GPS若干命題要點(diǎn)

1、GPS若干命題命題1、 GPS全球定位系統(tǒng)的建立佃73年12月，美國國防部批準(zhǔn)它的陸?？杖娐?lián)合研制新的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：NAVSTAR/GPS。它是英文 “Navigation Satellite Timing And Ranging/Global Positioning System 的縮寫詞。其意為 衛(wèi)星測 時測距導(dǎo)航/全球定位系統(tǒng)”。簡稱GPS系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基 礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全能性（陸地、海洋、航空和航天）、 全球性、全天候、連續(xù)性和實時性的導(dǎo)航、定位和定時的功能。能為 各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時間。自1974年以來，GPS計劃已經(jīng)歷了方案論證（佃74一佃7

2、8年）， 系統(tǒng)論證（佃79 一佃87年）、生產(chǎn)實驗（佃88 一佃93）三個階段?？偼?資超過200億美元。整個系統(tǒng)分為衛(wèi)星星座、地面控制和監(jiān)測站、用 戶設(shè)備三大部分。論證階段共發(fā)射了 11顆叫做BLOCK I的試驗衛(wèi) 星，生產(chǎn)實驗階段發(fā)射 BLOCK II R 型第三代GPS衛(wèi)星，GPS系統(tǒng) 由此為基礎(chǔ)改建而成。GPS衛(wèi)星星座見圖1-1。其基本參數(shù)是：衛(wèi)星顆數(shù)為21十3,衛(wèi) 星軌道面?zhèn)€數(shù)為6,衛(wèi)星高度為20200km，軌道傾角為55度，衛(wèi)星 運(yùn)行周期為11小時58分（恒星時12小時），載波頻率為1575. 42MHz 和1227. 60MHz。衛(wèi)星通過天頂時，衛(wèi)星可見時間為 5小時，在地球表面

3、上任何地點(diǎn)任何時刻，在高度角15度以上，平均可同時觀測到6顆衛(wèi)星，最多可達(dá)9顆衛(wèi)星。圖11 GPS衛(wèi)星星座圖2 GPST作衛(wèi)星圖1-2是GPS工作衛(wèi)星的外部形態(tài)。GPS工作衛(wèi)星的在軌重量是 843.68公斤，其設(shè)計壽命為七年半。當(dāng)衛(wèi)星人軌后，星內(nèi)機(jī)件靠太 陽能電池和錫鎳蓄電池供電。每個衛(wèi)星有一個推力系統(tǒng)，以便使衛(wèi)星 軌道保持在適當(dāng)位置。GPSE星通過12根螺旋型天線組成的陣列天 線發(fā)射張角大約為30度的電磁波束，覆蓋衛(wèi)星的可見地面。衛(wèi)星姿 態(tài)調(diào)整采用三軸穩(wěn)定方式，由四個斜裝慣性輪和噴氣控制裝置構(gòu)成三 軸穩(wěn)定系統(tǒng)，致使螺旋天線陣列所輻射的波速對準(zhǔn)衛(wèi)星的可見地面每 2分鐘間隔的觀測值，然后將數(shù)據(jù)發(fā)

4、送給主控站。命題2.GPS信號接收機(jī)GPS信號接收機(jī)的任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所 選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對所接收到的GPS 信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出 GPS 信號從衛(wèi)星到接收機(jī) 天線的傳播時間，解譯出 GPS 衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時地計算 出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。靜態(tài)定位中，GPS接收機(jī)在捕獲和跟蹤 GPS衛(wèi)星的過程中固定 不變，接收機(jī)高精度地測量 GPS信號的傳播時間，利用 GPS衛(wèi)星 在軌的已知位置， 解算出接收機(jī)天線所在位置的三維坐標(biāo)。 而動態(tài)定 位則是用GPS接收機(jī)測定一個運(yùn)動物體的運(yùn)行軌跡。GPS信號接收 機(jī)所位于的運(yùn)

5、動物體叫做載體 （如航行中的船艦，空中的飛機(jī)，行走 的車輛等）。載體上的GPS接收機(jī)天線在跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中相 對地球而運(yùn)動，接收機(jī)用GPS信號實時地測得運(yùn)動載體的狀態(tài)參數(shù) （瞬間三維位置和三維速度 ）。接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及 GPS 數(shù)據(jù)的后處理軟件包，構(gòu)成完 整的GPS用戶設(shè)備。GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩 大部分。對于測地型接收機(jī)來說， 兩個單元一般分成兩個獨(dú)立的部件， 觀測時將天線單元安置在測站上，接收單元置于測站附近的適當(dāng)?shù)?方，用電纜線將兩者連接成一個整機(jī)。 也有的將天線單元和接收單元 制作成一個整體，觀測時將其安置在測站點(diǎn)上。GPS 接收機(jī)一般用蓄電池作電源。

6、同時采用機(jī)內(nèi)機(jī)外兩種直流 電源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電池的目的在于更換外電池時不中斷連續(xù)觀測。 在用 機(jī)外電池的過程中，機(jī)內(nèi)電池自動充電。關(guān)機(jī)后，機(jī)內(nèi)電池為 RAM 存儲器供電，以防止丟失數(shù)據(jù)。近幾年，國內(nèi)引進(jìn)了許多種類型的 GPS測地型接收機(jī)。各種類型的GPS測地型接收機(jī)用于精密相對定位時，其雙頻接收機(jī)精度可 達(dá)Smm +1 ppm D，單頻接收機(jī)在一定距離內(nèi)精度可達(dá) I Omm + 2ppm D。用于差分定位其精度可達(dá)亞米級至厘米級。 行偏差或啟用 備用時鐘等。GPS衛(wèi)星的核心部件是高精度的時鐘、導(dǎo)航電文存儲器、雙頻 發(fā)射和接收機(jī)以及微處理機(jī)。而對于 GPS定位成功的關(guān)鍵在于高穩(wěn) 定度的頻率標(biāo)準(zhǔn)。這種

7、高穩(wěn)定度的頻率標(biāo)準(zhǔn)由高度精確的時鐘提供。 因為10-”秒的時間誤差將會引起30cm的站星距離誤差。為此，每 顆GPS工作衛(wèi)星一般安設(shè)兩臺鉚原子鐘和兩臺艷原子鐘，并計劃未來采用更穩(wěn)定的氫原子鐘。原點(diǎn)和單位尺度。天文學(xué)上把觀測資料所對應(yīng)的時刻（觀測瞬間）nq歷元 化加。h），因此時間的原點(diǎn)也叫起始?xì)v元（InitialEpoch）。起始?xì)v元可根據(jù)需要而有所選抒異沐伺的時間系統(tǒng)可能有不同的時 間原點(diǎn)，但從本質(zhì)上講，真正的差異體現(xiàn)在度量時間的主具一時鐘上。不同的時鐘有著不同的度量時間的方式，因此時間單位尺度的定義也有所區(qū)別石 命題3. GPs使用的坐標(biāo)系統(tǒng) 3.1協(xié)議天球坐標(biāo)系 天球（Celestial

8、sphere是一個半徑巨大的假想的虛球（ImaginativeSphere）,是天文學(xué)上用來描述天體位置的參照物。根據(jù)天球中心位 置的不同，天球可分為日心天球、站心天球和地心天球。天文學(xué)中， 為了使星表中提供的恒星位置不隨地球公轉(zhuǎn)而變化, 一般把坐標(biāo)系原 點(diǎn)一設(shè)在太陽中心,稱日心天球 ;在地球上某一點(diǎn)觀測天體坐標(biāo),可 將中心設(shè)在測站中心上，稱站心天球；對于GPS衛(wèi)星而言，我們關(guān)心 的是衛(wèi)星相對于地球的運(yùn)動, 因而總把原點(diǎn)置于地心上, 叫地心天球 （GeocentricCele ;tialsphere）。同一個天體在任意瞬時，可以有這 3 種坐標(biāo)，它們之間是有差異的，也可以相互轉(zhuǎn)換。3.2. 衛(wèi)

9、星測量中常用坐標(biāo)系衛(wèi)星測量是利用空中衛(wèi)星的位置確定地面觀測點(diǎn)的位置。 由于衛(wèi) 星圍繞地球質(zhì)心運(yùn)動， 所以衛(wèi)星測量中通常定義地球質(zhì)心為坐標(biāo)系原 點(diǎn)，按其三軸指向分別定義天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系， 前者指向天球 上的參考點(diǎn) （或方向），后者指向地球上的參考點(diǎn) （或方向 ）。地球坐標(biāo) 系隨地球自轉(zhuǎn)而不斷地相對于天球坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)。 顯然，地面上觀測站 使用地球坐標(biāo)系表示其位是方便的， 而不隨地球自轉(zhuǎn)一起運(yùn)動的天體 和人造衛(wèi)星則使用天球坐標(biāo)系表示位置更為方便。a瞬時極天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系瞬時極天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系衛(wèi) 星定軌與導(dǎo)航定位中，接收機(jī)的位 置通常是在地球坐標(biāo)系內(nèi)示的，而 衛(wèi)星的位置通常在天球坐標(biāo)

10、系內(nèi)表 示。應(yīng)用中需要把表示衛(wèi)星位置的 天球坐標(biāo)系與表示測站位置的球 坐標(biāo)系互相變換。由于地球的自轉(zhuǎn)，地球坐標(biāo)系與天球坐標(biāo) 系之間存在相對運(yùn)動。如果使兩坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，取為地球質(zhì)心，兩坐標(biāo)系z軸重合，取為瞬時地球自轉(zhuǎn)軸，則所定義的瞬時天球坐標(biāo)系與瞬時地球坐標(biāo)系具有最簡便的變換關(guān)系。瞬時極天球坐標(biāo)系也 稱真天球（赤道）坐標(biāo)系:原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，：軸指向瞬時地球自轉(zhuǎn)方 向（真天極），二軸指向瞬時春分點(diǎn)（真春分點(diǎn)）,y軸按構(gòu)成右手坐標(biāo)系 取向。瞬時極地球坐標(biāo)系和瞬時極天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為etctRzb固定極天球坐標(biāo)系一平天球坐標(biāo)系瞬時極天球坐標(biāo)系，即真天球坐標(biāo)系可以方便地與地球坐標(biāo)系相 互變換，但

11、由于真天極和真春分點(diǎn)方向不斷變化， 使瞬時極天球坐標(biāo) 系的坐標(biāo)軸指向不斷變化。由于地球近似為旋轉(zhuǎn)橢球， 日、月對地球的引力產(chǎn)生力距， 從而 使地球自轉(zhuǎn)軸在空間產(chǎn)生進(jìn)動， 即地球自轉(zhuǎn)軸的方向在天球上緩慢地 移動。地球自轉(zhuǎn)軸的變化引起與它垂直的赤道面的傾斜， 從而使春分 點(diǎn) （黃道與赤道的交點(diǎn) ）變化。這種運(yùn)動取決于日、月、地球三者的相 關(guān)位置，其結(jié)果使運(yùn)動十分復(fù)雜。 可以將運(yùn)動分解為一個長周期變化 和一系列短周期變化的疊加。地球自轉(zhuǎn)軸的長周期變化約 25800 年 繞黃極一周。 使春分點(diǎn)產(chǎn)生每年約 50.2"的長期變，稱之為日月歲差。 一系列短周期變化中幅值最大的約為 9"，

12、周期為 18.6 年，這些短周 期變化統(tǒng)稱為章動。春分點(diǎn)除因地球自轉(zhuǎn)方向改變引起的變化外還因 黃道的緩慢變化 （行星引力對地球繞日運(yùn)動軌道的攝動 ）而變化，稱為 行星歲差。瞬時極天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸指向是不斷變化的，也就是說它是一 個不斷旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系。 一個旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系不是慣性系統(tǒng)， 在這樣的坐 標(biāo)系中不能直接使用牛頓第二定律， 這對研究衛(wèi)星的運(yùn)動是很不方便 的。因此需要建立一個三軸指向不變的天球坐標(biāo)系， 以便在這個坐標(biāo) 系內(nèi)研究人造衛(wèi)星的運(yùn)動 （計算衛(wèi)星的位置 ）。而這個坐標(biāo)系中所得到 的衛(wèi)星位置又可以方便地變換為瞬時極天球坐標(biāo)系中的值， 以便與地 球坐標(biāo)系進(jìn)行坐標(biāo)變換。歷元平天球坐標(biāo)系(簡稱

13、平天球坐標(biāo)系)就是三軸指向不變的坐 標(biāo)系。選擇某一個歷元時刻(即時刻的起算點(diǎn))，以此瞬間的地球自轉(zhuǎn) 軸和春分點(diǎn)方向分別扣除此瞬間的章動值作為 ：軸和x軸指向，Y軸 按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向，坐標(biāo)系原點(diǎn)與真天球坐標(biāo)系相同。這樣的坐 標(biāo)系稱為該歷元時刻的平天球坐標(biāo)系。瞬時極天球坐標(biāo)系與歷元平天球坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換可以通過歲 差與章動兩次旋轉(zhuǎn)變換來實現(xiàn)。(1)歲差旋轉(zhuǎn)變換ZM(ta)表示歷元J2000. 0年(200(年1月1.5日)平天球坐標(biāo)系z軸 指向，ZM(t )表示所論歷元時刻t真天球坐標(biāo)系z軸指向，由于歲差 導(dǎo)至地球自轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動使二坐標(biāo)系：軸產(chǎn)生夾角BA;同理，因歲差導(dǎo) 至春分點(diǎn)的運(yùn)動使二坐

14、標(biāo)系的 x軸XM(to)與XM(t)產(chǎn)生夾角n Za。通過旋轉(zhuǎn)變換得到這樣兩個坐標(biāo)系間的變換式：xx-Z M（t。）y 二 r（-Za）r（s）Rz（- a） y-Z M （t）式中a、二a、Za為歲差參數(shù)。(2)章動旋轉(zhuǎn)變換在已進(jìn)行歲差旋轉(zhuǎn)變換的基礎(chǔ)上， 還要進(jìn)行章動旋轉(zhuǎn)變換。類似地有y = Rx-)Rz(八)R ( ) y-z c(t)- z M (t)式中;為所論歷元的平黃赤交角。厶'、上；分別為黃經(jīng)章動和交角 章動參數(shù)。C固定極地球坐標(biāo)系一平地球坐標(biāo)系地球瞬時自轉(zhuǎn)軸在地球上隨時間而變， 稱為地極移動，簡稱極移。瞬 時極地球坐標(biāo)系是依瞬時地球自轉(zhuǎn)軸定向的，這將使地球上的測站在該坐

15、標(biāo)系內(nèi)不能得到一個確定不變的坐標(biāo)表示。與天球坐標(biāo)系一樣， 需要定義一個在地球上穩(wěn)定不變的坐標(biāo)系。 這一穩(wěn)定不變的坐標(biāo)系與 瞬時極地球坐標(biāo)系應(yīng)能方便地進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。平地球坐標(biāo)系與瞬時地球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為 ：XXI I- I Iy 二 RyC Xp)Rx(yp) yetem下標(biāo)em表平地球坐標(biāo)系，et表示t時的瞬時地球坐標(biāo)系，Ry( xp )I!和 Rx(yp) 表示t時刻以角度表示的極移值。d坐標(biāo)系的兩種定義方式與協(xié)定坐標(biāo)系通常，理論上坐標(biāo)系的定義過程是先選定一個尺度單位 （一般采用標(biāo) 準(zhǔn)米），然后定義坐標(biāo)原點(diǎn)的位置和坐標(biāo)軸的指向。 坐標(biāo)系一經(jīng)定義， 任意幾何點(diǎn)都具有一組在坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)值。

16、反之亦然，即一組該坐 標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)值就定義了一個幾何點(diǎn)。 實際應(yīng)用中， 在已知若干測站 點(diǎn)的坐標(biāo)值后， 通過觀側(cè)又可反過來定義該坐標(biāo)系。 可以將前一種方 式稱為坐標(biāo)系的理論定義。 而由一系列已知測站點(diǎn)所定義的坐標(biāo)系稱 為協(xié)定坐標(biāo)系。 在點(diǎn)位坐標(biāo)值不存在誤差的情況下， 這兩種方式對坐 標(biāo)系的定義是一致的。 事實上點(diǎn)位的坐標(biāo)值通常是通過一定的測量手 段得到的，它們總是含有誤差的。 由它們反過來定義的協(xié)定坐標(biāo)系與 原來的理論定義的坐標(biāo)系會有所不同。 尤其是所采用的已知點(diǎn)坐標(biāo)值 的個數(shù)多于坐標(biāo)系定義所必需的參數(shù)時， 只能通過平差的方法求得協(xié) 定坐標(biāo)系的有關(guān)參數(shù)。 凡依據(jù)這些已知點(diǎn)位測定的其他點(diǎn)位的坐標(biāo)

17、值 均屬于這一協(xié)定坐標(biāo)系而不屬于理論定義的坐標(biāo)系。 例如，所測定的 衛(wèi)星軌道及利用衛(wèi)星軌道所測定的點(diǎn)位均屬于衛(wèi)星跟蹤站及其坐標(biāo) 值所定義的協(xié)定坐標(biāo)系。 GPS 所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)是測軌跟蹤站及其 坐標(biāo)值所定義的協(xié)定坐標(biāo)系。 由于可以采用激光測衛(wèi)、 激光測月和甚 長干涉等高精度測量手段， 可以使 GPS 跟蹤站的坐標(biāo)誤差很小 （分米 級），即這種協(xié)定坐標(biāo)系與理論定義的坐標(biāo)系偏差不大。3.3.地方獨(dú)立坐標(biāo)系我國許多城市、礦區(qū)基于實用、方便和科學(xué)的目的，將地方獨(dú)立測量 控制網(wǎng)建立在當(dāng)?shù)氐钠骄０胃叱堂嫔?，并以?dāng)?shù)刈游缇€作為中央子 午線進(jìn)行高斯投影求得平面坐標(biāo)。仔細(xì)地分析研究這些地方獨(dú)立測量 控制網(wǎng)，可

18、以發(fā)現(xiàn)，這些網(wǎng)都有自己的原點(diǎn)，自己的定向，也就是說， 這些控制網(wǎng)都是以地方獨(dú)立坐標(biāo)系為參考的。而地方獨(dú)立坐標(biāo)系則隱 含著一個與當(dāng)?shù)仄骄０胃叱虒?yīng)的參考橢球。該橢球的中心、軸向和扁率與國家參考橢球相同，其長半徑則有一改正量。我們將該參考 橢球稱為 地方參考橢球”下面討論地方參考橢球長半徑與國家參考 橢球長半徑的關(guān)系。設(shè)某地方獨(dú)立坐標(biāo)系位于海拔高程為H的曲面上，該地方的大地水準(zhǔn)面差距為 ，則該曲面離國家參考橢球的高度為dN=H+根據(jù)假定，兩橢球的中心一致、軸向一致、扁率相等，僅長半徑有一 變值da,即有dN/N二da/a即da=(a/N)*dN此處a為國家參考橢球長半徑，N為相應(yīng)于該橢球的地方獨(dú)

19、立控制 網(wǎng)原點(diǎn)的卯酉圈曲率半經(jīng)。這樣，使得地方參考橢球的長半徑aL,為aa da根據(jù)假設(shè)有aL =aaL和a分別代表地方參考橢球和國家參考橢球的扁率。于是，地方參考橢球和國家參考橢球的關(guān)系可以表述為中心致：X。= o, y0 = otzo = o；軸向致：Cj. = o；OL = Of扁率相等：da = (dJV/N) * a= a + du長半徑有一增量：3.4國家大地坐標(biāo)系我國目前常用的兩個國家大地坐標(biāo)系是佃54年北京坐標(biāo)系和佃80年國家大地坐標(biāo)系。20世紀(jì)50年代，在我國天文大地網(wǎng)建立初期，鑒于當(dāng)時的歷史條件，采用了克拉索夫斯基橢球元素(a二63782ASm, a = 1/298. 3)

20、,并與前蘇聯(lián) 佃42年普爾科沃坐標(biāo)系進(jìn)行聯(lián)測，通過計算建立了我國大地坐標(biāo)系，定名為 佃54年北京坐標(biāo)系。佃54年北京坐標(biāo)系和前蘇聯(lián) 佃42年普爾科 沃坐標(biāo)系有一定的關(guān)系(橢球參數(shù)和大地原點(diǎn)一致)但又不完全是前蘇聯(lián) 佃42年普爾科沃坐標(biāo)系。如大地點(diǎn)高程是以佃56年青島驗潮 站求出的黃海平均海水面為基準(zhǔn)， 高程異常是以前蘇聯(lián) 佃55年大地 水準(zhǔn)面重新平差結(jié)果為起算值，按我國天文水準(zhǔn)路線推算出來的。幾十年來，我國按 佃54年北京坐標(biāo)系完成了大量的測繪工作，在 該坐標(biāo)系上，實施了天文大地網(wǎng)局部平差，通過高斯一克呂格投影， 得到點(diǎn)的平面坐標(biāo)，測制了各種比例尺地形圖。這一坐標(biāo)系在國家經(jīng) 濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)的

21、各個領(lǐng)域中發(fā)揮了巨大的作用。為了進(jìn)行全國天文大地網(wǎng)整體平差，采用了新的橢球元素和進(jìn)行 了新的定位與定向，佃78年以后，建立了 佃80年國家大地坐標(biāo)系。 佃80年國家大地坐標(biāo)系的大地原點(diǎn)設(shè)在我國中部 一陜西省徑陽縣 永樂鎮(zhèn)。該坐標(biāo)系是參心坐標(biāo)系。橢球短軸Z軸平行于由地球地心指向佃68.0地極原點(diǎn)(JYD)的方向；大地起始子午面平行于格林尼治 平均天文臺子午面，X軸在大地起始子午面內(nèi)與Z軸垂直指向經(jīng)度 零方向；Y軸與乙X軸成右手坐標(biāo)系。橢球參數(shù)采用 佃75年國際大 地測量與地球物理聯(lián)合會第十六屆大會的推薦值。35ITRF坐標(biāo)框架簡介國際地球參考框架 ITRF( International Terr

22、eetrial ReferecceFrame的縮寫)是一個地心參考框架。它是由空間大地測量觀測站的 坐標(biāo)和運(yùn)動速度來定義的，是國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)IERS ( InternationalEarth Rotation Service)的地面參考框架。由于章動、極移影響，國際協(xié)定地極原點(diǎn) CIO變化，所以ITRF框架每年也都在變化。根據(jù) 不同的時間段可定義不同的ITRF,如目前使用的有ITRF - 93框架， ITRF - 94框架（佃96年7月1日以后的IGS星歷都是在此框架下給 出的）等。它們的尺度和定向參數(shù)分別由人衛(wèi)激光測距和IERS公布的地球定向參數(shù)序列確定。ITRF框架實質(zhì)上也是一種地固坐標(biāo)

23、系，其原點(diǎn)在地球體系（含海 洋和大氣圈）的質(zhì)心，以 WGS 一 84橢球為參考橢球。ITRF框架為 高精度的GPS定位測量提供較好的參考系，近幾年已被廣泛地用于 地球動力學(xué)研究，高精度、大區(qū)域控制網(wǎng)的建立等方面，如青藏高原 地球動力學(xué)研究、國家 A級網(wǎng)平差、探圳市PS框架網(wǎng)的建立等都采用了 ITRF框架。一個測區(qū)在使用ITRF框架時，一般以高級約 束點(diǎn)的參考框架來確定本測區(qū)的框架。例如，在深圳市GPS框架建立時，選用了 96國家A級網(wǎng)的貴陽、廣州、武漢三個 A級站（其中 武漢為IGS永久跟蹤站）為約束基準(zhǔn)，而96A級網(wǎng)的參考框架為 ITRF 一 93框架，參考?xì)v元為 365，所以深圳市GPS框

24、架的基準(zhǔn) 也選用ITRF 一 93框架為參考點(diǎn)。在ITRF框架提出前，對全球性及大區(qū)域精密定位問題幾乎都 采用VI BI及SLR獲取有關(guān)點(diǎn)的資料而建立坐標(biāo)系。目前幾乎所有 的IG精密星歷都是在TIRF框架下提供的。所以在應(yīng)用精密星歷進(jìn) 行GI、數(shù)據(jù)處理時，應(yīng)當(dāng)注意所提供的精密星歷的參考框架問題。命題4.時間系統(tǒng)在 GPS 衛(wèi)星定位中，時間系統(tǒng)有著重要的意義。作為觀測目標(biāo)的 GPs 衛(wèi)星以每秒幾公里的速度運(yùn)動。對觀測者而言衛(wèi)星的位置（方向、距離、高度 ）和速度都在不斷地迅速變化。因此，在衛(wèi)星測量中， 例如在由跟蹤站對衛(wèi)星進(jìn)行定軌時， 每給出衛(wèi)星位置的同時， 必須給 出對應(yīng)的瞬間時刻。當(dāng)要求 GP

25、S衛(wèi)星位置的誤差小于lem時，相應(yīng) 的時刻誤差應(yīng)小于2.6cso又如在衛(wèi)星定位測量中，GPS接收機(jī)接 收并處理GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，測定接收機(jī)至衛(wèi)星之間的信號傳播 時間，再乘以光速換算成距離，進(jìn)而確定測站的位置。因此，要準(zhǔn)確 的測定觀測站至衛(wèi)星的距離， 必須精確的測定信號的傳播時間。 如果 要求距離誤差小于Icm,則信號傳播時間的測定誤差應(yīng)小于 0.03nso 所以，任何一個觀測量都必須給定取得該觀測量的時刻。 為了保證觀 測量的精度，對觀測時刻要有一定的精度要求。時間系統(tǒng)與坐標(biāo)系統(tǒng)一樣，應(yīng)有其尺度（時間單位）與原點(diǎn)（歷元）o 只有把尺度與原點(diǎn)結(jié)合起來，才能給出時刻的概念。理論上，任何一 個周

26、期運(yùn)動， 只要它的運(yùn)動是連續(xù)的， 其周期是恒定的， 并且是可觀 測和用實驗復(fù)現(xiàn)的，都可以作為時間尺度 單位）。實際上，我們所能 得到的（或?qū)嵱玫模r間尺度能在一定的精度上滿足這一理論要求。隨 著觀測技術(shù)的發(fā)展和更加穩(wěn)定的周期運(yùn)動的發(fā)現(xiàn)而不斷接近這一理 論要求。實踐中，由于所選用的周期運(yùn)動現(xiàn)象不同， 便產(chǎn)生了不同的 時間系統(tǒng)。4.1 恒星時 ST（ Sdereal Time）以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，由春分點(diǎn)的周日視運(yùn)動所定義的時間系統(tǒng)為 恒星時系統(tǒng)。其時間尺度為 :春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間 間隔為一恒星日，一恒星日分為 2A 個恒星時。恒星時以春分點(diǎn)通過 本地上子午圈時刻為起算原點(diǎn)， 所以恒

27、星時在數(shù)值上等于春分點(diǎn)相對 于本地子午圈的時角。恒星時具有地方性，同一瞬間對不同測站的恒星時是不同的，所 以恒星時也稱為地方恒星時。恒星時是以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的。由于歲差、章動的影響，地球 自轉(zhuǎn)軸在空間的指向是變化的， 春分點(diǎn)在天球上的位置并不固定。 對 于同一歷元所相應(yīng)的真天極和平天極，有真春分點(diǎn)和平春分點(diǎn)之分。 因此，相應(yīng)的恒星時也有真恒星時和平恒星時之分。 恒星時在天文學(xué) 中有著廣泛的應(yīng)用。4.2 平太陽時 MT(Mean Solar Time)由于地球圍繞太陽的公轉(zhuǎn)軌道為一橢圓， 太陽的視運(yùn)動速度是不 均勻的。假設(shè)一個平太陽以真太陽周年運(yùn)動的平均速度在天球赤道上 作周年視運(yùn)動， 其周期與

28、真太陽一致。 則以平太陽為參考點(diǎn)， 由平太 陽的周日視運(yùn)動所定義的時間系統(tǒng)為平太陽時系統(tǒng)。其時間尺度為 : 平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間間隔為一平太陽日， 一平太陽 日分為 24 平太陽時。平太陽時以平太陽通過本地上子午圈時刻為起 算原點(diǎn)，所以平太陽時在數(shù)值上等于平太陽相對于本地子午圈的時角。同樣， 平太陽時也具有地方性。 故常稱其為地方平太陽時或地方 平時。4.3 世界時 UT( Univezsal Time)以平子夜為零時起算的格林尼治平太陽時定義為世界時 UT 。世 界時與平太陽時的尺度相同，但起算點(diǎn)不同。 1956 年以前，秒被定 義為一個平太陽日的 1/86400。這是以地球自

29、轉(zhuǎn)這一周期運(yùn)動作為基 礎(chǔ)的時間尺度。由于地球自轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性， 在 UT 中加人極移改正即得到 UT1 。 由于高精度石英鐘的普遍采用以及觀測精度的提高， 人們發(fā)現(xiàn)地球自 轉(zhuǎn)周期存在著季節(jié)變化、長期變化及其他不規(guī)則變化。 UT1 加上地 球自轉(zhuǎn)速度季節(jié)性變化后為 UT2 0 1956 年國際上采用新的秒長定 義。即歷書時秒等于回歸年長度的 1/31556925.9747。就時間尺度而 言，世界時已被歷書時 ET 所代替，之后，又于 1976 年為原子時所 取代。但是 UTl 在衛(wèi)星測量中仍被廣泛使用，只是它不再作為時間 尺度，而因它數(shù)值上表征了地球自轉(zhuǎn)相對恒星的角位置， 用于天球坐 標(biāo)系與地球坐

30、標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換計算。4.4 原子時 ATI ( International Atorruc Time 隨著對時間準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度的要求不斷提高， 以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的世 界時系統(tǒng)難以滿足要求。 20世紀(jì) 50年代，便開始建立以物質(zhì)內(nèi)部原 子運(yùn)動的特征為基礎(chǔ)的原子時系統(tǒng)。原子時的秒長被定義為艷原子X133S基態(tài)的兩個超精細(xì)能級間躍遷輻射振蕩9192631170周所持續(xù)的時間。原子時的起點(diǎn)，按國際協(xié)定取為 佃58年1月1日。時0秒 （UT2）（事后發(fā)現(xiàn)在這一瞬間 ATT與UT2相差0.0039秒）。就目前的 觀測水平而言這一時間尺度是均勻的（所依據(jù)的周期運(yùn)動具有穩(wěn)定的 周期）。這一時間尺度被廣泛地應(yīng)用

31、于動力學(xué)作為時間單位，其中包 括衛(wèi)星動力學(xué)。4.5. 協(xié)調(diào)世界時 UTC （ Coodinated Universal Time ）目前許多應(yīng)用部門仍然要求時間系統(tǒng)接近世界時UT。協(xié)調(diào)世界時UTC即是一種折衷辦法。它采用原子時秒長，但因原子時比世界時 每年快約1秒，兩者之差逐年積累，便米用跳秒（閏秒）的方法使協(xié)調(diào) 時與世界時的時刻相接近，其差不超過 1秒。它既保持時間尺度的 均勻性，又能近似地反映地球自轉(zhuǎn)的變化。按國際無線電咨詢委員會（CCIR）通過的關(guān)于 UTC的修正案，從1972年1月1日起UTC 與UTl之間的差值最大可以達(dá)到 士 0.9秒，超過或接近時以跳秒補(bǔ) 償，跳秒一般安排在每年1

32、2月末或6月末。具體日期由國際時間局 安排并通告。為了使用 UTl的用戶能得到精度較高的UTl時刻，時 間服務(wù)部門在發(fā)播 UTC時號的同時，還給出了與UTC差值的信息 （目前我國的授時部門仍然在直接發(fā)播的UTl時號）。這樣可以方便地自協(xié)調(diào)時UTC得到世界時UTl式中 f = T#ti - TlJTC'即為所播發(fā)的差值4.6. GPS時間系統(tǒng)GPS系統(tǒng)是測時測距系統(tǒng)。時間在 GPS測量中是一個基本的觀測量。衛(wèi)星的信號，衛(wèi)星的運(yùn)動，衛(wèi)星的坐標(biāo)都與時間密切相關(guān)。 對時間的要求既要穩(wěn)定又要連續(xù)。為此，GPS系統(tǒng)中衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘均采用穩(wěn)定而連續(xù)的 GPS時間系統(tǒng)。GPS時間系統(tǒng)采用原子時ATI秒長作為時間基準(zhǔn)，但時間起 算的原點(diǎn)定義在佃80年1月6日UTC 0時。啟動后不跳秒，保持 時間的連續(xù)。以后隨著時間的積累，GPS時與UTC時的整秒差以及 秒以下的差異通過時間服務(wù)部門定期公布(至佃95年相差達(dá)10秒) 衛(wèi)星播發(fā)的衛(wèi)星鐘差也是相對 GPS時間系統(tǒng)的鐘差，在利用 GPS 直接進(jìn)行時間校對時應(yīng)注意到這一問題。GPS定位對時間度量的精度要求是非常嚴(yán)格甚至是苛刻的。這是因為：(l) GPs衛(wèi)星作為高空動態(tài)已知點(diǎn)，其位置是