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1、GPS原理及其应用GPS原理及其应用 (三)GPS原理及其应用2.1坐标系统的类型坐标系统的类型在在GPS定位中，通常采用两类坐标系统：定位中，通常采用两类坐标系统：一类是在空间固定的坐标系，该坐标系与地球自转一类是在空间固定的坐标系，该坐标系与地球自转无关，对描述卫星的运行位置和状态极其方便。无关，对描述卫星的运行位置和状态极其方便。另一类是与地球体相固联的坐标系统，该系统对表另一类是与地球体相固联的坐标系统，该系统对表达地面观测站的位置和处理达地面观测站的位置和处理GPS观测数据尤为方便。观测数据尤为方便。坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴指向和尺度所坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴指向和尺
2、度所定义的。在定义的。在GPS定位中，坐标系原点一般取地球质定位中，坐标系原点一般取地球质心，而坐标轴的指向具有一定的选择性，为了使心，而坐标轴的指向具有一定的选择性，为了使用上的方便，国际上都通过协议来确定某些全球用上的方便，国际上都通过协议来确定某些全球性坐标系统的坐标轴指向，这种共同确认的坐标性坐标系统的坐标轴指向，这种共同确认的坐标系称为协议坐标系。系称为协议坐标系。GPS原理及其应用 2.2协议天球坐标系协议天球坐标系1.天球的基本概念天球的基本概念 天球：指以地球质心为中心，半径天球：指以地球质心为中心，半径r为任意长度的为任意长度的一个假想球体。为建立球面坐标系统，必须确定一个假
3、想球体。为建立球面坐标系统，必须确定球面上的一些参考点、线、面和圈。球面上的一些参考点、线、面和圈。 天轴与天极：地球自转轴的延伸直线为天轴，天天轴与天极：地球自转轴的延伸直线为天轴，天轴与天球的交点轴与天球的交点Pn(北天极北天极)Ps(南天极南天极)称为天极。称为天极。 天球赤道面与天球赤道：通过地球质心与天轴垂天球赤道面与天球赤道：通过地球质心与天轴垂直的平面为天球赤道面，该面与天球相交的大圆直的平面为天球赤道面，该面与天球相交的大圆为天球赤道。为天球赤道。 天球子午面与天球子午圈：包含天轴并经过地球天球子午面与天球子午圈：包含天轴并经过地球上任一点的平面为天球子午面，该面与天球相交上任
4、一点的平面为天球子午面，该面与天球相交的大圆为天球子午圈。的大圆为天球子午圈。GPS原理及其应用时圈时圈：通过天轴的平面与天球相交的半个大圆。：通过天轴的平面与天球相交的半个大圆。黄道黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆，：地球公转的轨道面与天球相交的大圆，即当地球绕太阳公转时，地球上的观测者所见即当地球绕太阳公转时，地球上的观测者所见到的太阳在天球上的运动轨迹。黄道面与赤道到的太阳在天球上的运动轨迹。黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，约面的夹角称为黄赤交角，约23.50。黄极黄极；通过天球中心，垂直于黄道面的直线与；通过天球中心，垂直于黄道面的直线与天球的交点。靠近北天极的交点天球的交点。
5、靠近北天极的交点Kn称北黄极，称北黄极，靠近南天极的交点靠近南天极的交点Ks称南黄极。称南黄极。春分点春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点球运行时，黄道与天球赤道的交点 。在天文学和卫星大地测量学中，在天文学和卫星大地测量学中，春分点和天球春分点和天球赤道面是建立参考系的重要基准点和基准面。赤道面是建立参考系的重要基准点和基准面。GPS原理及其应用GPS原理及其应用2.天球坐标系天球坐标系 在天球坐标系中，任一天体的位置可用天球空在天球坐标系中，任一天体的位置可用天球空间直角坐标系和天球球面坐标系来描述。间直角坐标系和天球球面
6、坐标系来描述。天球空间直角坐标系的定义天球空间直角坐标系的定义：原点位于地球的：原点位于地球的质心，质心，z轴指向天球的北极轴指向天球的北极Pn，x轴指向春分轴指向春分点点 ，y轴与轴与x、z轴构成右手坐标系。轴构成右手坐标系。天球球面坐标系的定义天球球面坐标系的定义：原点位于地球的质心，：原点位于地球的质心，赤经赤经 为含天轴和春分点的天球子午面与经为含天轴和春分点的天球子午面与经过天体过天体s的天球子午面之间的交角，赤纬的天球子午面之间的交角，赤纬 为为原点至天体的连线与天球赤道面的夹角，向原点至天体的连线与天球赤道面的夹角，向径径r为原点至天体的距离为原点至天体的距离。GPS原理及其应用
7、天球空间直角坐标系与天球球面坐标系天球空间直角坐标系与天球球面坐标系GPS原理及其应用天球空间直角坐标系与天球球面坐标系在表达同一天球空间直角坐标系与天球球面坐标系在表达同一天体的位置时是等价的，二者可相互转换。天体的位置时是等价的，二者可相互转换。GPS原理及其应用3. 岁差与章动岁差与章动 上述天球坐标系的建立是假定地球的自转轴在空上述天球坐标系的建立是假定地球的自转轴在空间的方向上是固定的，春分点在天球上的位置保间的方向上是固定的，春分点在天球上的位置保持不变。实际上地球接近于一个赤道隆起的椭球持不变。实际上地球接近于一个赤道隆起的椭球体，在日月和其它天体引力对地球隆起部分的作体，在日月
8、和其它天体引力对地球隆起部分的作用下，地球在绕太阳运行时，自转轴方向不再保用下，地球在绕太阳运行时，自转轴方向不再保持不变，从而使持不变，从而使春分点在黄道上产生缓慢西移春分点在黄道上产生缓慢西移，此现象在天文学上称为此现象在天文学上称为岁差岁差。在岁差的影响下，。在岁差的影响下，地球自转轴在空间绕北黄极顺时针旋转，因而使地球自转轴在空间绕北黄极顺时针旋转，因而使北天极以同样方式绕北黄极顺时针旋转。北天极以同样方式绕北黄极顺时针旋转。GPS原理及其应用 在天球上，这种顺时针规律运动的北天极称为在天球上，这种顺时针规律运动的北天极称为瞬时平瞬时平北天极北天极（简称平北天极），相应的天球赤道和春分
9、点（简称平北天极），相应的天球赤道和春分点称为称为瞬时天球平赤道和瞬时平春分点瞬时天球平赤道和瞬时平春分点。 在太阳和其它行星引力的影响下，月球的运行轨道以在太阳和其它行星引力的影响下，月球的运行轨道以及月地之间的距离在不断变化，北天极绕北黄极顺时及月地之间的距离在不断变化，北天极绕北黄极顺时针旋转的轨迹十分复杂。如果观测时的北天极称为针旋转的轨迹十分复杂。如果观测时的北天极称为瞬瞬时北天极（或真北天极）时北天极（或真北天极），相应的天球赤道和春分点，相应的天球赤道和春分点称为称为瞬时天球赤道和瞬时春分点（或真天球赤道和真瞬时天球赤道和瞬时春分点（或真天球赤道和真春分点）春分点）。则在日月引力
10、等因素的影响下，瞬时北天。则在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极将绕瞬时平北天极产生旋转，轨迹大致为椭圆。这极将绕瞬时平北天极产生旋转，轨迹大致为椭圆。这种现象称为种现象称为章动章动。GPS原理及其应用岁差示意图岁差示意图 岁差指平北天极以北黄岁差指平北天极以北黄极为中心，以黄赤交角极为中心，以黄赤交角为半径的一种顺时针为半径的一种顺时针圆周运动。由于岁差，圆周运动。由于岁差，北天极在天球表面上画北天极在天球表面上画出一个以北黄极为中心，出一个以北黄极为中心，以黄赤交角以黄赤交角为半径的为半径的圆周（见左图）。圆周（见左图）。 天天极的这种变化，必然导极的这种变化，必然导致天球赤道面的变化，致
11、天球赤道面的变化， 而实际反映出来的是春而实际反映出来的是春分点位置的变化。分点位置的变化。GPS原理及其应用章动示意图章动示意图 章动是指真北天极绕平章动是指真北天极绕平北天极所作的顺时针椭北天极所作的顺时针椭圆运动。椭圆轨迹的圆运动。椭圆轨迹的长长半径约半径约9.29.2，短半径约，短半径约6.96.9。章动周期为。章动周期为18.618.6年年， 与岁差相比是一种与岁差相比是一种短周期运动。左图描绘短周期运动。左图描绘了章动的概略情况，了章动的概略情况， 图图中中P P0 0是平北天极，是平北天极，P P是真是真北天极。北天极。GPS原理及其应用4. 协议天球坐标系的定义和转换协议天球坐
12、标系的定义和转换 由于岁差和章动的影响，瞬时天球坐标系的坐标轴指向不由于岁差和章动的影响，瞬时天球坐标系的坐标轴指向不断变化，在这种非惯性坐标系统中，不能直接根据牛顿力学断变化，在这种非惯性坐标系统中，不能直接根据牛顿力学定律研究卫星的运动规律。定律研究卫星的运动规律。为建立一个与惯性坐标系相接近为建立一个与惯性坐标系相接近的坐标系，通常选择某一时刻的坐标系，通常选择某一时刻t0作为标准历元，并将此刻地球作为标准历元，并将此刻地球的瞬时自转轴（指向北极）和地心至瞬时春分点的方向，经的瞬时自转轴（指向北极）和地心至瞬时春分点的方向，经过该瞬时岁差和章动改正后，作为过该瞬时岁差和章动改正后，作为z
13、轴和轴和x轴，由此构成的空轴，由此构成的空固坐标系固坐标系称为称为所取标准历元的平天球坐标系，或协议天球坐所取标准历元的平天球坐标系，或协议天球坐标系，也称协议惯性坐标系（标系，也称协议惯性坐标系（Conventional Inertial SystemCIS）GPS原理及其应用 为了将协议天球坐标系的卫星坐标，转换为观测历元为了将协议天球坐标系的卫星坐标，转换为观测历元t的瞬时天球坐标系，通常分两步进行。的瞬时天球坐标系，通常分两步进行。l 首先将协议天球坐标系中的坐标，换算到观测瞬首先将协议天球坐标系中的坐标，换算到观测瞬间的平天球坐标系统间的平天球坐标系统l再将瞬时平天球坐标系的坐标，转
14、换到瞬时天球坐再将瞬时平天球坐标系的坐标，转换到瞬时天球坐标系统标系统GPS原理及其应用 2.3 协议地球坐标系协议地球坐标系1.地球坐标系地球坐标系由于天球坐标系与地球自转无关，导致地球上一固定点由于天球坐标系与地球自转无关，导致地球上一固定点在天球坐标系中的坐标随地球自转而变化，应用不在天球坐标系中的坐标随地球自转而变化，应用不方便。方便。为了描述地面观测点的位置，有必要建立与地球体相固为了描述地面观测点的位置，有必要建立与地球体相固联的坐标系联的坐标系地球坐标系（有时称地固坐标系）。地球坐标系（有时称地固坐标系）。地球坐标系有两种表达方式，即：地球坐标系有两种表达方式，即：空间直角坐标系
15、和大地坐标系。空间直角坐标系和大地坐标系。GPS原理及其应用 地心空间直角坐标系的定义地心空间直角坐标系的定义: 原点与地球质心重合，原点与地球质心重合，z轴指向地球北极，轴指向地球北极，x轴指向格林尼治平子午面与赤道轴指向格林尼治平子午面与赤道的交点的交点E，y轴垂直于轴垂直于xoz平面构成右手坐标系。平面构成右手坐标系。 GPS原理及其应用地心大地坐标系的定义地心大地坐标系的定义：地球椭球的中心与地球质心重合，椭球：地球椭球的中心与地球质心重合，椭球短轴与地球自转轴重合，大地纬度短轴与地球自转轴重合，大地纬度B为过地面点的椭球法线与椭球为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角，大地经度赤道面
16、的夹角，大地经度L为过地面点的椭球子午面与格林尼治平为过地面点的椭球子午面与格林尼治平大地子午面之间的夹角，大地高大地子午面之间的夹角，大地高H为地面点沿椭球法线至椭球面的为地面点沿椭球法线至椭球面的距离。任一地面点在地球坐标系中可表示为（距离。任一地面点在地球坐标系中可表示为（X，Y，Z）和（）和（B，L，H），两者可进行互换。），两者可进行互换。GPS原理及其应用地心大地坐标系地心大地坐标系换算关系如下，其中N为椭球卯酉圈的曲率半径，e为椭球的第一偏心率，a、b为椭球的长短半径。GPS原理及其应用2.地极移动与协议地球坐标系地极移动与协议地球坐标系地球自转轴相对于地球体的位置不是固定的，地
17、极点在地球表面地球自转轴相对于地球体的位置不是固定的，地极点在地球表面上的位置随时间而变化的现象称为上的位置随时间而变化的现象称为极移极移。地极点作为地球坐标地极点作为地球坐标系的重要基准点，极移将使地球坐标系的系的重要基准点，极移将使地球坐标系的Z轴方向发生变化，造轴方向发生变化，造成实际工作困难。成实际工作困难。国际天文学联合会和大地测量学协会在国际天文学联合会和大地测量学协会在1967建议，采用国际上建议，采用国际上5个个纬度服务站，以纬度服务站，以1900-1905年的平均纬度所确定的平均地极位置年的平均纬度所确定的平均地极位置作为基准点，平极的位置是相应上述期间地球自转轴的平均位作为
18、基准点，平极的位置是相应上述期间地球自转轴的平均位置，通常称为置，通常称为国际协议原点国际协议原点（Conventional International OriginCIO）。与之相应的地球赤道面称为平赤道面或协议）。与之相应的地球赤道面称为平赤道面或协议赤道面。至今仍采用赤道面。至今仍采用CIO作为协议地极（作为协议地极（conventional Terrestrial PoleCTP），以协议地极为基准点的地球坐标系称为），以协议地极为基准点的地球坐标系称为协议地协议地球坐标系球坐标系（Conventional Terrestrial SystemCTS），而与瞬时），而与瞬时极相应的地球
19、坐标系称为瞬时地球坐标系。极相应的地球坐标系称为瞬时地球坐标系。 根据协议地球坐标系和协议天球坐标系的定义可知：根据协议地球坐标系和协议天球坐标系的定义可知： （1）两坐标系的原点均位于地球的质心，故其原点位置相）两坐标系的原点均位于地球的质心，故其原点位置相同。同。 （2）瞬时天球坐标系的）瞬时天球坐标系的z轴与瞬时地球坐标系的轴与瞬时地球坐标系的Z轴指向相轴指向相同。同。 （3）两瞬时坐标系）两瞬时坐标系x轴与轴与X轴的指向不同，其间夹角为春分轴的指向不同，其间夹角为春分点的格林尼治恒星时。点的格林尼治恒星时。二者的转换过程如下：二者的转换过程如下：GPS原理及其应用此外，地球坐标系还有其
20、它表示形式：此外，地球坐标系还有其它表示形式：（1）地球参心坐标系）地球参心坐标系（2）天文坐标系）天文坐标系（3）站心坐标系）站心坐标系（4）高斯平面直角坐标系等）高斯平面直角坐标系等GPS原理及其应用 2.4 2.4大地测量基准大地测量基准大地测量基准大地测量基准1.经典大地测量基准经典大地测量基准 大地测量基准是由一组确定测量参考面（参考系）在大地测量基准是由一组确定测量参考面（参考系）在地球内部的位置和方向，以及描述参考面形状和大小的地球内部的位置和方向，以及描述参考面形状和大小的参数来表示。一般选择一个椭球面作为计算的参考面。参数来表示。一般选择一个椭球面作为计算的参考面。同时地球作
21、为宇宙空间的一个行星，也有重要的物理性同时地球作为宇宙空间的一个行星，也有重要的物理性质，质，1967年国际大地测量协会（年国际大地测量协会（IAG）推荐如下）推荐如下4个量来个量来描述地球椭球的基本特征：描述地球椭球的基本特征： a地球椭球长半径地球椭球长半径m J2地球重力场二阶带谐系数地球重力场二阶带谐系数 GM地球引力与地球质量乘积地球引力与地球质量乘积km3s-2 地球自转角速度地球自转角速度rad/sGPS原理及其应用2.卫星大地测量基准卫星大地测量基准 在全球定位系统中，为了确定用户接收机的位置，在全球定位系统中，为了确定用户接收机的位置，GPS卫卫星的瞬时位置通常应化算到统一的
22、地球坐标系统。星的瞬时位置通常应化算到统一的地球坐标系统。 在在GPS试验阶段，卫星瞬间位置的计算采用了试验阶段，卫星瞬间位置的计算采用了1972年世界年世界大地坐标系（大地坐标系（World Geodetic System WGS-72），），1987年年1月月10日开始采用改进的大地坐标系统日开始采用改进的大地坐标系统WGS-84。世。世界大地坐标系界大地坐标系WGS属于协议地球坐标系属于协议地球坐标系CTS，WGS可看成可看成CTS的近似系统。的近似系统。GPS原理及其应用 为地球重力场正常化二阶带谐系数，等于为地球重力场正常化二阶带谐系数，等于-J2/51/2基本大地参数WGS-72W
23、GS-84a(m)63781356378137 或f-484.160510-61/298.26-484.1668510-61/298.257223563(rad/s)7.292115147 10-57.292115 10-5GM(km3/s2)398600.8398600.5WGS-72与与WGS-84的基本大地参数的基本大地参数GPS原理及其应用 2.5时间系统1有关时间的基本概念有关时间的基本概念 在天文学和空间科学技术中，时间系统是精确描述天在天文学和空间科学技术中，时间系统是精确描述天体和卫星运行位置及其相互关系的重要基准，也是利体和卫星运行位置及其相互关系的重要基准，也是利用卫星进行
24、定位的重要基准。用卫星进行定位的重要基准。 在在GPS卫星定位中，时间系统的重要性表现在：卫星定位中，时间系统的重要性表现在： GPS卫星作为高空观测目标，位置不断变化，在给出卫卫星作为高空观测目标，位置不断变化，在给出卫星运行位置同时，必须给出相应的瞬间时刻。例如当星运行位置同时，必须给出相应的瞬间时刻。例如当要求要求GPS卫星的位置误差小于卫星的位置误差小于1cm，则相应的时刻误差，则相应的时刻误差应小于应小于2.6 10-6s。 准确地测定观测站至卫星的距离，必须精密地测定信准确地测定观测站至卫星的距离，必须精密地测定信号的传播时间。若要距离误差小于号的传播时间。若要距离误差小于1cm，
25、则信号传播时，则信号传播时间的测定误差应小于间的测定误差应小于3 10-11sGPS原理及其应用 由于地球的自转现象，在天球坐标系中地球上点的位由于地球的自转现象，在天球坐标系中地球上点的位置是不断变化的，若要求赤道上一点的位置误差不超置是不断变化的，若要求赤道上一点的位置误差不超过过1cm，则时间测定误差要小于，则时间测定误差要小于2 10-5s。 显然，利用显然，利用GPS进行精密导航和定位，尽可能获得高进行精密导航和定位，尽可能获得高精度的时间信息是至关重要的。精度的时间信息是至关重要的。 时间包含了时间包含了“时刻时刻”和和“时间间隔时间间隔”两个概念。时刻是指两个概念。时刻是指发生某
26、一现象的瞬间。在天文学和卫星定位中，与所发生某一现象的瞬间。在天文学和卫星定位中，与所获取数据对应的时刻也称获取数据对应的时刻也称历元历元。时间间隔是指发生某。时间间隔是指发生某一现象所经历的过程，是这一过程始末的时间之差。一现象所经历的过程，是这一过程始末的时间之差。时间间隔测量称为相对时间测量，而时刻测量相应称时间间隔测量称为相对时间测量，而时刻测量相应称为绝对时间测量。为绝对时间测量。GPS原理及其应用 测量时间必须建立一个测量的基准，即时间的单位测量时间必须建立一个测量的基准，即时间的单位（尺度）和原点（起始历元）。其中时间的尺度是关（尺度）和原点（起始历元）。其中时间的尺度是关键，而
27、原点可根据实际应用加以选定。键，而原点可根据实际应用加以选定。 符合下列要求的任何一个可观察的周期运动现象，都符合下列要求的任何一个可观察的周期运动现象，都可用作确定时间的基准：可用作确定时间的基准： 运动是运动是连续的、周期性连续的、周期性的。的。 运动的周期应具有充分的运动的周期应具有充分的稳定性稳定性。 运动的周期必须具有运动的周期必须具有复现性复现性，即在任何地方和时间，即在任何地方和时间，都可通过观察和实验，复现这种周期性运动。都可通过观察和实验，复现这种周期性运动。 GPS原理及其应用2.世界时系统世界时系统 地球的自转运动是连续的，且比较均匀。最地球的自转运动是连续的，且比较均匀
28、。最早建立的时间系统是早建立的时间系统是以地球自转运动为基准以地球自转运动为基准的世界时系统的世界时系统。由于观察地球自转运动时所。由于观察地球自转运动时所选取的空间参考点不同，世界时系统包括恒选取的空间参考点不同，世界时系统包括恒星时、平太阳时和世界时。星时、平太阳时和世界时。GPS原理及其应用恒星时恒星时(Sidereal TimeST) 以春分点为参考点，由春分点的周日视运动以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所确定的时间称为恒星时。所确定的时间称为恒星时。 春分点连续两次经过本地子午圈的时间间隔春分点连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一恒星日，含为一恒星日，含24个恒星小时。恒星时以
29、个恒星小时。恒星时以春分点通过本地子午圈春分点通过本地子午圈 时刻为起算原点，时刻为起算原点，在数值上等于春分点相对于本地子午圈的在数值上等于春分点相对于本地子午圈的时角，同一瞬间不同测站的恒星时不同，时角，同一瞬间不同测站的恒星时不同，具有地方性，也称具有地方性，也称地方恒星时地方恒星时。GPS原理及其应用 由于岁差和章动的影响，地球自转轴在空间的指向是变化的，春由于岁差和章动的影响，地球自转轴在空间的指向是变化的，春分点在天球上的位置也不固定。对于同一历元，所相应的真北分点在天球上的位置也不固定。对于同一历元，所相应的真北天极和平北天极，也有真春分点和平春分点之分。相应的恒星天极和平北天极
30、，也有真春分点和平春分点之分。相应的恒星时就有真恒星时和平恒星时之分。时就有真恒星时和平恒星时之分。LAST真春分点地方时角真春分点地方时角GAST真春分点的格林尼治时角真春分点的格林尼治时角LMST平春分点的地方时角平春分点的地方时角GMST平春分点的格林尼治时角平春分点的格林尼治时角零子午线赤道地方子午线1平PnGASTLASTGMSTLMSTGPS原理及其应用 平太阳时（平太阳时（Mean Solar TimeMT） 由于地球公转的轨道为椭圆，根据天体运动的开普勒由于地球公转的轨道为椭圆，根据天体运动的开普勒定律，可知太阳的视运动速度是不均匀的，如果以定律，可知太阳的视运动速度是不均匀的
31、，如果以真太阳作为观察地球自转运动的参考点，则不符合真太阳作为观察地球自转运动的参考点，则不符合建立时间系统的基本要求。假设一个参考点的视运建立时间系统的基本要求。假设一个参考点的视运动速度等于真太阳周年运动的平均速度，且在天球动速度等于真太阳周年运动的平均速度，且在天球赤道上作周年视运动，这个假设的参考点在天文学赤道上作周年视运动，这个假设的参考点在天文学中称为平太阳。平太阳连续两次经过本地子午圈的中称为平太阳。平太阳连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一平太阳日，包含时间间隔为一平太阳日，包含24个平太阳时。平太个平太阳时。平太阳时也具有地方性，常称为地方平太阳时或地方平阳时也具有地方性，常
32、称为地方平太阳时或地方平时。时。GPS原理及其应用世界时（世界时（Universal TimeUT） 以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时称为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。世界时与平太阳时的时间尺度相同，。世界时与平太阳时的时间尺度相同，起算点不同。起算点不同。1956年以前，秒被定义为一个平年以前，秒被定义为一个平太阳日的太阳日的1/86400，是以地球自转这一周期运，是以地球自转这一周期运动作为基础的时间尺度。由于自转的不稳定性，动作为基础的时间尺度。由于自转的不稳定性，在在UT中加入中加入极移极移改正得改正得UT1。加入地球。加入地球自自转角转角速度的季节改正速度
33、的季节改正得得UT2。虽然经过改正，其中。虽然经过改正，其中仍包含地球自转角速度的长期变化和不规则变仍包含地球自转角速度的长期变化和不规则变化的影响，世界时化的影响，世界时UT2不是一个严格均匀的时不是一个严格均匀的时间系统。在间系统。在GPS测量中，主要用于天球坐标系测量中，主要用于天球坐标系和地球坐标系之间的转换计算。和地球坐标系之间的转换计算。GPS原理及其应用3.原子时（原子时（Atomic TimeAT）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，具有很高的稳定度，由此建立的原子时成为最理想的时间系统。定度，由此建立的原子时成为
34、最理想的时间系统。原子时秒长的定义；位于海平面上的铯原子时秒长的定义；位于海平面上的铯133原子基态的两个超精细原子基态的两个超精细能级，在零磁场中跃迁辐射震荡能级，在零磁场中跃迁辐射震荡9192631770周所持续的时间为周所持续的时间为一原子时秒。原子时秒为国际制秒（一原子时秒。原子时秒为国际制秒（SI）的时间单位。）的时间单位。 原子时的原点为原子时的原点为AT=UT2-0.0039s不同的地方原子时之间存在差异，为此，国际上大约不同的地方原子时之间存在差异，为此，国际上大约100座原子座原子钟，通过相互比对，经数据处理推算出统一的原子时系统，称钟，通过相互比对，经数据处理推算出统一的原
35、子时系统，称为国际原子时（为国际原子时（International Atomic TimeIAT） 在卫星测量中，原子时作为高精度的时间基准，普遍用于精密在卫星测量中，原子时作为高精度的时间基准，普遍用于精密测定卫星信号的传播时间。测定卫星信号的传播时间。GPS原理及其应用5.协调世界时（协调世界时（Coordinate universal TimeUTC） 在进行大地天文测量、天文导航和空间飞行器的跟在进行大地天文测量、天文导航和空间飞行器的跟踪定位时，仍然需要以地球自转为基础的世界时。踪定位时，仍然需要以地球自转为基础的世界时。但由于地球自转速度有长期变慢的趋势，近但由于地球自转速度有长期
36、变慢的趋势，近20年，年，世界时每年比原子时慢约世界时每年比原子时慢约1秒，且两者之差逐年积秒，且两者之差逐年积累。为避免发播的原子时与世界时之间产生过大偏累。为避免发播的原子时与世界时之间产生过大偏差，从差，从1972年采用了一种以原子时秒长为基础，在年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时间系统，称时刻上尽量接近于世界时的一种折衷时间系统，称为世界协调时或协调时。为世界协调时或协调时。GPS原理及其应用采用润秒或跳秒的方法，使协调时与世界时的时刻采用润秒或跳秒的方法，使协调时与世界时的时刻相接近。即当协调时与世界时的时刻差超过相接近。即当协调时与世界时的时刻差超
37、过 0.9s时，便在协调时中引入一润秒（正或负）。一般时，便在协调时中引入一润秒（正或负）。一般在在12月月31日或日或6月月30日末加入，具体日期由国际地日末加入，具体日期由国际地球自转服务组织（球自转服务组织（IERS）安排并通告。）安排并通告。协调时与国际原子时的关系定义为：协调时与国际原子时的关系定义为：IAT=UTC+1S nn为调整参数，由为调整参数，由IERS发布。发布。GPS原理及其应用6.GPS时间系统（时间系统（GPST）为精密导航和测量需要，全球定位系统建立了专为精密导航和测量需要，全球定位系统建立了专用的时间系统，由用的时间系统，由GPS主控站的原子钟控制。主控站的原子
38、钟控制。GPS时属于原子时系统，秒长与原子时相同，但时属于原子时系统，秒长与原子时相同，但与国际原子时的原点不同，即与国际原子时的原点不同，即GPST与与IAT在任一在任一瞬间均有一常量偏差。瞬间均有一常量偏差。IAT-GPST = 19s，GPS时与协调时的时刻，规定在时与协调时的时刻，规定在1980年年1月月6日日0时时一致，随着时间的积累，两者的差异将表现为一致，随着时间的积累，两者的差异将表现为秒的整数倍。秒的整数倍。GPS时与协调时之间关系时与协调时之间关系 GPST=UTC+ 1S n-19s到到1987年，调整参数年，调整参数n为为23，两系统之差为，两系统之差为4秒，秒，到到1992年调整参数为年调整参数为26，两系统之差已达，两系统之差已达7秒。秒。GPS原理及其应用时间系统及其关系
