1、第二章全球定位系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)和時間系統(tǒng)，主要內(nèi)容，2.1天球和天球坐標(biāo)系統(tǒng)，2.2協(xié)議地球坐標(biāo)系統(tǒng)，2.3全球定位系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)，2.4時間系統(tǒng)，2.1.1天球主要點，線和圓，2.1天球和天球坐標(biāo)系統(tǒng)，它們被定義為以空間中某一點為中心的無限半徑球體。在天文學(xué)中，參考坐標(biāo)通常以天球為基礎(chǔ)，天球分為直立天球、地心天球、日心天球、天頂(z)和天底(z)天軸(PP)、天極(南天極和北天極)、天球赤道、天球子午面、天球子午圓、上赤道點Q和下赤道點Q、天球子午和南北(e、w、s、n)時圓上的主要點、春分點和秋分點、春分點和秋分點。 坐標(biāo)原點、坐標(biāo)系三要素、坐標(biāo)軸指向、坐標(biāo)指示參數(shù)、2.1.2天球坐標(biāo)系和天球坐

2、標(biāo)系是建立在天球和天球上的點線圈基礎(chǔ)上的坐標(biāo)系，天球坐標(biāo)系的定義是根據(jù)不同的天球中心來劃分日心坐標(biāo)系。 根據(jù)天球坐標(biāo)系的分類，赤道坐標(biāo)系的時間角以天球赤道、子午面和上赤道點為基礎(chǔ)，用赤緯和時間角T表示，右赤道坐標(biāo)系以天球赤道為基礎(chǔ)，用赤經(jīng)和赤緯表示，時間圓通過春分點和春分點，黃道坐標(biāo)系以天球黃道為基礎(chǔ)，用經(jīng)度L和黃維表示，經(jīng)度圓通過春分點。視差可以分為年視差(恒星視差)和周日視差。地心、站中心和日心天體坐標(biāo)系之間的關(guān)系，視差，地心、站中心和日心天體坐標(biāo)系之間的關(guān)系，恒星：赤經(jīng)和赤緯都用來表示人造地球衛(wèi)星；赤經(jīng)、赤緯和距離分別表示不同的天球坐標(biāo)、天球赤道坐標(biāo)系(，R)和天球直角坐標(biāo)系(x，y，z

3、)，天球赤道坐標(biāo)系和天球直角坐標(biāo)系，進動和章動分別是瞬時平天極、瞬時天球赤道和瞬時平春分點(只考慮進動)，進動章動對天球坐標(biāo)的影響，進動章動引起的春分點位置的變化，瞬時真天極， 瞬時天球真赤道和瞬時真春分點(考慮進動和章動的綜合影響)，進動章動對天球坐標(biāo)的影響，特定時刻天球坐標(biāo)系與天球坐標(biāo)系的平面天球坐標(biāo)系的一致性，天球坐標(biāo)系(CIS)(1)，目前國際上被天球坐標(biāo)系國際大地測量協(xié)會和國際天球協(xié)議聯(lián)合會采用，確定從1984年1月1日起，平面天球坐標(biāo)系Z軸指向J2000.0， 平春分Z軸指向J2000.0，平春分X軸指向J2000.0。目前，國際上采用的天球坐標(biāo)系國際大地測量協(xié)會和國際天文協(xié)定聯(lián)合

4、會決定從1984年1月1日開始采用，對于12小時(J2000.0)平天球坐標(biāo)系，Z軸指向J2000.0，平春分X軸指向J2000.0，同意執(zhí)行協(xié)議天體坐標(biāo)系(CIS)(2)，特定時間的真實天體坐標(biāo)，章動校正，特定時間的平坦天體坐標(biāo)，J2000.0(約定天體坐標(biāo))，進動校正，1。地球直角坐標(biāo)系的定義原點與地球質(zhì)心重合，Z軸指向地球北極，X軸指向地球赤道面和格林威治子午線圓的交點，Y軸位于赤道面2.2地球坐標(biāo)系協(xié)議，圖2-2笛卡爾坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系，2。大地坐標(biāo)系的定義地球橢球的中心與地球質(zhì)心和短軸的中心重合地球笛卡爾坐標(biāo)系和地球大地坐標(biāo)系如圖2-2所示：對于同一個空間點，笛卡爾坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系

5、的參數(shù)之間有以下轉(zhuǎn)換關(guān)系：3。地心坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點位于地球的中心，而地心坐標(biāo)系和參考坐標(biāo)系不位于地球的中心。地心坐標(biāo)系和參考坐標(biāo)系的特點地心坐標(biāo)系適合全球應(yīng)用。參考坐標(biāo)系適用于局部應(yīng)用，有利于使局部大地水準(zhǔn)面符合參考橢球，保持國家坐標(biāo)系的穩(wěn)定性，并對地心坐標(biāo)保密。定義：由于地球內(nèi)外的各種動力因素，地球相對于旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生相對運動，從而引起地球磁極的運動。這種現(xiàn)象被稱為極移。極移，包括杰德拉分量(周期1.2年)和年分量，是通過測量緯度ILS(后來的IPMS)的變化、BIH國際協(xié)會的原點CIO(1900-1905年平均地球極點)、歲差、章動和歲差以及章動引起的天體坐標(biāo)的變化來確定的。 瞬時(真實)地球

6、坐標(biāo)系的Z軸與瞬時地球旋轉(zhuǎn)軸重合或平行的地球坐標(biāo)系，平面地球坐標(biāo)系的Z軸指向空間中的一個固定點(平極)的地球坐標(biāo)系，平面地球坐標(biāo)(X，Y，Z)與瞬時(真實)地球坐標(biāo)(X，Y，Z)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，瞬時(真實)在1884年早期的經(jīng)度零點，美國華盛頓的國際經(jīng)度會議定義通過英國格林威治天文臺艾里儀器中心的子午線是全球統(tǒng)一的起點起始子午線和赤道的交點稱為天文經(jīng)度零點。受板塊運動、局部地殼運動和極移以及經(jīng)度零點問題的影響，通過多個觀測站聯(lián)合維護格林威治標(biāo)準(zhǔn)子午線，可以減小板塊運動、局部地殼運動和觀測誤差的影響。穿過CIO和CIO-BIH經(jīng)度零點的天文經(jīng)度零點的子午線稱為起始子午線，其與CIO赤道的交點稱為

7、赤道參考點或CIO-BIH經(jīng)度零點。幾種常用坐標(biāo)系之間的關(guān)系，觀測時的真天體坐標(biāo)系，進動和章動校正，旋轉(zhuǎn)SG角，觀測時的真地球坐標(biāo)系，平地球坐標(biāo)系，極移校正，某一時期的平天體坐標(biāo)系，WGS-84坐標(biāo)系，2.3 GPS坐標(biāo)系，國際地球參考系(ITRF)，北京54舊坐標(biāo)系，北京54新坐標(biāo)系，WGS-84橢球體及其相關(guān)常數(shù)：WGS-84采用的橢球體是國際地球聯(lián)合會第17屆大會推薦的大地常數(shù)值它的四個基本參數(shù)，WGS-84坐標(biāo)系和WGS-84定義：WGS-84是通過修改NSWC9Z-2參考系的原點和標(biāo)度變化并旋轉(zhuǎn)其參考子午面使其與BIH定義的零子午面一致而獲得的一個新參數(shù)。WGS-84坐標(biāo)系的原點在地

8、球的質(zhì)心，Z軸指向由BIH1984.0定義的CTP方向。 X軸指向比1984.0的零子午面與赤道的交點，Y軸、Z軸和X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。 這是一個立體坐標(biāo)系。長半徑：a=63781372(m)；重力常數(shù)：GM=3986005108 m3-20.6108 m3-2；歸一化二階諧波系數(shù)：C20 C20=-484.1668510-61.310-9；-9；J2=10826310-8，地球自轉(zhuǎn)角速度：=729211510-11RADS-10.15010-11RADS-1，國際地球參考系(ITRF)，由IERS(國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù))建立，它由全世界數(shù)百個單反、甚長基線干涉和全球定位系統(tǒng)站組成。IGS精密星歷

9、的Z軸指向CIO，CIO由單反、甚長基線干涉和全球定位系統(tǒng)維護。它提供站坐標(biāo)和速度場信息。WGS84與ITRF的關(guān)系。WGS84地面站的坐標(biāo)精度為1米至2米，ITRF為厘米級精度。重力常數(shù)不同。WGS-84與ITRF的關(guān)系，WGS84與ITRF的換算關(guān)系，(1北京坐標(biāo)(4)方向不明確。(3)幾何大地測量和物理大地測量的參考平面不一致。坐標(biāo)來源：陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。參考橢球：1975年國際橢球。1980年國家大地坐標(biāo)系(GDZ80)，平差方法：天文大地網(wǎng)整體平差。特點：(1)采用1975年的國際橢球。(2)同心大地坐標(biāo)系是1954年在北京坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上建立的。(3)橢球似大地水準(zhǔn)面是中國最接近的

10、，是多點定位。(4)方向明確。(5)地球的起源位于中國中部。(6)大地基準(zhǔn)采用1956年黃海高程。新的1954年北京坐標(biāo)系(BJ54 new)是1980年由國家大地坐標(biāo)系(GDZ80)轉(zhuǎn)換而來的。坐標(biāo)來源：陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。新1954北京坐標(biāo)系(BJ54新)，參考橢球：Krasovsky橢球。調(diào)整方法：天文大地網(wǎng)的整體調(diào)整。BJ54的新特點是：(1)采用克拉索夫斯基橢球。(2)是由GDZ80和BJ54集成而成的參考中心坐標(biāo)系。(3)采用多點定位。但橢球體和大地水準(zhǔn)面在中國并不是最合適的。(4)方向明確。(5)大地測量原點與GDZ80相同，但大地測量起始數(shù)據(jù)不同。(6)大地基準(zhǔn)采用1956年黃

11、海高程。(7)與BJ54相比，橢球參數(shù)相同，方向相似但不同。(8)BJ54舊和BJ54新沒有全國統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換參數(shù)，只能在本地轉(zhuǎn)換。2.4時間系統(tǒng)，沙瓶-沙漏，世界時，時間系統(tǒng)分類，力小時，原子時間，全球定位系統(tǒng)時間，恒星時間，參考點：春分定義：春分兩次通過本地子午圈的時間間隔為一個恒星日。由此推導(dǎo)出“小時”、“分鐘”和“秒”的單位。當(dāng)它屬于一個地方。它在數(shù)值上等于春分點相對于當(dāng)?shù)刈游缇€圓的小時角。有兩點，即加斯特-格林威治視在側(cè)時間和GMST-格林威治標(biāo)準(zhǔn)側(cè)時間，太陽時，參考點：太陽定義：太陽中心連續(xù)兩次通過當(dāng)?shù)刈游缛Φ臅r間間隔為一個太陽日。由此推導(dǎo)出“小時”、“分鐘”和“秒”的單位。當(dāng)它屬于一

12、個地方。在數(shù)值上等于太陽中心相對于局部子午線圓的小時角。中午(0h)和午夜(12h)，有視太陽時(t)和平太陽時(m)，真太陽日和平太陽日，平太陽年視運動軌跡在赤道面上。運動的角速度是恒定的，等于真實太陽的平均角速度。視太陽時和平太陽時之間關(guān)系的定義：格林威治子午線零點的民用時間稱為世界時。UT0，UT1，UT2，世界時，問題的推導(dǎo)：不均勻的極移和地球自轉(zhuǎn)(長期趨勢減緩，有短期變化和季節(jié)性變化)UT0:未修正的世界時，UT1:有極移修正的世界時()UT2:有極移修正的世界時()和地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性修正(Ts)，定義：根據(jù)太陽系中的行星，歷書是基于太陽系中天體旋轉(zhuǎn)的時間系統(tǒng)， 其中規(guī)定1900

13、年1月1日的12個回歸年長度的1/31556925.9747是一個歷書秒。 此時，歷書時間在數(shù)值上與世界時相同，其后續(xù)關(guān)系是：地球動力學(xué)時間內(nèi)太陽系質(zhì)心力時的上止點和下止點之差是由相對論效應(yīng)引起的。1967年10月，第13屆國際度量衡大會通過定義，零磁場下海平面銫133(Cs33)兩個超精細(xì)能級躍遷的輻射振蕩持續(xù)9192631770周，即一個原子時間。(原子時和秒長的定義)，在2.4.3原子時，最初規(guī)定at和UT2在1958年1月1日零時相同，但實際差值為0.0039秒，即(AT-UT2)1958.0=-0.0039秒。(原子時的定義)，世界時協(xié)調(diào)世界時與閏秒?yún)f(xié)調(diào)世界時的時間長度相同，世界時協(xié)調(diào)世界時和世界時之間的差異保持在0.9秒以內(nèi)(通常在6月30日的24小時內(nèi)或12月31日的24小時內(nèi)跳躍秒)，正閏秒(增加1秒)和負(fù)閏秒(減少1秒)。1977年，國際原子時IAT成立。通過對100個原子鐘的