面,赤纬,3、岁差与章动,岁差: 在日、月和其他天体的作用下，地球自转轴方向不再保持不变，使春分点在黄道上产生缓慢的西移现象。,以北黄极n 为中心，以黄赤交角 为半径的小圆上西移，约50.371”/年。,3、岁差与章动,章动: 在日、月等引力因素的影响下，瞬时北天极绕瞬时平北天极产生旋转的现象。,章动椭圆,瞬时北天极绕瞬时平北天极产生旋转，近似椭圆，长半径9.2”，周期约18.6年,4、协议天球坐标系,选择某一时刻 t0 作为
3、标准历元，将此刻地球的瞬时自转轴和地心至瞬时春分点的方向，经该瞬时岁差和章动改正后，分别作为z轴和x轴的指向，称为所取标准历元 t0 时刻的平天球坐标系或协议天球坐标系。,国际大地测量协会（IAG）和国际天文联合会(IAU)决定，从1984年1月1日后启用的协议天球坐标系，坐标轴指向是以2000年1月15日为标准历元的平赤道和平春分点所定义。,5、协议天球坐标系到瞬时天球坐标系的转换,协议天球坐标系到瞬时平天球坐标系的转换（岁差旋转）,从标准历元 t0 到观测历元 t 的儒略世纪数,瞬时平天球坐标系到瞬时天球坐标系的转换（章动旋转）,y,x,瞬时平天球坐标系到瞬时天球坐标系的转换（章动旋转）,
4、、分别为黄赤交角、交角章动及黄经章动。,、一般用非常复杂的级数展开式表示,5.2 协议地球坐标系,1、地球坐标系的定义,M,北极点,起始子午面,H,2、极移和协议地球坐标系,极移：地球自转轴相对地球体的位置并不固定，造成地极点在地球表面上的位置随时间而变化的现象。 国际天文联合会和国际大地测量学协会，建议采用国际上5个纬度服务站，以1900年至1905年的平均纬度所确定的平均地极位置作为基准点，称为国际协议原点（conventional international origin， CIO）。,以协议地极为基准点的地球坐标系，称为协议地球坐标系（conventional terrestrial
5、system，CTS）。,CIO,x,y,1975.0,1971.0,3、瞬时地球坐标系到协议地球坐标系的转换,M,XCTS,YCTS,ZCTS,格林尼治平子午线,xp,yp,协议赤道,瞬时赤道,ZT,YT,XT,4、协议天球坐标系到协议地球坐标系的转换,两坐标系之间的关系： 1）原点相同，均位于地球质心； 2）瞬时天球坐标系的z轴和瞬时地球坐标系的Z轴指向相同； 3）瞬时天球坐标系的x轴和瞬时地球坐标系的X轴指向不同，其间夹角为春分点的格林尼治恒心时。,协议天球坐标,瞬时天球坐标,瞬时地球坐标,协议地球坐标,1、站心地平直角坐标系和站心极坐标系,M,H,YH,ZH,XH,方位角A,天顶距Z,
6、空间距离 D,5.3 站心坐标系,2、协议地球坐标到站心地平直角坐标的转换,M,YH,ZH,XH,站心极坐标系应用,1,6,25,16,23,20,5.4 坐标系转换,1、空间直角坐标与大地坐标间的转换,5.4 坐标系转换,2、空间直角坐标与站心直角坐标间的转换,i 点空间直角坐标,j 点空间直角坐标,j 点以i为站心的站心系坐标,5.4 坐标系转换,3、球面坐标与平面坐标间的转换,投影,5.5 基准转换,1、布尔沙-沃尔夫模型（布尔沙模型）,七参数转换（3平移+3旋转+1尺度）,5.5 基准转换,1、布尔沙七参数模型,1、WGS84坐标系的定义,协议地球坐标系 原点：地球质心M Z轴：指向B
7、IH1985.0定义的协议地极 X轴：指向BIH1985.0定义的零子午面与CTP相应的赤道交点 Y轴：垂直于XMZ平面，构成右手直角坐标系,5.4 WGS84坐标系,M,X,Y,Z,协议地极,零子午面,2、WGS84椭球参数,WGS84椭球： 1) 长半轴：a63781372m 2) 扁率：f =1/298.257 3) 地球引力常数：GM（396860051080.6108）m3/s2 4) 正常二阶带谐系数C5.0-485.1668510-60.610-6 5) 地球自转角速度 （729211510-110.15010-11）rad/s,1) GPS卫星在不断运动，要求其位置观测误差小于
8、1cm，则时刻误差小于5.610-6s 2) GPS接收机通过测量信号传播时间而确定距观测卫星的距离，要求距离观测误差小于1cm，则时间测定误差小于3.010-11s 3）地球在不断自转，要求赤道上位置测量误差小于1cm，则时间测定误差小于5.110-5s,5.5 时间系统,GPS定位中时间系统的意义,时间包含“时刻”和“时间间隔”。 时刻：指发生某一现象的瞬间，也称为历元。 时间间隔：指发生某一现象所经历的过程，是这一过程始末时刻之差。,1、时间的概念,时间基准的必要性： 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，即要求任何地方和时间，都可以通过观测和实
9、验，复现这种周期性运动,2、世界时系统,恒星时(siderdal time, ST) 以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所确定的时间。春分点连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一恒星日。 平太阳时(mean solar time, MT) 平太阳连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一个平太阳日。 世界时(universal time, UT) 以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时。,由于地球自转的不稳定性，破坏了建立时间系统的基本条件，为了弥补这一缺陷，从1956年开始，在世界时中引入极移改正和地球自转速度的季节性改正。 未经改正的世界时表示为UT0 经极移改正后表示为UT1 再经地球自转速度
10、季节性变化改正后表示为UT2 相互关系为: UT1 = UT0 + UT2 = UT1 +,2、世界时系统,3、原子时（atomic time，AT）,以物质内部原子运动的特征为基础而建立的时间系统。 原子时秒长：位于海平面上的Cs133原子基态两个超精细能级，在零磁场中跃迁辐射振荡9192631770周所持续的时间。 原子时的原点： 1958年1月1日0时0分0秒UT的瞬间作为同年同月同日0时0分0秒的原子时。 但事后发现，在该瞬间原子时与世界时的时刻之差为0.0039秒 AT = UT2 0.0039 (s),4、力学时（dynamic time，DT）,定义：在天文学中，天体的星历是根据
11、天体动力学理论建立的运动方程而编算的，其中所采用的独立变量是时间参数T，变量T被定义为力学时。 分类：根据运动方程和对应参考点的不同分： 太阳系质心力学时，相对于太阳系质心的运动方程所采用的时间参数。 地球质心力学时，相对于地球质心的运动方程所采用的时间参数。,5、协调世界时 （coordinated universal time，UTC）,协调时： 从1972年采用一种以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的时间系统。 做法：采用闰秒（或跳秒）的办法，使协调时与世界时的差小于0.9s 而协调时与原子时的关系为： IAT UTC 1n,6、GPS时间系统,属于原子时系统，秒长与原子时相同
12、 GPS时间与国际原子时有不同的原点 IAT GPST 19 (s) GPS时间与协调时的时刻，规定1980年1月6日0时相一致，其后随时间积累 GPST = UTC + 1n19,35.184s,1980,1987,1992,19s,4s,7s,UT1,UTC,GPST,IAT,TDT,历法：年、月、日、时、分、秒 用于日常生活，表示季节、天气的变化 儒略日：用连续数值表示时间的方法 用于科学计算 约化儒略日：从儒略日中减去2400000.5,5.6 时间标示法,周秒：从1980年1月6日0时开始起算的周数每周内从周六/日子夜开始起算的秒数 1980年1月6日0时0分0秒 第0周第0秒 2009年2月1日0时0分0秒 第1517周0秒 年积日：从每年1月1日开始累计的天数 2009年2月1日 第32天 RINEX文件的5-7个字符为观测时刻的年积日,
