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1、春分点的经纬度春分点的经纬度【篇一：空间大地测量】 时间系统学习总结 摘要：本次作业主要包括两部分内容，第一部分系统介绍时间系统相关知识；第二部分给出几种常用时间系统的转换算法并给出相应的程序代码（fortran语言）实现，且经算例检验无误。 第一部分 时间系统相关知识 1.1时间系统基础知识 1）时间测量所需要的公共标准： ? 时间的起算基准:时间的起算基准和尺度基准一起决定事件发生的时刻 ? 时间的尺度基准:尺度基准决定两事件之间的时间间隔，也就是决定时段 2）时间基准的条件 ? 运动是连续、周期性的 ? 运动周期充分稳定 ? 运动周期必须具有复现性 3）主要时间基准及其依赖的运动: ?

2、4）守时系统:被用来建立和维持时间频率基准，确定任一时刻的时间的系统（时钟）。 方法:通过时间频率测量和比对技术来评价和维持该系统的不同时钟的稳定度和准确度，并据此给与不同的权重，以便用多台钟来共同建立和维持时间系统的框架。 5）授时:通过授时设施向用户传递准确的时间信息和频率信息。 1.2恒星时和太阳时 恒星时和太阳时都是以地球自转作为时间基准的，其主要差异在于量测自转时所选取的参考点不同。 1）恒星时是以春分点作为参考点的。春分点连续两次经过地方上子午圈的时间间隔为一恒星日。以恒星日为基础均匀分割而获得恒星系统中的“小时”、“分”和“秒”。由于章动的影响，地球自转轴在空间的方向是不断变化的

3、，故春分点有真春分点和平春分点之分。相应的恒星时也有真恒星时和平恒星时之分。真恒星时也即真春分点的地方时角记为last，平恒星时也即平春分点的地方时角记为lmst，这两者只差即为真春分点和平春分点之差， ? 为黄经章动，? 为黄赤交角。 last?lmst?cos? 2）太阳时? 真太阳时是以太阳中心作为参考点的，太阳中心连续两次经过某地的上子午圈的时间间 隔称为一个真太阳日；再均匀分割为小时、分和秒。由于地球围绕太阳的公转轨道为一椭圆，其运动角速度是不相同的，再加上地球公转是位于黄道平面，而时角是在赤道平面量度这一因素，故真太阳时的长度是不相同的。 平太阳时是用一个假太阳来代替真太阳。这个假

4、太阳也和真太阳一样在做周年视运动，但有两点不同：其周年视运动轨迹位于赤道平面而不是黄道平面；它在赤道上的运动角速度是恒定的，等于真太阳的平均角速度。我们称这个假太阳为平太阳；以地球自转为? 基础，以上述的平太阳中心作为参考点而建立起来的时间系统称为平太阳时。 3）世界时：格林尼治零子午线处的民用时(即零时区的区时)称为世界时。随着科学技术的发展，人们发现： ? ? 地球自转轴在地球内部的位置是在变化的，即存在极移现象； 地球自转的速度也是不均匀的。它不仅包含长期减缓的趋势，而且还会有一些短周期的 变化和季节性的变化，情况比较复杂。 为了弥补上述缺陷，从1956年起，便在世界时ut中加入极移改正

5、 ? 和地球自转速度的季节性改正?ts 。由此得到的世界时分别称为ut1和ut2。 ut1?ut0? ut2?ut1?ts ?1 15 (xpsin?ypcos?)tg? 式中，?、? 分别为天文经度和天文纬度。 ?ts?0.022sin2?t?0.012cos2?t?0.006sin4?t?0.007cos4?t t 是以贝塞尔年为单位的日期，t?(mjd(t)?51544.03)365.2422；mjd(t)为儒略日。 1.3 历书时（ephemeris time, et） 为了避免世界时的不均匀性，1960年起引入了一种以地球绕日公转周期为基础的均匀时间系统，称为历书时。历书时是一种以牛

6、顿天体力学定律来确定的均匀时间，并成为牛顿时。 ? 历书时的秒长：为1980年1月0.5日所对应的回归年长度的1/31556925.9747(地球绕日? ? 公转时两次通过春分点的时间间隔为1回归年)。 历书时的起点定义：以1900年初太阳的平黄经为的瞬间即1900年1月0日世界时12h作为历书时1900年1月0日12h。 历书时的测量：将观测得到的天体位置与用历书时计算得到的天体历表比较，就能内插 出观测瞬间的历书时。 ? 历书时缺陷： ? 太阳、月球、行星历表中的位置与一些天文常数有关。若修改这些天文常数进行，将导? ? ? 致历书时的不连续； 由于月球的视面积很大，边缘又很不规则，很难精

7、确找准其中心的位置，所以求得的历书时比理论精度要差的多； 要经过较长时间的观测和数据处理才能得到准确的时间； 由于星表本身的误差，同一瞬间观测月球与观测行星得出的历书时et可能不相同。1.4 原子时（atomic time, at） 1）原子时的定义 ? 秒长： 铯133元子基态，在两个超精细的能级间跃迁辐射振荡9192631770周所 持取得时间为一个原子秒。 ? 起点：原子时的起算历元1958年1月1日0h,其值与ut2相同。事实上 (at-ut2)1958.0=-0.0039s 2）国际原子时(temps atomigue internationaltai ) 原子时是由原子钟来确定和维

8、持的。但由于电子元器件及外部运行环境的差异，同一瞬间每台原子钟所给出的时间并不严格相同。为了避免混乱，有必要建立一种更为可靠、更为均匀、能被世界各国所共同接受的统一的时间系统国际原子时tai。tai是1971年由国际时间局建立的。目前，依据全球58个时间实验室(截止2006年12月)中大约240台自由运转的原子钟所给出的数据，采用algos算法将得到自由原子时eal，再经时间频率基准钟进行频率修正后求得的； 3）协调世界时(utc：universal time coordinated) 稳定性和复现性都很好的原子时能满足高精确度时间间隔测量的要求，但有不少领域，如天文导航、大地天文学等又与地球

9、自转有密切关系，离不开世界时。为同时兼顾上述用户的要求，国际无线电科学协会于20世纪60年代建立了协调世界时utc。协调世界时的秒长严格等于原子时的秒长，而协调世界时与世界时ut间的时刻差规定需要保持在0.9秒以内，否则将采取闰秒的方式进行调整。 4）gps时 gps时是全球定位系统gps使用的一种时间系统。它是由gps的地面站和gps卫星建立和维持的一种原子时。其起点为1980年1月6日0h00m00s。在起始时刻gps时与utc对齐。 utc?gpst?n整秒?c0 tai?gpst?19?c0 s 国际上有专门单位在测定并公布c0值。 5）glonass时 glonass为满足导航和定位

10、的需要也建立了自己的时间系统。我们将其称为glonass时。glonass时也存在跳秒，且与utc保持一致。它们之间有下列关系： hutc?3?glonass?c1 1.5原子钟 ? 原子钟的分类 ? 基准型原子钟 基准型原子钟是在实验室环境中运行的(对运行的外部条件有很高要求的)具有自我评价能力的最高精度的时间频率标准。目前在全球已有15台正在运行或正在研制的冷原子喷泉钟。巴黎天文台的三台喷泉钟和美国标准与技术研究院研制的喷泉钟的精度和日稳定度都已进入10量级。中国计量科学研究院研制的铯原子喷泉钟，在2003年鉴定时的准确度为 ? 应用型原子钟 守时型原子钟和星载原子钟 1.6脉冲星时 -1

11、6恒星演化到晚期，原子中的电子被压缩到原子核中与质子生成中子，这种星称为中子星。 直径一般只有1020km，是宇宙中最小的恒星质量和太阳等恒星相仿。中子星的自转轴与磁轴一般并不一致，随着中子星的自转，这些辐射束也将在空间旋转。中子星自转周期从数毫秒至数秒不等。毫秒脉冲星的自转周期非常稳定，自转周期变化率可小于10-20 s/s。这些脉冲星可成为自然界中最好的时钟。 脉冲星只是自然界中一种具有非常稳定的自转周期的天体。要利用它们的自转周期作为时间基准进而来建立一种可供实用的高精度的时间系统，还有许多基础性的工作要做。 ? ? 继续寻找脉冲星 广泛开展长期的高精度的toa计时测量。只有在广泛开展高

12、精度的长时间的toa测量 的基础上，我们才有可能建立各脉冲星的钟模型： ?i?0?f(t?t0)? ? df(t?t0)dt2!2?df(t?t0)dt2233!? 制定统一规定，协调各国工作，为建立统一的脉冲星时创造条件 1.7 相对论框架下的时间系统 牛顿力学认为时间 是与空间的位置与能量无关的一个独立变量。随着观测技术和计时精度的不断改善，这种经典理论与观测结果之间的矛盾就开始显现。1976年第16届iau大会作出决议，正式在天文学领域中引进了相对论时间尺度，给出了地球动力学时tdt和太阳系之心动力学时tdb的具体定义。1991年召开的第21届iau大会上又决定将地球动力学时tdt改称为

13、地球时tt，并引入了地心坐标时tcg和太阳系质心坐标时tcb。 1）地球动力学时(temps dynamigue terrestre，tdt) 地球动力学时是用于解算围绕地球质心旋转的天体(如人造卫星)的运动方程，编算其星历时所用的一种时间系统。地球动力学时tdt与国际原子时tai间有下列关系： 目前计算卫星位置、编制卫星星历时所用的时间都采用地球时tt。 tdt?tai?32.184s。 2）太阳系质心动力学时(temps dynamigue barycentriguetdb) 太阳系质心动力学时有时也被简称为质心动力学时。这是一种用以解算坐标原点位于太阳系质心的运动方程(如行星运动方程)并

14、编制其星表时所用的时间系统。 3）地心坐标时(temps coordinate geocentriguetcg) 地心坐标时是原点位于地心的天球坐标系中所使用的第四维坐标时间坐标。它是把tdt从大地水准面上通过相对论转换到地心时的类时变量。 4）质心坐标时(temps coordinate barycentriguetcb) 质心坐标时tcb是太阳系质心天球坐标系中的第四维坐标。 1.8 时间传递 时间传递的方法和手段很多，不同方法的传递精度、方便程度、所需付出的代价及应用的范围各不相同。 1）短波无线电时号 ? ? ? 频率一般为3mhz30mhz。 比对方法有耳目法、停表法、电子计数器法和

15、时号示波器法。 若经时间比对后测的本地钟的秒信号与接收到的秒信号间的时间差为e，则本地钟 的钟差u可用下式计算：u?e?d?(?s?r?t)?e?d-?p ? 根据传播距离的不同，d可分别按下列方法来计算： ? 传播距离在10002000km之间可将地球视为圆球，用球面公式来解算两地之间的球面距离 d0?rarccos?sin?asin?b?cos?acos?bcos(?a?b)? 式中 r为地球半径，(?a,?a)为发射机的地理经纬度，(?b,?b)为接收机的地理经纬度。 v为无线电信号在大气层中的传播速度，其经验值为28.5万km/s。 ? 距离大于2000km 3r?13r?1?2d0cos2?1sin2?22c2s按椭球面上的大地线长度公式来计算距离 d?d0?2d0sin2?1cos2?2 2）长波无线电时号 ? ? ? 主要以地面波的形式传播，具有衰减小、传输稳定的优点，但传播距离较短。其精度可达1us或更好。 如果将长波发射台组成一个台链，则可进行地基无线电导航。其中最有代表性的是罗兰c系统。 导航台链通常是有一个主台和两个以上的副台组成的。主台和副台均按事先规定的 时延依次用同一频率发射信号。流动用户只需用接收机测定这些信号到达的时间差后，即可根据发射台的已知站坐标用距离差交会(双曲交