第二章--坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)課件

1、第二章 GPS定位的坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng),能夠熟練的進(jìn)行不同坐標(biāo)系基準(zhǔn)間的轉(zhuǎn)換； 掌握世界時(shí)、原子時(shí)、協(xié)調(diào)世界時(shí)和GPS時(shí)等時(shí)間系統(tǒng)的概念及其相互關(guān)系； 掌握GPS時(shí)間基準(zhǔn)的建立方法；,掌握天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系的基本概念； 掌握WGS-84坐標(biāo)系、2000國(guó)家大地坐標(biāo)系、1954北京坐標(biāo)系、1980國(guó)家大地坐標(biāo)系、地方獨(dú)立坐標(biāo)系以及高程基準(zhǔn)的基本概念；,本章學(xué)習(xí)重點(diǎn)：,為什么要研究坐標(biāo)系統(tǒng)及時(shí)間系統(tǒng)？,坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)是描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)，處理觀測(cè)數(shù)據(jù)和表達(dá)觀測(cè)站位置的數(shù)學(xué)與物理基礎(chǔ)。所以，了解GPS測(cè)量中的些常用坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)，熟悉它們各自間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，是極為重要的。本章將主要介紹天球坐標(biāo)系

2、與地球坐標(biāo)系，以及有關(guān)時(shí)間系統(tǒng)的概念。,主要內(nèi)容 2.1 天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系 2.2 WGS-84坐標(biāo)系和我國(guó)大地坐標(biāo)系 2.3 坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換 2.4 時(shí)間系統(tǒng),2.1 天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系,衛(wèi)星定位常采用空間直角坐標(biāo)系及其相應(yīng)的大地坐標(biāo)系，一般取地球質(zhì)心為坐標(biāo)系的原點(diǎn)。根據(jù)坐標(biāo)軸指向的不同分為兩類坐標(biāo)系，即天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系。,天球坐標(biāo)系是空間固定的坐標(biāo)系統(tǒng)（空固系）。這類坐標(biāo)系統(tǒng)與地球自轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)，對(duì)于描述衛(wèi)星的運(yùn)行位置和狀態(tài)極為方便。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)理論是根據(jù)牛頓引力定律，在慣性坐標(biāo)系統(tǒng)中建立起來(lái)的，而慣性坐標(biāo)系統(tǒng)在空間的位置和方向應(yīng)保持不變，或僅作勻速直線運(yùn)動(dòng)。但是，實(shí)

3、際上嚴(yán)格滿足這一條件是困難的。,地球坐標(biāo)系是與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系統(tǒng)（地固坐標(biāo)系）。這類坐標(biāo)系統(tǒng)對(duì)于表達(dá)地面觀測(cè)站的位置和處理GPS觀測(cè)成果尤為方便。它在經(jīng)典大地測(cè)量學(xué)(Geodesy)中，具有多種表達(dá)形式和極為廣泛的應(yīng)用。,完全定義一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)必須明確：坐標(biāo)原點(diǎn)位置、坐標(biāo)軸的指向和尺度。在GPS測(cè)量中,坐標(biāo)系的原點(diǎn)一般取地球的質(zhì)心，而坐標(biāo)軸的指向具有一定的選擇性。為了使用上的方便，國(guó)際上都通過(guò)協(xié)議來(lái)確定某些全球性坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)軸指向，這種共同確認(rèn)的坐標(biāo)系，通常稱為協(xié)議坐標(biāo)系。,2.1.1 相關(guān)概念,天球的基本概念,天球:是指以空間某一點(diǎn)為中心，半徑 r為任意長(zhǎng)度的一個(gè)假想的球體。,作用:天文

4、學(xué)中通常把參考坐標(biāo)系建立在天球上。,在天文學(xué)中，通常均把天體投影到天球的球面，并利用球面坐標(biāo)系統(tǒng)來(lái)表達(dá)或研究天體的位置及天體之間的關(guān)系。為了建立球面坐標(biāo)系統(tǒng)，必須確定球面上的一些參考點(diǎn)、線、面和圈。在全球定位系統(tǒng)中，為描述衛(wèi)星的位置也將涉及到這些概念。,天軸和天極 地球自轉(zhuǎn)軸的延伸稱為天軸；天軸與天球的交點(diǎn)Pn、Ps稱為天極，其中Pn稱為北天極， Ps稱為南天極。,天球赤道面與天球赤道 通過(guò)地球質(zhì)心并與天軸垂直的平面，稱為天球赤道面。這時(shí)天球赤道面與地球赤道面相重。該赤道面與天球相交的大圓稱為天球赤道。,包含天軸并通過(guò)地球上任一點(diǎn)的平面，稱為天球子午面。而天球子午面與天球相交的大圓稱為天球子午

5、圈。,通過(guò)天軸的平面與天 球相交的半個(gè)大圓。,天球子午面與天球子午圈,時(shí)圈,黃道 地球公轉(zhuǎn)的軌道與天球相交的大圓，即當(dāng)?shù)厍蚶@太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)，地球上的觀測(cè)者所見(jiàn)到的太陽(yáng)在天球上運(yùn)動(dòng)的軌跡。黃道面與赤道面的夾角稱為黃赤交角，約為23.5。,黃極 通過(guò)天球中心，且垂直于黃道面的直線與天球的交點(diǎn)，其中靠近北天極的交點(diǎn)n，稱為北黃極，靠近南天極的交點(diǎn)s稱為南黃極。,春分點(diǎn) 當(dāng)太陽(yáng)在黃道上從天球南半球向北半球運(yùn)行時(shí)，黃道與地球赤道的交點(diǎn)。在天文學(xué)和衛(wèi)星大地測(cè)量學(xué)中，春分點(diǎn)和天球赤道面，是建立參考系的重要基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)面。,2.1.2 天球坐標(biāo)系,天球坐標(biāo)系的定義： 天球坐標(biāo)系是以天球及天球上的點(diǎn)、線、圈為基礎(chǔ)建

6、立的坐標(biāo)系。 任一天體的位置，在天球坐標(biāo)系中可用兩種形式來(lái)描述。,天球空間直角坐標(biāo)系： 原點(diǎn)位于地球質(zhì)心M；Z軸指向天球北極Pn ，X軸指向春分點(diǎn)，Y軸垂直于XMZ平面，與X軸和Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系統(tǒng)。 在天球空間直角坐標(biāo)系中，天體的坐標(biāo)為(X，Y，Z)。,天球球面坐標(biāo)系： 原點(diǎn)位于地球質(zhì)心M，赤經(jīng)為含天軸和春分點(diǎn)的天球子午面與過(guò)天體S的天球子午面之間的夾角；赤緯為原點(diǎn)M至天體S的連線與天球赤道面之間的夾角，向徑長(zhǎng)度r為原點(diǎn)M至天體S的距離。 在天球球面坐標(biāo)系中，天體的坐標(biāo)為(,r)。,天球空間直角坐標(biāo)和球面坐標(biāo)的關(guān)系,在實(shí)踐中，以上關(guān)于天球坐標(biāo)系的兩種表達(dá)形式，應(yīng)用都很普遍。由于它們和地球的自

7、轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)，所以對(duì)于描述天體或人造地球衛(wèi)星的位置和狀態(tài)是方便的。,依據(jù)天球中心的不同可以劃分為： 日心坐標(biāo)系、地心坐標(biāo)系、站心坐標(biāo)系,視差： 由于觀測(cè)者所處位置不同，而使觀測(cè)同一天體的方向發(fā)生變化，這種變化稱為視差。視差又有周年視差（恒星視差）、周日視差等之分。,地心坐標(biāo)=站心坐標(biāo)+周日視差改正 日心坐標(biāo)=地心坐標(biāo)+恒星的周年視差改正,2.1.3 歲差與章動(dòng)對(duì)天球坐標(biāo)的影響,地球的非球形影響歲差現(xiàn)象 地球的形體接近于一個(gè)赤道隆起的橢球體，因此，在日月引力和其它天體引力對(duì)地球隆起部分的作用下，地球在繞太陽(yáng)運(yùn)行時(shí)，自轉(zhuǎn)軸的方向不再保持不變，從而使春分點(diǎn)在赤道上產(chǎn)生緩慢的西移，這種現(xiàn)象在天文學(xué)中稱為歲差

8、。,在歲差的影響下，地球自轉(zhuǎn)軸在空間繞北黃極產(chǎn)生緩慢的旋轉(zhuǎn)(從北天極上方觀察為順時(shí)針?lè)较颍韵峦?，因而使北天極以同樣的方式在天球上繞北黃極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。,如果月球的引力及其運(yùn)行的軌道都是固定不變的，同時(shí)忽略其它行星引力的微小影響，那么日月引力的影響，僅將使北天極繞北黃極以順時(shí)針?lè)较蚓徛匦D(zhuǎn)，構(gòu)成一個(gè)圓錐面；這時(shí)，在天球上，北天極的軌跡近似地構(gòu)成一個(gè)以北黃極n為中心，以黃赤交角為半徑的小圓。在這個(gè)小圓上，北天極每年西移約為50.371。周期大約為25800年。,在天球上，這種規(guī)律運(yùn)動(dòng)的北天極，通常稱為瞬時(shí)平北天極(或簡(jiǎn)稱為平北天極)，而與之相應(yīng)的天球赤道和春分點(diǎn)，稱為瞬時(shí)平天球赤道和瞬時(shí)平春分點(diǎn)

9、。,月地距變化章動(dòng)現(xiàn)象 如果把觀測(cè)時(shí)的北天極稱為瞬時(shí)北天極(或稱真北天極)，而與之相應(yīng)的天球赤道和春分點(diǎn)稱為瞬時(shí)天球赤道和瞬時(shí)春分點(diǎn)(或稱真天球赤道和真春分點(diǎn))，那么在日月引力等因素的影響下，瞬時(shí)北天極將繞瞬時(shí)平北天極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，大致成橢圓形軌跡，其長(zhǎng)半徑約為9.2，周期約為18.6年。這種現(xiàn)象稱為章動(dòng)。,通常均把這種復(fù)雜的運(yùn)功，分解為兩種規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，首先是平北天極繞北黃極的運(yùn)動(dòng)，這就是上面介紹的歲差現(xiàn)象；其次是瞬時(shí)北天極繞平北天極順時(shí)針的轉(zhuǎn)功，即章動(dòng)現(xiàn)象。,如何為了描述北天極在天球上的運(yùn)動(dòng),2.1.4 協(xié)議天球坐標(biāo)系,Z軸指向瞬時(shí)北天極，X軸指向瞬時(shí)春分點(diǎn)；,瞬時(shí)天球坐標(biāo)系：,平天球坐標(biāo)系：,

10、Z軸指向平北天極，X軸指向平春分點(diǎn)；,協(xié)議天球坐標(biāo)系：,1984年1月1日后，取2000年1月15日的平北天極為協(xié)議北天極，Z軸指向協(xié)議北天極的天球坐標(biāo)系稱為協(xié)議天球坐標(biāo)系，X軸指向協(xié)議春分點(diǎn)。,為了將協(xié)議天球坐標(biāo)系的衛(wèi)星坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換到觀測(cè)歷元t的瞬時(shí)天球坐標(biāo)系下，通?？煞譃閮刹剑杭词紫葘f(xié)議天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，換算到觀測(cè)瞬間的平天球坐標(biāo)系下，然后再將瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換到瞬時(shí)天球坐標(biāo)系統(tǒng)。 在實(shí)際工作中，坐標(biāo)系統(tǒng)的這種轉(zhuǎn)換，一般都可借助計(jì)算機(jī)的相應(yīng)軟件自動(dòng)完成。,由于天球坐標(biāo)系與地球自轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)，地球上任一固定點(diǎn)在天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，將隨地球的自轉(zhuǎn)而變化，顯然這在實(shí)用上很不方便。為了描述地

11、面觀測(cè)站的位置，有必要建立與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系，即地球坐標(biāo)系(有時(shí)稱地固坐標(biāo)系)。該系統(tǒng)也有兩種形式。,2.1.5 地球坐標(biāo)系,原點(diǎn)O與地球質(zhì)心重合，Z軸指向地球北極，X軸指向格林尼治平子午面與地球赤道的交點(diǎn)E，Y軸垂直于XOZ平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系。,地心空間直角坐標(biāo)系,地心大地坐標(biāo)系,地球橢球的中心與地球質(zhì)心重合，橢球的短軸與地球自轉(zhuǎn)軸相合，大地緯度B為過(guò)地面點(diǎn)的橢球法線與橢球赤道面的夾角，大地經(jīng)度L為過(guò)地面點(diǎn)的橢球子午面與格林尼治平大地子午面之間的夾角，大地高H為地面點(diǎn)沿橢球法線至橢球面的距離。,兩種坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,式中，N 為橢球的卯酉圈曲率半徑， e為橢球的第一偏心率。,若以a、b

12、分別表示所取橢球的長(zhǎng)半徑和短半徑，則,在介紹天球坐標(biāo)系時(shí)，所關(guān)心的主要問(wèn)題，是地球自轉(zhuǎn)軸在空間的指向及其變化。因?yàn)樘烨蜃鴺?biāo)系與地球的自轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)，所以，這時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)地球體本身的變化與否并不重要；而對(duì)于與地球體固聯(lián)的坐標(biāo)系來(lái)說(shuō)，情況就完全不同了，這時(shí)地極點(diǎn)是作為地球坐標(biāo)系的一個(gè)重要基準(zhǔn)點(diǎn)，自然我們希望它在地球上的位置是固定的，否則地球參考系的Z軸方向?qū)⒂兴淖?，也就是說(shuō)，地球赤道面和起始子午面的位置均將有所改變。從而引起地球上點(diǎn)的坐標(biāo)變化。,2.1.6 地極移動(dòng)與協(xié)議地球坐標(biāo)系,事實(shí)上，人們?cè)缫寻l(fā)現(xiàn)，地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)地球體的位置并不是固定的，地極點(diǎn)在地球表面上的位置是隨時(shí)間而變化的。這種現(xiàn)象稱為

13、地極移動(dòng)，簡(jiǎn)稱極移。觀測(cè)瞬間地球自轉(zhuǎn)軸所處的位置，我們稱為瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸，而相應(yīng)的極點(diǎn)稱為瞬時(shí)極。 通過(guò)大量觀測(cè)資科的分析表明，地極在地球表面上的運(yùn)動(dòng)，主要包含兩種周期性的變化，一種是周期約為一年，振幅約為0.1 的變化；另一種是周期約為432天，振幅約為0.2的變化。后一種周期變化，一般稱為張德勒周期變化。,為了描述地極移動(dòng)的規(guī)律，通常均取一平面直角坐標(biāo)系來(lái)表達(dá)地極的瞬時(shí)位置。為此，假設(shè)該面通過(guò)地極的某一平均位置（即平極）并與地球表面相切。在此平面上取直角坐標(biāo)系(xp 、yp)，,設(shè)其原點(diǎn)與平極重合， xp軸指向格林尼治平均天文臺(tái)， yp軸指向格林尼治零子午面以西90的子午線方向。于是任一歷

14、元t的瞬時(shí)極pn的位置，可表示為(xp 、yp) 。,地極的移動(dòng)將使地球坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的指向發(fā)生變化，這對(duì)實(shí)際工作造成了許多困難。因此，國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)和國(guó)際大地測(cè)量學(xué)協(xié)會(huì)，早在1967年便建議，采用國(guó)際上5個(gè)緯度服務(wù)站，以1900至1905年的平均緯度所確定的平均地極位置作為基準(zhǔn)點(diǎn)。,平極的這個(gè)位置是相應(yīng)于上述期間地球自轉(zhuǎn)軸的平均位置，通常稱為國(guó)際協(xié)議原點(diǎn),與之相應(yīng)的地球赤道面，稱為平赤道面或協(xié)議赤道面。在實(shí)際工作中，至今仍普遍采用CIO作為協(xié)議地極。以協(xié)議地極為基準(zhǔn)點(diǎn)的地球坐標(biāo)系，稱為協(xié)議地球坐標(biāo)系，而與瞬時(shí)極相應(yīng)的地球坐標(biāo)系，稱之為瞬時(shí)地球坐標(biāo)系。右圖描繪了從197l至1975年間，相對(duì)于

15、CIO地極運(yùn)動(dòng)的軌跡。,極移現(xiàn)象主要引起了地球瞬時(shí)坐標(biāo)系相對(duì)協(xié)議地球坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)（見(jiàn)右圖)。如果以(X Y Z)CTS和(X Y Z)t分別表示協(xié)議地球空間直角坐標(biāo)系和觀測(cè)歷元t的瞬時(shí)地球空間直角坐標(biāo)系，那么其間的關(guān)系為,其中,考慮到地極坐標(biāo)為微小量，如果僅取至一次微小項(xiàng)，則有,2.1.7 協(xié)議地球坐標(biāo)系與協(xié)議天球坐標(biāo)系的關(guān)系,協(xié)議地球坐標(biāo)系： 原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，Z指向國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)，X軸指向格林尼治平子午面與地球赤道面的交點(diǎn)，Y軸垂直于XMZ平面，由此建立的右手坐標(biāo)系為協(xié)議地球坐標(biāo)系 協(xié)議天球坐標(biāo)系：,原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，Z軸指向2000年1月15日的平北天極，X軸指向協(xié)議春分點(diǎn)，由此建立的右手

16、坐標(biāo)系稱為協(xié)議天球坐標(biāo)系。,根據(jù)協(xié)議地球坐標(biāo)系和協(xié)議天球坐標(biāo)系的定義可知： 兩坐標(biāo)系的原點(diǎn)均位于地球的質(zhì)心，故其原點(diǎn)位置相同； 瞬時(shí)天球坐標(biāo)系的Z 軸與瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的Z軸指向相同； 兩瞬時(shí)坐標(biāo)系的X軸的指向不同，其間夾角為春分點(diǎn)的格林尼治恒星時(shí)。,轉(zhuǎn)換,瞬時(shí)天球坐標(biāo)系,瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系,標(biāo)準(zhǔn)歷元的 平天球坐標(biāo)系,GAST,旋轉(zhuǎn),瞬時(shí)地球坐標(biāo)系,協(xié)議地球坐標(biāo)系,極移改正,章動(dòng),歲差,2.1.8 站心赤道直角坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系,使用站心坐標(biāo)系能夠比較直觀方便地描述衛(wèi)星與觀測(cè)站之間的瞬時(shí)距離、方位角和高度角，了解衛(wèi)星在天空的分布情況。,站心赤道直角坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系,站心赤道直角坐

17、標(biāo)系,如右圖，P1是測(cè)站，O是球心。以P1為原點(diǎn)建立與球心空間直角坐標(biāo)系相應(yīng)坐標(biāo)軸平行的坐標(biāo)系叫做站心赤道直角坐標(biāo)系。顯然，站心赤道直角坐標(biāo)系與球心空間直角坐標(biāo)系坐標(biāo)系間有簡(jiǎn)單的平移關(guān)系。,站心赤道直角坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系,站心地平直角坐標(biāo)系,以P1為原點(diǎn)， P1點(diǎn)的法線為z軸（指向天頂為正），以子午線方向?yàn)閤軸（向北為正），y軸與x、z軸垂直（向東為正）。,站心赤道直角坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系,站心赤道直角坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系之間的關(guān)系,站心地平直角坐標(biāo)系與球心空間直角坐標(biāo)系的關(guān)系,站心地平極坐標(biāo)系,以測(cè)站P1為原點(diǎn)，至衛(wèi)星s的距離r、衛(wèi)星的方位角A、衛(wèi)星的高度角h可以建立站心

18、地平極坐標(biāo)系。,站心地平極坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系間有關(guān)系,經(jīng)典大地測(cè)量中的坐標(biāo)系統(tǒng),常見(jiàn)的坐標(biāo)系統(tǒng) 空間直角坐標(biāo)系 大地坐標(biāo)系 平面直角坐標(biāo)系,2.2 WGS-84坐標(biāo)系和我國(guó)的大地坐標(biāo)系,建立測(cè)量坐標(biāo)系的基準(zhǔn)面是什么？,參心坐標(biāo)系的特點(diǎn),地心坐標(biāo)系 坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心 參心坐標(biāo)系 坐標(biāo)原點(diǎn)不位于地球質(zhì)心 地心坐標(biāo)系和參心坐標(biāo)系的特點(diǎn) 地心坐標(biāo)系適合于全球用途的應(yīng)用 參心坐標(biāo)系適合于局部用途的應(yīng)用 有利于局部大地水準(zhǔn)面與參考橢球面符合更好 保持國(guó)家坐標(biāo)系的穩(wěn)定 有利于地心坐標(biāo)的保密,2.2.1 WGS-84大地坐標(biāo)系,類型：協(xié)議地球坐標(biāo)系，地心地固坐標(biāo)系 定義:原點(diǎn)：地球的質(zhì)心 Z軸：指

19、向BIH1984.0定義的CTP（協(xié)議地球極）方向 X軸：指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交點(diǎn) Y軸：和Z,X構(gòu)成右手系,對(duì)應(yīng)于WGS-84大地坐標(biāo)系有一個(gè)WGS-84橢球，其常數(shù)采用IUGG第17屆大會(huì)大地測(cè)量常數(shù)的推薦值。這里給出WGS-84橢球的兩個(gè)最常用的幾何常數(shù)：,橢球第一偏心率：e2=0.00669437999013 地球引力常數(shù)：GM=（39860050.6）108（m3/s2） 正?；A帶諧系數(shù)：J2=（484.166851.30）109（rad/s） 地球自轉(zhuǎn)角速度：=（72921150.1500）1011（rad/s）,WGS-84橢球參數(shù),2.2.2 國(guó)家

20、大地坐標(biāo)系,C80是為了進(jìn)行全國(guó)天文大地網(wǎng)整體平差而建立的。根據(jù)橢球定位的基本原理，在建立C80坐標(biāo)系時(shí)有以下先決條件： 大地原點(diǎn)在我國(guó)中部，具體地點(diǎn)是陜西省徑陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)；,1980國(guó)家大地坐標(biāo)系, C80坐標(biāo)系是參心坐標(biāo)系，橢球短軸Z軸平行于地球質(zhì)心指向地極原點(diǎn)JYD1968.0的方向；大地起始子午面平行于格林尼治平均天文臺(tái)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0方向，Y軸與Z、X軸成右手坐標(biāo)系；, 橢球兩個(gè)最常用的幾何參數(shù)為 長(zhǎng)半軸 a6378140(m)，扁率 f = 1/298.257 橢球定位時(shí)按我國(guó)范圍內(nèi)高程異常值平方和最小為原則求解參數(shù)。,建國(guó)初期，為了迅速開(kāi)展我國(guó)的測(cè)

21、繪事業(yè)，鑒于當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況，將我國(guó)一等鎖與原蘇聯(lián)遠(yuǎn)東一等鎖相連接，然后以連接呼瑪、吉拉寧、東寧基線網(wǎng)擴(kuò)大邊端點(diǎn)的原蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系的坐標(biāo)為起算數(shù)據(jù)，平差我國(guó)東北及東部區(qū)一等鎖，這樣傳算過(guò)來(lái)的坐標(biāo)系就定名為1954年北京坐標(biāo)系。我們稱為舊1954年北京坐標(biāo)系。,舊P54坐標(biāo)系,舊P54坐標(biāo)系可歸結(jié)為： 屬參心大地坐標(biāo)系； 采用克拉索夫斯基橢球的兩個(gè)幾何參數(shù) 長(zhǎng)半軸 a 6378245(m)，扁率 f = 1/298.3 大地原點(diǎn)在原蘇聯(lián)的普爾科沃； 采用多點(diǎn)定位法進(jìn)行橢球定位； 高程基準(zhǔn)為1956年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均海水面； 高程異常以原蘇聯(lián)1955年大地水準(zhǔn)面重新平差結(jié)果為起

22、算數(shù)據(jù)，按我國(guó)天文水準(zhǔn)路線推算而得。,全國(guó)天文大地網(wǎng)在1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系上進(jìn)行整體平差完成后，理論上應(yīng)使用該整體平差結(jié)果。但考慮到實(shí)用中許多部門和單位有大量測(cè)繪成果是舊P54下的，因而產(chǎn)生了所謂的新P54年北京坐標(biāo)系。,新P54坐標(biāo)系,新P54是將C80內(nèi)的空間直角坐標(biāo)經(jīng)三個(gè)平移參數(shù)平移變換至克拉索夫斯基橢球中心得到的。它具有如下特點(diǎn)： 屬參心大地坐標(biāo)系； 橢球參數(shù)(P54):長(zhǎng)半軸 a6378245(m),扁率 f = 1/298.3 大地原點(diǎn)與C80大地原點(diǎn)相同； 橢球軸向與C80橢球軸向相同； 高程基準(zhǔn)為1956年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均海水面；,新P54點(diǎn)坐標(biāo)與舊P54點(diǎn)坐標(biāo)接近

23、，但其精度和C80坐標(biāo)精度完全一樣。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，新P54點(diǎn)坐標(biāo)與舊P54點(diǎn)坐標(biāo)相比較，就平面坐標(biāo)而言，縱坐標(biāo)x差值在-6.5m至+7.8m之間，橫坐標(biāo)y差值在-12.9m至+9.0m之間，差值在5m以內(nèi)的約占全國(guó)80%的地區(qū)。反映在1：5萬(wàn)比例尺的地形圖上，絕大部分不超過(guò)0.1mm。,經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，我國(guó)自2008年7月1日起，啟用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。 2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的定義 國(guó)家大地坐標(biāo)系的定義包括坐標(biāo)系的原點(diǎn)、三個(gè)坐標(biāo)軸的指向、尺度以及地球橢球的4個(gè)基本參數(shù)的定義。 原點(diǎn)：包括海洋和大氣的整個(gè)地球的質(zhì)量中心；,2000國(guó)家大地坐標(biāo)系,Z軸：由原點(diǎn)指向歷元2000.0的地球參考極的方向

24、，該歷元的指向由國(guó)際時(shí)間局給定的歷元為1984.0的初始指向推算，定向的時(shí)間演化保證相對(duì)于地殼不產(chǎn)生殘余的全球旋轉(zhuǎn)； X軸：由原點(diǎn)指向格林尼治參考子午線與地球赤道面（歷元2000.0）的交點(diǎn)； Y軸與Z軸、X軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系 尺度：采用廣義相對(duì)論意義下的尺度。,地球橢球參數(shù) 長(zhǎng)半軸 a6378137m 扁率 f=1/298.257222101 地心引力常數(shù) GM3.9860044181014m3s-2 自轉(zhuǎn)角速度 7.292l1510-5rad s-1,地方獨(dú)立坐標(biāo)系,水準(zhǔn)面建立在當(dāng)?shù)氐钠骄０胃叱堂嫔希?（隱含著一個(gè)與當(dāng)?shù)仄骄０胃叱虒?duì)應(yīng)的參考橢球） 以當(dāng)?shù)刈游缇€作為中央子午線 參考橢球

25、的中心、軸向和扁率與國(guó)家參考橢球相同，長(zhǎng)半徑有一改正量,ITRF坐標(biāo)框架簡(jiǎn)介,國(guó)際地球參考框架ITRF(InternationalTerreetrial Reference Frame的縮寫)是一個(gè)地心參考框架。它是由空間大地測(cè)量觀測(cè)站的坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)速度來(lái)定義的，是國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)IERS的地面參考框架。由于章動(dòng)、極移影響，國(guó)際協(xié)議地極原點(diǎn)CI0是變化的，所以ITRF框架每年也都在變化。根據(jù)不同的時(shí)間段可定義不同的ITRF，如ITRF-93、ITRF-94、ITRF96、ITRF94(1996年7月I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(cè)距和IERS公布

26、的地球定向參數(shù)序列確定。,ITRF框架為高精度的GPS定位測(cè)量提供較好的參考系，近幾年已被廣泛地用于地球動(dòng)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(dòng)力學(xué)研究、國(guó)家A級(jí)網(wǎng)平差、深圳市GPS框架網(wǎng)的建立等都采用了ITRF框架。一個(gè)測(cè)區(qū)在使用ITRF框架時(shí)，一般以高級(jí)約束點(diǎn)的參考框架來(lái)確定本測(cè)區(qū)的框架。例如，在深圳市GPS框架建立時(shí)，選用了96國(guó)家A級(jí)網(wǎng)的貴陽(yáng)、廣州、武漢三個(gè)A級(jí)站(其中武漢為IGS永久跟蹤站)為約束基準(zhǔn)，而96A級(jí)網(wǎng)的參考框架為ITRF-93框架，參考?xì)v元為96.365，所以深圳市GPS框架的基準(zhǔn)也選用ITRF-93框架為參考點(diǎn)。,ITRF框架實(shí)質(zhì)上也是一種地固坐

27、標(biāo)系，其原點(diǎn)在地球體系(含海洋和大氣圈)的質(zhì)心，以WGS-84橢球?yàn)閰⒖紮E球。,PZ-90坐標(biāo)系,PZ-90坐標(biāo)系是GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用的坐標(biāo)系，與GPS采用的WGS-84坐標(biāo)系均屬于地心地固坐標(biāo)系。 PZ-90坐標(biāo)系的定義為： 坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，Z軸指向國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)局（IERS）推薦的協(xié)議地極原點(diǎn)，即19001905年的平均北極，X軸指向地球赤道與BIH定義的零子午線的交點(diǎn)，Y軸按右手坐標(biāo)系定義。,PZ-90坐標(biāo)系采用的參考橢球參數(shù)為：,長(zhǎng)半軸 a6378136m 扁率 f=1/298.257839303 地心引力常數(shù) GM3.9860044181014m3s-2 自轉(zhuǎn)角速

28、度 7.292l1510-5rad s-1,2.3 坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換,區(qū)分 坐標(biāo)變換 在不同坐標(biāo)系表示形式之間進(jìn)行變換 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 在不同的參考基準(zhǔn)間進(jìn)行變換（基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換）,坐標(biāo)系間的變換,空間大地坐標(biāo)系 空間直角坐標(biāo)系 空間直角坐標(biāo)系 空間大地坐標(biāo)系 空間大地坐標(biāo)系 高斯平面直角坐標(biāo)系,1. (B L H)(X Y Z),式中，N 為橢球的卯酉圈曲率半徑，e為橢球的第一偏心率。,若以a、b分別表示所取橢球的長(zhǎng)半徑和短半徑，則,2.(X Y Z)(B L H),3. (B L)(x y),高斯投影的計(jì)算公式：,坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換包括： 不同參心大地坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換 參心大地坐標(biāo)系與地心大地坐標(biāo)系之

29、間的轉(zhuǎn)換 大地坐標(biāo)與高斯平面坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換 實(shí)際應(yīng)用中，我們需要將GPS點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為地面網(wǎng)的坐標(biāo)。,坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的基本方法,BJ54 WGS84 (B,L)1 (B,L)2 (x,y)1 (x,y)2 (X,Y,Z)1 (X,Y,Z)2 (B,L,H)1 (B,L,H)2,轉(zhuǎn)換參數(shù)的計(jì)算,如果不知道兩坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，而是知道部分點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)系的坐標(biāo)，稱公共點(diǎn)，須通過(guò)公共點(diǎn)的兩組坐標(biāo)求得轉(zhuǎn)換參數(shù),轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法,三點(diǎn)法：對(duì)轉(zhuǎn)換參數(shù)的要求精度不高，或只有三個(gè)公共點(diǎn)時(shí)，可用三個(gè)點(diǎn)的9個(gè)坐標(biāo)，列出9個(gè)方程，取其中的7個(gè)方程求解,多點(diǎn)法：由公共點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，按照轉(zhuǎn)換模型，以轉(zhuǎn)換

30、參數(shù)為未知數(shù)寫出誤差方程,WGS-84坐標(biāo)系我國(guó)國(guó)家坐標(biāo)系,BJ54,WGS84,(x,y)1,(x,y)2,(B,L)1,(B,L)2,(X,Y,Z)1,(X,Y,Z)2,轉(zhuǎn)換中的參數(shù)設(shè)置,（B L H）WGS-84,（X Y Z）WGS-84,（X Y Z）BJ54/STATE80,（B L H）BJ54/STATE80,（x y）高斯平面,長(zhǎng)半軸之差： -108 扁率之差： +0.00480795 原點(diǎn)平移參數(shù)： +15 -150 -90,2.4 時(shí)間系統(tǒng),在現(xiàn)代大地測(cè)量學(xué)中，為了研究諸如地殼升降和板塊運(yùn)功等地球動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，時(shí)間也和描述觀測(cè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)一樣，成為研究點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)過(guò)程和規(guī)律的一

31、個(gè)重要分量，從而形成空間與時(shí)間參考系中的四維大地測(cè)量學(xué)。 在天文學(xué)和空間科學(xué)技術(shù)中，時(shí)間系統(tǒng)是精確描述天體和人造衛(wèi)星運(yùn)行位置及其相互關(guān)系的重要基準(zhǔn)，因而也是人們利用衛(wèi)星進(jìn)行導(dǎo)航和定位的重要基準(zhǔn)。,2.4.1 有關(guān)時(shí)間的基本概念,時(shí)間的兩個(gè)概念 時(shí)間有“時(shí)刻”和“時(shí)間間隔”兩個(gè)概念。 時(shí)刻，即發(fā)生某一現(xiàn)象的瞬間。在天文學(xué)和衛(wèi)星測(cè)量學(xué)中，與所獲數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻也稱為歷元。 時(shí)間間隔，系指發(fā)生某一現(xiàn)象所經(jīng)歷的過(guò)程，是這一過(guò)程始末的時(shí)刻之差。 時(shí)間間隔測(cè)量也稱為相對(duì)時(shí)間測(cè)量，而時(shí)刻測(cè)量相應(yīng)地稱為絕對(duì)時(shí)間測(cè)量。,在GPS定位中，時(shí)間的重要意義,GPS衛(wèi)星作為一個(gè)高空觀測(cè)目標(biāo)，其位置是不斷變化的。因此在給出

32、衛(wèi)星運(yùn)行位置的同時(shí)，必須給出相應(yīng)的瞬間時(shí)刻。例如，當(dāng)要求GPS衛(wèi)星的位置誤差少于1cm時(shí)，則相應(yīng)的時(shí)刻誤差應(yīng)小于2.610-6秒。（衛(wèi)星運(yùn)行速度約34km/s）,GPS測(cè)量是通過(guò)接收和處理GPS衛(wèi)星發(fā)射的無(wú)線電信號(hào)，來(lái)確定用戶接收機(jī)(即觀測(cè)站)至衛(wèi)星的距離(或距離差)，進(jìn)而確定觀測(cè)站的位置。因此，準(zhǔn)確地測(cè)定觀測(cè)站至衛(wèi)星的距離，必須精密地測(cè)定信號(hào)的傳播時(shí)間。如果要求上述距離誤差小于1cm ，則信號(hào)傳播時(shí)間（時(shí)間間隔）的測(cè)定誤差應(yīng)不超過(guò)310-11秒。（光速約3108km/s， 精確值為2.99792458108km/s ）,由于地球的自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在天球坐標(biāo)系中，地球上點(diǎn)的位置是不斷變化的。若要求赤

33、道上一點(diǎn)的位置誤差不超過(guò)1cm，則時(shí)刻的測(cè)定誤差須小于210-5秒。（地球自轉(zhuǎn)速度約3km/s）,確定時(shí)間的基準(zhǔn),測(cè)量時(shí)間，同樣必須建立一個(gè)測(cè)量的基準(zhǔn)，即時(shí)間的單位(尺度)和原點(diǎn)(起始?xì)v元)。其中時(shí)間的尺度是關(guān)鍵，而原點(diǎn)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用加以選定。一般來(lái)說(shuō)，任何一個(gè)可觀察的周期運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，只要符合以下要求，都可以用作確定時(shí)間的基準(zhǔn)。,運(yùn)動(dòng)應(yīng)是連續(xù)的，周期性的； 運(yùn)動(dòng)的周期應(yīng)具有充分的穩(wěn)定性； 運(yùn)動(dòng)的周期必須具有復(fù)現(xiàn)性，即要求在任何地方和時(shí)間，都可以通過(guò)觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)復(fù)現(xiàn)這種周期性運(yùn)動(dòng)。,在實(shí)踐中，由于我們所選的上述周期運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象不同，便產(chǎn)生了不同的時(shí)間系統(tǒng)。在GPS測(cè)量中，具有重要意義的時(shí)間系統(tǒng)主要有三

34、種：即恒星時(shí)、力學(xué)時(shí)和原子時(shí)。,2.4.2 世界時(shí)系統(tǒng)(Universal Time UT),地球在空間的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的，而且比較均勻。所以人類最先建立的時(shí)間系統(tǒng)，便是以地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基準(zhǔn)的世界時(shí)系統(tǒng)。但是，由于觀察地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所選空間參考點(diǎn)不同，世界時(shí)系統(tǒng)又包括恒星時(shí)、平太陽(yáng)時(shí)、世界時(shí)等不同的形式。,恒星時(shí)(Sidereal Time ST),以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，由春分點(diǎn)的周日視運(yùn)動(dòng)所確定的時(shí)間，稱為恒星時(shí)。春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本地子午圈的時(shí)間間隔為一個(gè)恒星日，含24個(gè)恒星小時(shí)。所以恒星時(shí)在數(shù)值上等于春分點(diǎn)相對(duì)于本地子午圈的時(shí)角。因?yàn)楹阈菚r(shí)是以春分點(diǎn)通過(guò)本地子午圈時(shí)為原點(diǎn)計(jì)算的，同一瞬間對(duì)

35、不同測(cè)站的恒星時(shí)各異，所以恒星時(shí)具有地方性，有時(shí)也稱之為地方恒星時(shí)。,平太陽(yáng)時(shí)(Mean Solar Time MT),由于地球的公轉(zhuǎn)軌道為一橢圓，根據(jù)天體運(yùn)動(dòng)的開(kāi)普勒定律已知，太陽(yáng)的視運(yùn)動(dòng)速度是不均均的。如果以真太陽(yáng)作為觀察地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的參考點(diǎn)，那將不符合建立時(shí)間系統(tǒng)的基本要求。為此，假設(shè)一個(gè)參考點(diǎn)的視運(yùn)動(dòng)速度，等于真太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng)的平均速度，且其在天球赤道上作周年視運(yùn)動(dòng)。這個(gè)假設(shè)的參考點(diǎn)，在天文學(xué)中稱為平太陽(yáng)。平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本地子午圈的時(shí)間間隔，為一個(gè)平太陽(yáng)日，而一個(gè)平太陽(yáng)日包含有24個(gè)平太陽(yáng)時(shí)。與恒星時(shí)一樣，平太陽(yáng)時(shí)也具有地方性，故常稱為地方平太陽(yáng)時(shí)或地方平時(shí)。,以平子夜為零時(shí)起算的格

36、林尼治平太陽(yáng)時(shí)稱為世界時(shí)。世界時(shí)與平太陽(yáng)時(shí)的尺度基準(zhǔn)相同，其差別（12小時(shí))僅在于起算點(diǎn)不同。,世界時(shí)系統(tǒng)是以地球的自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，地球自轉(zhuǎn)軸在地球內(nèi)部的位置并不是固定的，即有極移現(xiàn)象并且地球的自轉(zhuǎn)速度也不均勻，它不僅包合有長(zhǎng)期的減緩趨勢(shì)，而且還具有一些短周期的變化和季節(jié)性的變化，情況甚為復(fù)雜。,世界時(shí)(Universal Time UT),這樣一來(lái)，地球自轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性，就破壞了上述建立時(shí)間系統(tǒng)的基本條件。為了彌補(bǔ)這一缺陷，從1956年開(kāi)始，1）在世界時(shí)UT0中引入了極移改正,得到世界時(shí)UT1（含有地球自轉(zhuǎn)速度變化的影響）；2）在UT1中加入地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性改正

37、得到世界時(shí)UT2。 UT2雖經(jīng)地球自轉(zhuǎn)季節(jié)性變化的改正，但仍含有地球自轉(zhuǎn)速度長(zhǎng)期變化和不規(guī)則變化的影響，所以世界時(shí)UT2仍不是一個(gè)嚴(yán)格均勻的時(shí)間系統(tǒng)。,2.4.3 原子時(shí)(Atomic TimeTA),隨著空間科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代天文學(xué)與大地測(cè)量學(xué)新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)時(shí)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(shí)系統(tǒng)，已難以滿足要求。為此，人們從20世紀(jì)50年代，便建立了以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動(dòng)的特征為基礎(chǔ)的原子時(shí)間系統(tǒng)。 因?yàn)槲镔|(zhì)內(nèi)部的原子躍遷所輻射和吸收的電磁波頻率，具有很高的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性，所以由此而建立的原子時(shí)，便成為當(dāng)代最理想的時(shí)間系統(tǒng)。,原子時(shí)秒長(zhǎng)的定義為：位于海平面上的銫原子基

38、態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)，在零磁場(chǎng)中躍遷輻射振蕩9 192 631 770周所持續(xù)的時(shí)間，為一原子時(shí)秒。該原子時(shí)秒作為國(guó)際制秒(SI)的時(shí)間單位。 這一定義嚴(yán)格地確定了原子時(shí)的尺度，而原子時(shí)的原點(diǎn)由下式確定： TA=UT2-0.0039 s,在衛(wèi)星大地測(cè)量學(xué)中，原子時(shí)作為高精度的時(shí)間基準(zhǔn)，普遍地用于精密測(cè)定衛(wèi)星信號(hào)的傳播時(shí)間。,原子時(shí)出現(xiàn)，得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，許多國(guó)家都建立了各自的地方原子時(shí)系統(tǒng)。但不同的地方原子時(shí)之間存在著差異。為此，國(guó)際上大約有100座原子鐘，通過(guò)相互比對(duì)，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理推算出統(tǒng)一的原子時(shí)系統(tǒng)，稱為國(guó)際原子時(shí)。,原子時(shí)是通過(guò)原子鐘來(lái)守時(shí)和授時(shí)的。因此，原子鐘振蕩器頻率的準(zhǔn)確

39、度和穩(wěn)定度便決定了原子時(shí)的精度。,當(dāng)前常用的幾種頻率標(biāo)準(zhǔn)的特性，如下表所列。,2.4.4 協(xié)調(diào)世界時(shí)(Coordinate Universal TimeUTC),在許多應(yīng)用部門，如大地天文測(cè)量、導(dǎo)航和空間飛行器的跟蹤定位等部門，當(dāng)前仍需要以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的世界時(shí)。但是，由于地球自轉(zhuǎn)速度長(zhǎng)期變慢的趨勢(shì)，近二十年來(lái)，世界時(shí)每年比原子時(shí)約慢1秒，兩者之差逐年積累。為了避免發(fā)播的原子時(shí)與世界時(shí)之間產(chǎn)生過(guò)大的偏差，所以，從1972年便采用了一種以原子時(shí)秒長(zhǎng)為基礎(chǔ)，在時(shí)刻上盡量接近于世界時(shí)的一種折衷的時(shí)間系統(tǒng)，這種時(shí)間系統(tǒng)稱為協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)，或簡(jiǎn)稱協(xié)調(diào)時(shí)。,協(xié)調(diào)世界時(shí)的秒長(zhǎng)嚴(yán)格等于原子時(shí)的秒長(zhǎng)，采用

40、閏秒(或跳秒)的辦法使協(xié)調(diào)時(shí)與世界時(shí)的時(shí)刻相接近。當(dāng)協(xié)調(diào)時(shí)與世界時(shí)的時(shí)刻超過(guò)0.9s 時(shí)，便在協(xié)調(diào)時(shí)中引入一閏秒(正或負(fù))，閏秒一般在12月31日或6月30日末加入。具體日期由國(guó)際時(shí)間局安排并通告。,為了使采用世界時(shí)的用戶得到精度較高的UT1時(shí)刻，時(shí)間服務(wù)部門發(fā)播協(xié)調(diào)時(shí)(UTC)時(shí)號(hào)的同時(shí)，還給出UT1與UTC的差值。這樣用戶便可容易地由UTC得到相應(yīng)的UT1。目前，幾乎所有國(guó)家時(shí)號(hào)的發(fā)播，均以UTC為基準(zhǔn)。時(shí)號(hào)發(fā)播的同步精度約為 0.2ms。,2.4.5 GPS時(shí)（GPST),為了精密導(dǎo)航和定位的需要，全球定位系統(tǒng)(GPS)建立了專用的時(shí)間系統(tǒng)。該系統(tǒng)可簡(jiǎn)寫為GPST，由GPS的主控站原子鐘

41、所控制。 GPS時(shí)屬原子時(shí)系統(tǒng)，其秒長(zhǎng)與原子時(shí)相同，但與國(guó)際原子時(shí)具有不同的起點(diǎn)。所以，GPST與ATI在同一瞬間均有一常量偏差，其間關(guān)系為 ATI一GPST19(s）,GPS時(shí)與協(xié)調(diào)時(shí)的時(shí)刻，規(guī)定于1980年1月6日0時(shí)相一致。其后隨著時(shí)間的積累，兩者之間的差別將表現(xiàn)為秒的整倍數(shù)。至1987年這個(gè)差值為4秒，而到1989年其值已達(dá)5秒，目前為13s。在GPS測(cè)量中，應(yīng)用的幾種主要時(shí)間系統(tǒng)之間的差別見(jiàn)下圖。,2.4.6 GPS定位中的時(shí)間表示方法,一、歷法（日歷表示法） 表示方法：年、月、日、時(shí)、分、秒。 （2010.03.25/10：15：31） 基礎(chǔ)：建立在地球繞日公轉(zhuǎn)、月球繞地公轉(zhuǎn)等 特

42、點(diǎn)：反映季節(jié)變化，與日常生活密切相關(guān)；非連續(xù)，不利于數(shù)學(xué)表達(dá)。,歷法是天文學(xué)的分支學(xué)科。它是一種推算年、月、日的時(shí)間長(zhǎng)度和它們之間的關(guān)系，制定時(shí)間的序列的方法。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，就是為人們?yōu)榱松鐣?huì)生產(chǎn)時(shí)間的需要而創(chuàng)立的長(zhǎng)時(shí)間的記時(shí)系統(tǒng)。歷法能使人類確定每一日再無(wú)限的時(shí)間中的確切位置并記錄歷史。 歷法以使用方便為目的，按一定法則，科學(xué)地安排年月日。日以上的時(shí)間系統(tǒng)計(jì)量與安排屬于歷法范疇。歷法是在人類生產(chǎn)與生活中逐漸形成的，年、月、日都直接與天體運(yùn)行周期相關(guān)。很早以來(lái)，人們就把四季更迭的周期定為年，把月亮盈虧變化的周期定為月。一回歸年365.2422日，一朔望月為29.5306日，它們既不是月的整數(shù)倍，也

43、不是日的整數(shù)倍，使用起來(lái)很不方便。因此在人為規(guī)定歷法中的年和月都是整數(shù)日，這種整數(shù)日的年和月，稱為歷年和歷月。,二、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(kāi)始的天數(shù)。 提出：由J. J. Scaliger在1583年提出的，所以該系統(tǒng)的名稱源自Julius Scaliger。 特點(diǎn)：連續(xù)的，利于數(shù)學(xué)表達(dá)；不直觀。,2010.03.25的儒略日：2455280.5,儒略日（Julian Date）來(lái)源 由法國(guó)學(xué)者Joseph Justus Scliger（1540-1609）在1583年所創(chuàng)，這名稱是為了紀(jì)念他的父親意大利學(xué)者Juli

44、us Caesar Scaliger（1484-1558）。 儒略日的起點(diǎn)訂在公元前4713年（天文學(xué)上記為 -4712 年）1月1日格林威治時(shí)間平午（世界時(shí)12:00），即JD0 指定為 4713 B.C.1月1日12:00 UT到4713 B.C.1月2日12:00 UT的24小時(shí)。每一天賦予了一個(gè)唯一的數(shù)字，順數(shù)而下，如：1996年1月1日12:00:00的儒略日是2450084。這個(gè)日期是考慮了太陽(yáng)、月亮的運(yùn)行周期，以及當(dāng)時(shí)收稅的間隔而訂出來(lái)的。,Joseph Scliger定義儒略周期為7980年，是因28、19、15的最小公倍數(shù)為281915=7980。其中： 28年為一太陽(yáng)周期(

45、solar cycle)，經(jīng)過(guò)一太陽(yáng)周期，則星期的日序與月的日序會(huì)重復(fù)。 19年為一太陰周期，或稱默冬章(Metonic cycle)，因235朔望月=19回歸年，經(jīng)過(guò)一太陰周期則陰歷月年的日序重復(fù)。 15年為一小紀(jì)(indiction cycle)，此為羅馬皇帝君士坦?。–onstantine）所頒，每15年評(píng)定財(cái)產(chǎn)價(jià)值以供課稅，成為古羅馬用的一個(gè)紀(jì)元單位， 故以7980年為一儒略周期，而所選的起點(diǎn)公元前4713年，則是這三個(gè)循環(huán)周期同時(shí)開(kāi)始的最近年份。,三、約化儒略日（Modified Julian Date - MJD） 定義：從儒略日中減去2,400,000.5天得到，給出的是從185

46、8年11月17日子夜開(kāi)始的天數(shù)。 特點(diǎn)：連續(xù)的，利于數(shù)學(xué)表達(dá)，數(shù)值比儒略日小。 2010.03.25的儒略日：55280,由于儒略日數(shù)字位數(shù)太多，國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)于1973年采用簡(jiǎn)化儒略日（MJD），其定義為 MJD = JD - 2400000.5。MJD相應(yīng)的起點(diǎn)是1858年11月17日世界時(shí)0時(shí)。 例如1979年10月1日零時(shí)儒略日數(shù)為2,444,147.5。天文年歷附表載有各年每月零日世界時(shí)12時(shí)的儒略日數(shù)。,四：年積日 定義：從當(dāng)年1月1 日開(kāi)始的天數(shù)。 2010.03.25的年日：84 五、GPS時(shí) 定義：以1980年1 月6日子夜為起點(diǎn)，用周數(shù)和周內(nèi)的秒數(shù)來(lái)表示。,2010.03

47、.25/10：15：31 ： GPS周數(shù)：1576 周內(nèi)天數(shù)：4（星期天為0） GPS秒： 382531 S 該天精密星歷文件名：igs15764.sp3,下載地址：/igscb/product/,2.4.7 GPS定位中的時(shí)間換算,一、由日歷時(shí)間轉(zhuǎn)換到儒略日和GPS時(shí),Sub Get_GPSTime(Uyear, Umonth, Uday, Uhour, Umint, Usecond, GPSTime, dayofy, _ dayofw, WeekNo, MJDOb) Dim ttlday As Double If Uyear 12 Or Uda

48、y 31 Then End 統(tǒng)計(jì)觀測(cè)日期從1月1日起算共幾天 If Umonth = 1 Then dayofy = Uday If Umonth = 2 Then dayofy = 31 + Uday If Umonth 2 Then 判斷今年是否是閏年 YNBZ1 = Uyear Mod 4: YNBZ2 = Uyear Mod 100: YNBZ3 = Uyear Mod 400 If (YNBZ1 = 0 And YNBZ2 0) Or YNBZ3 = 0 Then Addone = 1 Else Addone = 0 End If End If,If Umonth = 3 Then dayofy = 59 + Addone + Uday If Umonth = 4 Then dayofy = 90 + Addo