時間系統(tǒng)ppt課件

1、 GPS原理及運用The Principle and Application of GPSGPS原理及運用 The Principle and Application of GPS第二章坐標系統(tǒng)與時間系統(tǒng)WGS84坐標系統(tǒng)是GPS定位系統(tǒng)采用的協(xié)議地球坐標系統(tǒng)，是目前精度最高的全球性大地丈量坐標系統(tǒng)， GPS 所發(fā)布的星歷參數(shù)就是基于此坐標系統(tǒng)的。WGS84屬于地心坐標系統(tǒng)，原點為地球質心, Z 軸指向BIH1984.0 定義的協(xié)議地球極方向，X 軸指向BIH1984.0 的啟始子午面和赤道的交點，Y 軸與X 軸和Z 軸構成右手系。WGS是world geodetic system的縮寫。 W

2、GS84坐標系統(tǒng)2. 6時間系統(tǒng)GPS系統(tǒng)是測時測距系統(tǒng)，GPS定位要求有高度準確的、穩(wěn)定的和延續(xù)的觀測時間，因此時間系統(tǒng)對GPS定位具有重要意義。 2. 6時間系統(tǒng)在GPS定位系統(tǒng)中，時間系統(tǒng)重要意義主要有以下幾點 GPS定位是經過測定觀測站到衛(wèi)星的間隔來確定觀測點三維坐標的，而測距的根本原理就是測定信號傳播時間，假設要間隔誤差小于1cm，那么信號傳播時間的測定誤差應小于3 10-11s；2. 6時間系統(tǒng)由于地球的自轉。在天球坐標系統(tǒng)中，地球上點的坐標也是時間的函數(shù)。作為動態(tài)的知點，GPS衛(wèi)星的在軌位置本身是時間的函數(shù)，例如當要求GPS衛(wèi)星的位置誤差小于1cm，那么相應的時辰誤差應小于2.6

3、 10-6s。實際上講，任何一個可察看到的周期性運動景象，都可以作為定義時間的基準，而這種周期性的運動應具有延續(xù)性、穩(wěn)定性和可復現(xiàn)性的特征時間含有“時辰和“時間間隔兩個概念，前者是一瞬間概念，對其的丈量稱為絕對時間丈量，而后者指一個過程對其的丈量稱為相對時間丈量。時間系統(tǒng)與坐標系一致樣，應有其尺度時間單位和原點歷元。只需把尺度與原點結合起來，才干給出時辰的概念。時間的概念時間的概念 給出某一瞬刻在光陰流程中的位置，如“現(xiàn)在是公元2021年3月17日下午3時15分30秒，這是時辰的概念； 量度兩個瞬刻之間的時間長度，如“這堂課共講了1小時30分鐘，這是時間間隔的概念。 這兩層含意也不是完全可以割

4、裂開來的，它們之間顯然有著親密的聯(lián)絡。地方時系統(tǒng)生活在地球上的人直觀上覺得不到地球在自轉，地球自轉反映為所看到的太陽和星星的東升西落景象。由于地球自轉呵斥的太陽在天空中的運動稱為太陽的周日視運動。視運動的含意是指這種運動并不是太陽在宇宙空間中的實踐運動，只是一種表觀上的運動。時間的實踐運用 地球不停自轉，同一時辰不同地方看到的太陽位置是不一樣的。如在上?？吹教柹现刑鞎r，對與上海經度相差180度的地方來說，這時太陽恰好位于下中天。可見，對不同經度的地方來說，一天中的起算時辰0時是不同的。地球轉1圈是1天，轉過360度，因此觀測地點的經度每相差15度，同一時辰的時間就相差1小時。由于地球自東向西

5、自轉，如上海是上午10時，那么上海以東經度差15度地方的時間是上午11時，上海以西經度差15度地方的時間是上午9時。地方時 同一時辰不同經度地方的時間不同，這就產生了地方時的概念。所謂地方時，就是指以觀測地點實踐看到的太陽位置所確定的時間系統(tǒng)。 地方時系統(tǒng)取決于觀測地點的經度，與緯度無關。說得詳細一點，假設兩個地方的經度一樣，但緯度不同，那么同一時辰它們的地方時是一樣的。 世界時為什么必要 如不同地方都采用當?shù)氐牡胤綍r，必然會帶來不少費事和混亂。因此，最好是確立一個一致的“規(guī)范地方時，其他地方時都與它進展比較和換算。這個作為“規(guī)范的地方是位于英國格林尼治天文臺舊址所在地，而相應于該處的地方時便

6、稱為世界時。所以，世界時也就是格林尼治地方時，或格林尼治時。世界時系統(tǒng)人類最早發(fā)現(xiàn)的延續(xù)而較穩(wěn)定的周期運動就是地球自轉而產生的日出與日落景象，并據此建立了以地球自轉運動為根底的世界時系統(tǒng)。觀測地球自轉運動，必需選定空間的一個靜止參考點，根據參考點不同，世界時系統(tǒng)又有不同的劃分。世界時系統(tǒng)1、恒星時siderdal time,ST) 以春分點延續(xù)兩次經過本地子午線的時間間隔為一恒星日，含24恒星小時。分真春分點地方時、真春分點格林威治時、平春分點地方時、平春分點格林威治時四種。世界時系統(tǒng)2、平太陽時(mean solar time,MT)由于太陽視運動速度不均勻，所以假設一個參考點，它在天球上的

7、視運動速度是太陽視運動的平均速度，這個參考點稱為平太陽。平太陽延續(xù)兩次經過本地子午線的時間間隔為一平太陽日，含24平太陽小時。世界時系統(tǒng)3、世界時(universal time,UT) 由于地球上不同經圈上的平太陽時各不一樣，因此平太陽時具有地方性。以0度子午圈對應的平太陽時，并且子夜為零時起算的格林威治平太陽時，稱為世界時，用UT0表示。 平太陽日是從平正午開場計時的，即平正午為0時，因此同一觀測點世界時與平太陽時相差12小時，假設以GAMT表示0度子午圈對應的平太陽時，那么有：UT0=GAMT+12h 世界時系統(tǒng)GMT(Greenwich Mean Time)是格林尼治平常 原子時由于物質

8、內部原子躍遷所輻射和吸收的電磁波頻率具有極高的穩(wěn)定性和可復現(xiàn)性，因此在此根底上建立的原子鐘是世界上精度最高的時間系統(tǒng), 原子鐘精度極高，目前運用的氫鐘精度可達10-16。原子鐘單位根據與現(xiàn)有的時間單位盡能夠一致的原那么，規(guī)定振蕩9192631770周所需時間為1秒。力學時 在上一世紀60年代，由于發(fā)現(xiàn)了地球自轉的不均勻性，改用地球的繞日運動定義了 歷書時(ET)。那時的實際框架還是牛頓力學，只需一個一致的時間，就是歷書時。上世紀70年代之后，時間觀測的精度使得牛頓力學不再符合觀測，要用廣義相對論。 在1976年國際天文學結合會(IAU)定義了兩個時間：太陽系質心力學時(BDT)和地球質心力學時

9、(TDT)。這兩個 時間尺度可以看作是行星繞日運動方程和衛(wèi)星繞地運動方程的自變量亦即時間。 這里的D即dynamical，有力學的意思。TDT和TDB可以看作是ET分別在兩個坐標系中的承繼。協(xié)調世界時 世界時每年比原子時慢1秒左右，為了使原子時系統(tǒng)與地球自轉運動相吻合，1972年起，建立了協(xié)調世界時。協(xié)調世界時屬于原子時體系，它經過潤秒跳秒的方法與世界時在時辰上接近。 GPS時GPS時間系統(tǒng)采用原子時AT1秒長作時間基準秒長定義為銫原子CS133基態(tài)的兩個超精細能級間躍遷幅射振蕩9192631170周所繼續(xù)的時間時間起算的原點定義在1980年1月6日世界協(xié)調時UTC0時啟動后不跳秒，保證時間的

10、延續(xù)。以后隨著時間積累，GPS時與UTC時的整秒差以及秒以下的差別經過時間效力部門定期公布GPS中的有關時間的名詞幾種常用的時間頻率規(guī)范源簡稱鐘： 晶體鐘 銣原子鐘 氫原子鐘 銫原子鐘GPS中的有關時間的名詞定時：是指根據參考時間規(guī)范對本地鐘進展校準的過程；授時指采用適當?shù)氖侄伟l(fā)播規(guī)范時間的過程時間同步：是指在母鐘與子鐘之間時間一致的過程，又稱時間一致或簡稱時統(tǒng)守時：是指將本地鐘已校準的規(guī)范時間堅持下去的過程，國內外守時中心普通都采用由多臺銫原子鐘和氫原子鐘組成的守時鐘組來進展守時，守時鐘組鐘長期運轉性能表現(xiàn)最好的一臺被定主鐘MC。GPS時間的建立為了得到精細的GPS時間，使它的準確度到達10

11、0ns相對于UTC： 每個GPS衛(wèi)星上都裝有銫子鐘作星載鐘； GPS全部衛(wèi)星與地面測控站構成一個閉合環(huán)的自動修正系統(tǒng)； 采用UTC為參考基準。GPS定位中的時間尺度GPS時間，它是一種全球性的時間信號源，用以進展準確的時間比對；每顆GPS衛(wèi)星的時鐘；用戶的接納機時鐘。GPS定時的本質是測定用戶時鐘相對于GPS時間的偏向，并根據衛(wèi)星電文給出的有關參數(shù)，計算出世界協(xié)調時UTC。接納機鐘跳接納機的內部時標普通采用石英鐘，其日頻率穩(wěn)定度約為。在觀測開場時，接納機都設置為與時間同步，但由于石英鐘的精度局限，此同步并不嚴厲，并且隨著丈量的進展，接納機的鐘差會逐漸發(fā)生漂移。大部分接納機都經過周期性的插入時鐘

12、騰躍來調整時鐘，從而盡量使其內部的時鐘與時間同步，并保證其同步精度在之內。接納機鐘跳普通來講，各種接納機的鐘跳分為兩種：一種是毫秒騰躍，接納機周期性地對其時鐘參與的矯正，例如型接納機和型接納機；另一種為頻繁騰躍，當接納機鐘差到達某個閾值的時候例如，它便對鐘差進展調整，其時鐘調整的頻率比較高，例如 型接納機。GPS中的時間算法時間系統(tǒng)恒星時、平太陽時、世界時、原子時、力學時、 協(xié)調世界時、GPS時。時間與GPS衛(wèi)星導航定位的關系計算衛(wèi)星位置、速度。計算衛(wèi)星到接納機天線之間的間隔。歷法日歷表示法表示方法：年、月、日、時、分、秒。根底：建立在地球繞日公轉、月球繞地公轉等特點：反映季節(jié)變化，與日常生活

13、親密相關；非延續(xù)，不利于數(shù)學表達。GPS中的時間算法一、1582年10月4日后的一天是10月15日，而不是10月5日，但星期序號依然延續(xù)計算，10月4日是星期四，第二天10月15日是星期五。這樣，就把從公元325年以來積累的老賬一筆勾銷了。二、為防止以后再發(fā)生春分飄離的景象，改閏年方法為： 凡公元年數(shù)能被4整除的是閏年，但當公元年數(shù)后邊是帶兩個“0的“世紀年時，必需能被400整除的年才是閏年。格里高利歷的歷年平均長度為365日5時49分12秒，比回歸年長26秒。雖然照此計算，過3000年左右仍存在1天的誤差，但這樣的準確度曾經相當了不起了。由于格里高利歷的內容比較簡約，便于記憶，而且精度較高，

14、與天時符合較好，因此它逐漸為各國政府所采用。我國是在辛亥革命后根據暫時政府通電，從1912年1月1日正式運用格里高利歷的。人們將這一歷法稱為“格里高利歷，也就是今天世界上所通用的歷法，簡稱格里歷或公歷。 儒略日Julian Date 定義：是指從-4712年1月1日即公元前4713年1月1日正午開場的天數(shù)。提出：由J. J. Scaliger在1583年提出的，所以該系統(tǒng)的稱號源自Julius Scaliger特點：延續(xù)的，利于數(shù)學表達；不直觀。GPS中的時間算法新儒略日Modified Julian Date - MJD定義：從儒略日中減去2,400,000.5天來得到，給出的是從1858年11月17日子夜開場的天數(shù)。特點：延續(xù)的，利于數(shù)學表達，數(shù)值比儒略日小。GPS中的時間算法年積日定義：從當年1月1日開場的天數(shù)。GPS時定義：以1980年1月6日子夜為起點，用周數(shù)和周內的秒數(shù)來表示。GPS中的時間算法在衛(wèi)星導航定位中計算衛(wèi)星位置時，時間至少要求表示到10-6在衛(wèi)星導航定位中計算衛(wèi)星到接納機天線之間的間隔時，時間至少要求表示到10-12GPS中的時間算法GPS中的時間表達1993年12月26日子夜是GPS多少周？GPS中的時間表達W=(14*365+4-5-6)/7 =510