时间和坐标系统
2 6 3 +0.093104TUT 6.2 10 TUT 1 1
JDUT 1 J 2000 TUT 1 36525
相对于2000年1月1日12时 （J2000）儒略日
12
1.4 航天中的时间
儒略日:由公元前4713年1月1日中午12时开始所经过的 天数，多为天文学家采用，用以作为天文学的单一历 法，把不同历法的年表统一起来。儒略日是由法国学 者Joseph Justus 于1582年所创。 （year,mon,d,h,min,s）-﹥JD [1900到2100]
授课内容
1. 时间系统
2. 坐标系统
1
1.1 时间是什么
时间是上天赐予每个人最宝贵、最公平的财富！
2
1.1 时间是什么
物理学中的时间：事件过程长短和发生顺序间一起组成四维时空，
构成宇宙的基本结构。广义相对论预测质量产生的重力场
将造成扭曲的时空结构，并且在大质量附近的时钟之时间
10
1.4 航天中的时间
天阳时：当地子午面连续通过太阳的时间为一个天阳日。
1day = 24h 1h = 60min = 3600 s 1day = 360° 1h = 15° 视天阳时：当地子午面连续通过真实的太阳的时间。 （不均匀，为什么？） 平天阳时：当地子午面连续通过虚拟太阳（运行在赤道， 速度均匀）的时间。 时间时（universal time，UT）：格林尼治的平太阳时。 UT0（通过全球多个地面站测量得到），UT1（考虑了 极移的修正），UT2（考虑了季节的修正）
6
1.4 航天中的时间
讨论问题1：恒星时和太阳时是否相同？ 恒星时和太阳时是不同的。因
为恒星在天空中的位置是固定
不动的，太阳相对地球的位置
是变化的（地球的公转）。 1个太阳日 = 1个恒星日+3分56 秒。
7
1.4 航天中的时间
如果地球自转速度均匀恒定的，则恒星时和太阳时都可 以作为一个完美的时间间隔。
13
1.4 航天中的时间
课堂练习：已知1996年10月26日下午2：20（UT1）,计 算儒略日JD。
mo 9 ( s / 60 min) 7 yr INT h 12 275* mo 60 INT JD 367* yr INT d 1721013.5 4 9 24
mo 9 ( s / 60 min) 7 yr INT h 275* mo 12 60 JD 367* yr INT INT d 1721013.5 4 9 24
JD= 2450383.097222222
JD = 367*yr - floor(7*(yr+floor((mo+9)/12))/4) + floor(275*mo/9) + d + 1721013.5 + ((s/60+min)/60+h)/24
J2000 = 2451545
14
1.4 航天中的时间
课堂练习：计算东经50°在1996年10月26日下午2：20 （UT1）的恒星时。
GMST 67310.54841s (876600h 86400184.812866s )TUT 1
2 6 3 +0.093104TUT 6.2 10 TUT 1 1
MJD = (JD - 2451545.0)/36525; GMST = 67310.54841 + (876600*3600 + 8640184.812866)*MJD + 0.093104*MJD^2 -6.2e-6*MJD^3 tem = mod(GMST,86400); thita = tem/240+ 50 Thita = 300.2342°= 20h0分56.16秒
4
1.3 航天中时间的重要性
时间的准确。航天器运动速度快，差之毫厘，失之千里 时间的均匀。航天器在轨运行时间长，小错积累成大错 时间的同步。航天系统包括在轨航天器和多个地面测控站， 需要天地大系统的时间同步。
5
1.4 航天中的时间
航天中常用的四个时间：恒星时，太阳时（协调时），动
力学时，原子时
恒星时（太阳时）都是以地球自转为基础定义的时间系统， 一天为基本单位，一天为当地子午面连续经过恒星（太阳） 的时间间隔。
章动：月球围绕地球公转 导致地球自转轴绕平天极 左右摇摆的现象，周期约 为18.6年，振幅为9.21秒。
考虑岁差和章动的地球自 转轴称为真天极，对应的 赤道为真赤道。 岁差和章动描述了地球自 转轴在惯性空间的不稳定。
9
1.4 航天中的时间
极移：地球瞬时自转轴在 地球本体内的运动。
1765年，欧拉在假定地球 是刚体的前提下，最先从 力学上预言极移的存在。 1888年德国的屈斯特纳才 从纬度变化的观测中发现 极移。
岁差：太阳和月球对地球赤道隆起 的引力作用造成的，引发地轴相对 于惯性空间的转动，称为日月岁差。 周期大约为26000年。同时太阳系 行星也会造成黄道面相对惯性空间 的转动，称为行星岁差。日月岁差 约为行星岁差的500倍。 仅考虑岁差的地球自转轴称为平天 极，对应的赤道面为平赤道面。
8
1.4 航天中的时间
流逝比在距离大质量较远的地方的时钟之时间流逝要慢。 相对论成功解释了水星近日点进动现象。星近日点进动又
成为广义相对论最有力的三个天文学验证之一。
3
1.2 时间的度量
时刻 = 时间基准原点 + 时间步长*步数
时段 = 时刻n – 时刻m
时间基准原点的选取：公元
时间步长的选择的基本要求：精确，均匀
时间步长的选择：基本方法是测量物体的运动。随着人类 科学技术的发展，观测手段的变化，在不断更新。
11
1.4 航天中的时间
恒星时：当地子午面连续通过恒星为一个恒星日。 恒星时（Sidereal Time，ST）通过与春分点之间的角度 来计算。与平春风点的角度为平恒星时(Mean Sidereal Time，MST)，与真春风点的角度为真恒星时。
LMST GMST
GMST 67310.54841s (876600h 86400184.812866s )TUT 1
JDUT 1 J 2000 TUT 1 36525
相对于2000年1月1日12时 （J2000）儒略日
12
1.4 航天中的时间
儒略日:由公元前4713年1月1日中午12时开始所经过的 天数，多为天文学家采用，用以作为天文学的单一历 法，把不同历法的年表统一起来。儒略日是由法国学 者Joseph Justus 于1582年所创。 （year,mon,d,h,min,s）-﹥JD [1900到2100]
授课内容
1. 时间系统
2. 坐标系统
1
1.1 时间是什么
时间是上天赐予每个人最宝贵、最公平的财富！
2
1.1 时间是什么
物理学中的时间：事件过程长短和发生顺序间一起组成四维时空，
构成宇宙的基本结构。广义相对论预测质量产生的重力场
将造成扭曲的时空结构，并且在大质量附近的时钟之时间
10
1.4 航天中的时间
天阳时：当地子午面连续通过太阳的时间为一个天阳日。
1day = 24h 1h = 60min = 3600 s 1day = 360° 1h = 15° 视天阳时：当地子午面连续通过真实的太阳的时间。 （不均匀，为什么？） 平天阳时：当地子午面连续通过虚拟太阳（运行在赤道， 速度均匀）的时间。 时间时（universal time，UT）：格林尼治的平太阳时。 UT0（通过全球多个地面站测量得到），UT1（考虑了 极移的修正），UT2（考虑了季节的修正）
6
1.4 航天中的时间
讨论问题1：恒星时和太阳时是否相同？ 恒星时和太阳时是不同的。因
为恒星在天空中的位置是固定
不动的，太阳相对地球的位置
是变化的（地球的公转）。 1个太阳日 = 1个恒星日+3分56 秒。
7
1.4 航天中的时间
如果地球自转速度均匀恒定的，则恒星时和太阳时都可 以作为一个完美的时间间隔。
13
1.4 航天中的时间
课堂练习：已知1996年10月26日下午2：20（UT1）,计 算儒略日JD。
mo 9 ( s / 60 min) 7 yr INT h 12 275* mo 60 INT JD 367* yr INT d 1721013.5 4 9 24
mo 9 ( s / 60 min) 7 yr INT h 275* mo 12 60 JD 367* yr INT INT d 1721013.5 4 9 24
JD= 2450383.097222222
JD = 367*yr - floor(7*(yr+floor((mo+9)/12))/4) + floor(275*mo/9) + d + 1721013.5 + ((s/60+min)/60+h)/24
J2000 = 2451545
14
1.4 航天中的时间
课堂练习：计算东经50°在1996年10月26日下午2：20 （UT1）的恒星时。
GMST 67310.54841s (876600h 86400184.812866s )TUT 1
2 6 3 +0.093104TUT 6.2 10 TUT 1 1
MJD = (JD - 2451545.0)/36525; GMST = 67310.54841 + (876600*3600 + 8640184.812866)*MJD + 0.093104*MJD^2 -6.2e-6*MJD^3 tem = mod(GMST,86400); thita = tem/240+ 50 Thita = 300.2342°= 20h0分56.16秒
4
1.3 航天中时间的重要性
时间的准确。航天器运动速度快，差之毫厘，失之千里 时间的均匀。航天器在轨运行时间长，小错积累成大错 时间的同步。航天系统包括在轨航天器和多个地面测控站， 需要天地大系统的时间同步。
5
1.4 航天中的时间
航天中常用的四个时间：恒星时，太阳时（协调时），动
力学时，原子时
恒星时（太阳时）都是以地球自转为基础定义的时间系统， 一天为基本单位，一天为当地子午面连续经过恒星（太阳） 的时间间隔。
章动：月球围绕地球公转 导致地球自转轴绕平天极 左右摇摆的现象，周期约 为18.6年，振幅为9.21秒。
考虑岁差和章动的地球自 转轴称为真天极，对应的 赤道为真赤道。 岁差和章动描述了地球自 转轴在惯性空间的不稳定。
9
1.4 航天中的时间
极移：地球瞬时自转轴在 地球本体内的运动。
1765年，欧拉在假定地球 是刚体的前提下，最先从 力学上预言极移的存在。 1888年德国的屈斯特纳才 从纬度变化的观测中发现 极移。
岁差：太阳和月球对地球赤道隆起 的引力作用造成的，引发地轴相对 于惯性空间的转动，称为日月岁差。 周期大约为26000年。同时太阳系 行星也会造成黄道面相对惯性空间 的转动，称为行星岁差。日月岁差 约为行星岁差的500倍。 仅考虑岁差的地球自转轴称为平天 极，对应的赤道面为平赤道面。
8
1.4 航天中的时间
流逝比在距离大质量较远的地方的时钟之时间流逝要慢。 相对论成功解释了水星近日点进动现象。星近日点进动又
成为广义相对论最有力的三个天文学验证之一。
3
1.2 时间的度量
时刻 = 时间基准原点 + 时间步长*步数
时段 = 时刻n – 时刻m
时间基准原点的选取：公元
时间步长的选择的基本要求：精确，均匀
时间步长的选择：基本方法是测量物体的运动。随着人类 科学技术的发展，观测手段的变化，在不断更新。
11
1.4 航天中的时间
恒星时：当地子午面连续通过恒星为一个恒星日。 恒星时（Sidereal Time，ST）通过与春分点之间的角度 来计算。与平春风点的角度为平恒星时(Mean Sidereal Time，MST)，与真春风点的角度为真恒星时。
LMST GMST
GMST 67310.54841s (876600h 86400184.812866s )TUT 1
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坐标及时间系统
1976年开始由国家测绘局、总参测绘局、 水利部、国家地震局共同承担重新布测国 家一等水准网，总长93000多公里，组成 100个水准环，经过平差，建立了1985年 国家高程系。
水准原点高程为：72.260m
坐标及时间系统
4、参考椭球面
(1) 大地水准面——大地水准面由于受地球重力场影响，微小 起伏、不规则、很难用数学方程表示
(2) 大地水准面
– 与平均海水面相吻合的水准面称大地水准面 – 大地水准面是唯一的。 – 大地水准面所包含的形体，称为大地体，它代表了地球的自
然形状和大小。 – 测量工作的高程基准面
坐标及时间系统
我国在青岛设有验潮站，在青岛观象山建立国家水准原点
坐标及时间系统
国家高程基准
1956年通过对青岛验潮站7年观测成果的 计算，求出水准原点高程为： 72.289m以此为基准称为1956年黄海高 程基准。
坐标及时间系统
2.地球的形状和大小
1、地球 (1)由于地球的自转和公转，地球南北极稍扁，赤道稍长，南北 相差43km ，椭球平均半径约为6371km (2) 地球的自然表面并不光滑，形状十分复杂，有高山、丘
陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等，呈现高低起伏的形 态，如：珠峰+8844.43m, 马里亚纳海沟-11022m,但这样的 高低变化与地球半径6371km相比只有1/600,变化是微小的。 (3) 海洋面积约占71%，陆地面可以忽略时,可将
地球看作圆球体，以球面代替大地水准面，其半径
R=6371km
6、平面
坐标及时间系统
在范围不大时，可以平面代替大地水准面.
WGS-84椭球
美国全球卫星定位系统GPS选用的地球总椭球体。
参数为：
水准原点高程为：72.260m
坐标及时间系统
4、参考椭球面
(1) 大地水准面——大地水准面由于受地球重力场影响，微小 起伏、不规则、很难用数学方程表示
(2) 大地水准面
– 与平均海水面相吻合的水准面称大地水准面 – 大地水准面是唯一的。 – 大地水准面所包含的形体，称为大地体，它代表了地球的自
然形状和大小。 – 测量工作的高程基准面
坐标及时间系统
我国在青岛设有验潮站，在青岛观象山建立国家水准原点
坐标及时间系统
国家高程基准
1956年通过对青岛验潮站7年观测成果的 计算，求出水准原点高程为： 72.289m以此为基准称为1956年黄海高 程基准。
坐标及时间系统
2.地球的形状和大小
1、地球 (1)由于地球的自转和公转，地球南北极稍扁，赤道稍长，南北 相差43km ，椭球平均半径约为6371km (2) 地球的自然表面并不光滑，形状十分复杂，有高山、丘
陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等，呈现高低起伏的形 态，如：珠峰+8844.43m, 马里亚纳海沟-11022m,但这样的 高低变化与地球半径6371km相比只有1/600,变化是微小的。 (3) 海洋面积约占71%，陆地面可以忽略时,可将
地球看作圆球体，以球面代替大地水准面，其半径
R=6371km
6、平面
坐标及时间系统
在范围不大时，可以平面代替大地水准面.
WGS-84椭球
美国全球卫星定位系统GPS选用的地球总椭球体。
参数为：
坐标系统和时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统
3.GPS常用坐标系
1）WGS-84世界大地坐标系（World Geodetic Sy stem 1984）
2）ITRS国际地球参照系（International Terrestri al Reference System）与ITRF国际地球参考框架 （International Terrestrial Reference Frame）
坐标 原点
笛卡尔坐标
曲线坐标
平面直角坐标
地
参
站
心
心
心
地心空间直 角坐标系
参心空间直 角坐标系
参考 面
总地球 参考
大地
椭球面 椭球面 水准面
地心大地 坐标系
天文 坐标系
参心大地 坐标系
站心空间直角 站心极 站心赤道 站心地平
坐标系
坐标系 坐标系
坐标系
投影平面
高斯平面 坐标系
WGS-84 ITRS/ITRF CGCS2000
坐标系统的分类和常用坐标系统
4.我国常用坐标系
1）1954年北京坐标系 2）1980西安大地坐标系 3）2000国家大地坐标系
坐标系统的分类和常用坐标系统> 我国常用坐标系
1）1954年北京坐标系
基本情况：
源于前苏联的1942年普尔科夫坐标系；
未根据我国情况，进行椭球定位，由前苏联西伯利亚地 区的一等锁，经我国的东北地区的呼玛、吉拉林、东宁三 个基准网传算；基于1954年北京坐标系的我国天文大地 网未进行整体平差；高程异常是以前苏联1955年大地水 准面重新平差的结果为起算值，按我国天文水准路线推算 出来的，而高程又是以1956年青岛验潮站的黄海平均海 水面为基准。
大地测量学基础-第2章坐标系统与时间系统
的影响，地球的旋转轴在空间围绕黄极缓慢旋转，类似于一个旋 转陀螺，形成一个倒圆锥体（见左下图），其锥角等于黄赤交角 ε=23.5 °。 • 旋转周期为25786年，这种运动称为岁差，是地轴方向在宇宙空 间中的长周期运动（以黄极为中心）。
章动（周期18.6年）
岁差（周期25786年）
23.5 °
黄道 赤道
PS
πS
πN
πS
6、春分点与秋分点
• 黄道与赤道的两个交点称为春 分点和秋分点。
• 从地球上看，太阳沿黄道逆时 针运动。
• 黄道和赤道在天球上存在相距 180°的两个交点，其中太阳沿 黄道从天赤道以南向北通过天 赤道的那一点，称为春分点（3 月21日前后），与春分点相隔 180°的另一点，称为秋分点（9 月23日前后） 。
• GAMT 表示格林尼治平太阳时角。
• 未经任何改正的世界时表示为UT0；
• 经过极移改正的世界时表示为UT1：
UT1=UT0+Δλ
§2－1 地球的运转 §2－2 时间系统 §2－3 坐标系统
§2－1 地球的运转
• 众所周知，我们生存的地球一直处于运动之中。 • 从不同的角度来看，地球的运转可分为四类： （1）与银河系一起在宇宙中运动 （2）与太阳系一起在银河系内运动 （3）与其它行星一起绕太阳旋转（公转） （4）绕其自身旋转轴(瞬时)旋转（自转，或叫周日视运动） • 大地测量学主要研究后两类运动。
• 考虑岁差和章动的共同影响时，相应的旋转轴、天极、天球赤道 等术语前加上“真”，即真旋转轴、真天极、真天球赤道。
• 若只考虑岁差，则分别称作平旋转轴、平天极、平天球赤道。
章动（周期18.6年）
岁差（周期25786年）
23.5 °
章动（周期18.6年）
岁差（周期25786年）
23.5 °
黄道 赤道
PS
πS
πN
πS
6、春分点与秋分点
• 黄道与赤道的两个交点称为春 分点和秋分点。
• 从地球上看，太阳沿黄道逆时 针运动。
• 黄道和赤道在天球上存在相距 180°的两个交点，其中太阳沿 黄道从天赤道以南向北通过天 赤道的那一点，称为春分点（3 月21日前后），与春分点相隔 180°的另一点，称为秋分点（9 月23日前后） 。
• GAMT 表示格林尼治平太阳时角。
• 未经任何改正的世界时表示为UT0；
• 经过极移改正的世界时表示为UT1：
UT1=UT0+Δλ
§2－1 地球的运转 §2－2 时间系统 §2－3 坐标系统
§2－1 地球的运转
• 众所周知，我们生存的地球一直处于运动之中。 • 从不同的角度来看，地球的运转可分为四类： （1）与银河系一起在宇宙中运动 （2）与太阳系一起在银河系内运动 （3）与其它行星一起绕太阳旋转（公转） （4）绕其自身旋转轴(瞬时)旋转（自转，或叫周日视运动） • 大地测量学主要研究后两类运动。
• 考虑岁差和章动的共同影响时，相应的旋转轴、天极、天球赤道 等术语前加上“真”，即真旋转轴、真天极、真天球赤道。
• 若只考虑岁差，则分别称作平旋转轴、平天极、平天球赤道。
章动（周期18.6年）
岁差（周期25786年）
23.5 °
定位坐标系和时间标准讲义
定位坐标系和时间标准讲义定位坐标系和时间标准是在地理和天文领域中广泛使用的工具，用于确定地球表面上的位置和测量时间。
本讲义将介绍三种常用的定位坐标系和一些常见的时间标准。
一、地理坐标系地理坐标系是用经度和纬度来描述地球表面上任意位置的一种坐标系统。
经度是指一个位置相对于东西方经线的角度，以0度为本初子午线。
纬度是指一个位置相对于南北方纬线的角度，以赤道为基准。
地理坐标系可以通过全球定位系统（GPS）等技术来测量和确定位置。
例如，北京的经度为116.4度东经，纬度为39.9度北纬。
二、UTM坐标系UTM（Universal Transverse Mercator）坐标系是一种基于横轴墨卡托投影的坐标系统，将地球划分为60个标准带和20个副带。
每个标准带宽度6度，以中央经线为基准。
UTM坐标系采用东北方向的坐标表示位置，适用于大规模的地图制作和测量工程。
例如，北京的UTM坐标为50KU 414547 4400879，其中50KU表示所在的标准带，414547和4400879分别表示东北方向的坐标。
三、国家格网坐标系国家格网坐标系是在UTM坐标系基础上，根据各国的需要制定的一种坐标系统。
每个国家或地区都有自己的国家格网，包括分带、投影方式和坐标体系等。
国家格网坐标系广泛用于地理信息系统（GIS）和空间数据管理。
在中国，国家格网坐标系为2000年国家大地坐标系，采用了高斯-克吕格投影，最常用的带号为3度带。
例如，北京的国家格网坐标为带号33N，X坐标为3407765，Y坐标为439512。
四、时间标准时间标准用于统一和测量时间，使世界各地的时间保持一致。
其中，国际原子时（TAI）是以原子频率标准为基础，提供高精度的时间计量。
协调世界时（UTC）是基于国际原子时，并根据地球自转的变化进行调整的时间标准，通常以格林威治时间（GMT）为参考。
全球定位系统（GPS）时间是由GPS卫星提供的一种时间标准，用于卫星导航定位。
坐标与时间系统
坐标与时间系统坐标与时间系统是维持现代社会运转的重要基础。
它们帮助我们在地球上找到特定的位置和确切的时间，为我们的日常生活提供了许多便利。
在这篇文章中，我们将讨论坐标与时间系统的重要性以及如何使用它们。
坐标系统是一种用来确定地球上特定位置的方法。
全球定位系统（GPS）是最常用的坐标系统之一，通过卫星和接收器，它可以确定我们所处的位置。
我们可以用经度和纬度来表示任何一个地点的坐标。
经度是一个地点相对于本初子午线的度量，范围从0°至180°。
纬度是一个地点相对于地球赤道的度量，范围从0°至90°。
通过这两个坐标，我们可以在地球上的任何地方找到一个特定的位置。
时间系统是一种用来测量时间的方法。
世界协调时间（UTC）是国际上通用的时间标准，它使用原子钟的精确度来确定时间。
我们使用小时、分钟和秒来表示时间。
此外，时区也是时间系统的重要组成部分。
地球上被划分为24个时区，每个时区覆盖约15°经度。
每个时区都对应着一个标准时间，并根据地理位置决定当地时间。
通过使用时区，我们可以在世界范围内同步并协调时间。
坐标和时间系统在现代社会中有着广泛的应用。
它们不仅仅用在导航领域，如汽车导航、航空导航等，还被广泛用于科学研究、地图制作、天文观测和数据收集等领域。
它们还在航运、铁路和物流等行业中起到关键作用，确保货物能够准时送达。
此外，坐标和时间系统也对我们日常生活产生了深远的影响。
我们可以使用手机或手表上的时间来安排日程，预约会议或计划旅行。
当我们在城市中迷路时，我们可以使用地图应用或GPS系统来找到正确的路线。
不仅如此，通过坐标和时间系统，我们能够准确地知道不同地区的时间，这对于国际商务和跨国合作非常重要。
综上所述，坐标和时间系统是现代社会不可或缺的一部分。
它们帮助我们准确地定位和测量地球上的位置和时间，为我们的日常生活提供了巨大的便利。
无论是科学研究、导航领域还是日常生活中，我们都离不开这些系统的帮助。
大地测量学第2章
g=（357. 528°＋35999.050°T）（2 /360）
原子时（AT）
原子时：是一种以原子谐振信号周期为标准。原子时的基本单位是原子时 秒，定义为：在零磁场下，位于海平面的铯原子基态两个超精细能级间跃 迁辐射9192631770周所持续的时间为原子时秒，规定为国际单位制中的 时间单位。
根据原子时秒的定义，任何原子钟在确定起始历元后，都可以提供 原子时。由各实验室用足够精确的原子钟导出的原子时称为地方原子时。
高程参考系统
以大地水准面为参照面的高程系统称为正高，以似大地水准面为参照面的 高程系统称为正常高的高程系统。 正常高H正常及正高H正与大地高有如下关系：
H＝H正常＋ H＝H正＋N 式中： ——高程异常，N——大地水准面差距。
大地水准面相对于旋转椭球面的起伏
大地测量参考框架（Geodetic Reference Frame)
大地测量参考系统(Geodetic Reference System)
坐标参考系统：分为天球坐标系和地球坐标系。
天球坐标系:用于研究天体和人造卫星的定位与运动。
地球坐标系:用于研究地球上物体的定位与运动，是以旋转椭球为参照体 建立的坐标系统，分为大地坐标系和空间直角坐标系两种形式
大地坐标系
空间直角坐标
TAI－GPST=19(s) GPST的起点，规定1980年1月6日0时GPS与UTC相等。
2.3 坐标系统
基本概念
1.大地基准
所谓基准是指为描述空间位置而定义的点、线、面，在大地测量中，基准是 指用以描述地球形状的参考椭球的参数（如参考椭球的长短半轴），以及参考 椭球在空间中的定位及定向，还有在描述这些位置时所采用的单位长度的定义。
2. 天球
天轴与天极：地球自转轴的延伸直线为天轴；天轴与天球的交点称为天极（ 为北天极 为南天极）。 天球赤道面与天球赤道：通过地球质心 与天轴垂直的平面，称为天球赤道面，它与天球 ｛相交的大圆，称为天球赤道。 天球子午面与子午圈：包含天轴并通过地球上任一点的平面，称为天球子午面，它与天 球相交的大圆，称为天球子午圈。 时圈：通过天球的平面与天球相交的半个大圆。 黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆，黄道面与赤道面的夹角 ，称为黄赤空角， 约为23.5 。 黄极：通过天球中心，且垂直于黄道面的直线与天球的交点。其中靠近北天极的交点 称 为北黄极，靠近南天极的交点 为南黄极。 春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点r。
原子时（AT）
原子时：是一种以原子谐振信号周期为标准。原子时的基本单位是原子时 秒，定义为：在零磁场下，位于海平面的铯原子基态两个超精细能级间跃 迁辐射9192631770周所持续的时间为原子时秒，规定为国际单位制中的 时间单位。
根据原子时秒的定义，任何原子钟在确定起始历元后，都可以提供 原子时。由各实验室用足够精确的原子钟导出的原子时称为地方原子时。
高程参考系统
以大地水准面为参照面的高程系统称为正高，以似大地水准面为参照面的 高程系统称为正常高的高程系统。 正常高H正常及正高H正与大地高有如下关系：
H＝H正常＋ H＝H正＋N 式中： ——高程异常，N——大地水准面差距。
大地水准面相对于旋转椭球面的起伏
大地测量参考框架（Geodetic Reference Frame)
大地测量参考系统(Geodetic Reference System)
坐标参考系统：分为天球坐标系和地球坐标系。
天球坐标系:用于研究天体和人造卫星的定位与运动。
地球坐标系:用于研究地球上物体的定位与运动，是以旋转椭球为参照体 建立的坐标系统，分为大地坐标系和空间直角坐标系两种形式
大地坐标系
空间直角坐标
TAI－GPST=19(s) GPST的起点，规定1980年1月6日0时GPS与UTC相等。
2.3 坐标系统
基本概念
1.大地基准
所谓基准是指为描述空间位置而定义的点、线、面，在大地测量中，基准是 指用以描述地球形状的参考椭球的参数（如参考椭球的长短半轴），以及参考 椭球在空间中的定位及定向，还有在描述这些位置时所采用的单位长度的定义。
2. 天球
天轴与天极：地球自转轴的延伸直线为天轴；天轴与天球的交点称为天极（ 为北天极 为南天极）。 天球赤道面与天球赤道：通过地球质心 与天轴垂直的平面，称为天球赤道面，它与天球 ｛相交的大圆，称为天球赤道。 天球子午面与子午圈：包含天轴并通过地球上任一点的平面，称为天球子午面，它与天 球相交的大圆，称为天球子午圈。 时圈：通过天球的平面与天球相交的半个大圆。 黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆，黄道面与赤道面的夹角 ，称为黄赤空角， 约为23.5 。 黄极：通过天球中心，且垂直于黄道面的直线与天球的交点。其中靠近北天极的交点 称 为北黄极，靠近南天极的交点 为南黄极。 春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点r。
坐标和时间系统
极移
2.2、岁差元素和岁差矩阵
2.2、岁差元素和岁差矩阵（2）
2.3、章动元素和章动矩阵（2）
B = P ( −(e + ∆e））R（ − ∆y ）P（e）
− ∆y cose − ∆y sine 1 B= ∆ y cos e 1 − ∆ e ∆e 1 ∆y sine
2.5、极移元素和极移旋转矩阵
y xp
CIO
CEP
yp
x
2.5、极移元素和极移旋转矩阵（2）
• D=Q(-xp)P(-yp)
1 D= 0 − x p 0 1 yp
xp − yp 1
2.5、地心坐标系的转换
• 标准历元地心惯性系: • 瞬时平赤道地心系: • 瞬时真赤道地心系: • 准地固坐标系: • 地固坐标系 • RTRF=D*C*B*A*RCRF 岁差 章动 自转 极移
2.4、地球自转，恒星时
• C=R（Θ0） • Θ0=1.0027379093UT1+θ0+Δψcosε • θ 0=24110.s54841+8640184. s812866T + 0 • 0. s093104T02-6. s2*10-6T03 • T0为从标准历元J2000.0到观测时刻0hUT 以平太阳日表示的儒略世纪数。
0 0 1 R1 (e x ) = 0 cos e sin e x x 0 − sin e x cos e x cos e y 0 − sin e y R2 (e y ) = 0 1 0 sin e y 0 cos e y cos e z R3 (e z ) = − sin e z 0 sin e z cos e z 0 0 0 1
时间和坐标系统
TDB = TT + 0.001658sin(M)+0.00001385sin(2M) M = 357.5277233°+35999.05034*TT
18
1. 时间系统 2. 坐标系统
授课内容
19
2.1 坐标系的定义
20
2.2 航天任务常用坐标系—地心惯性坐标系（ECI）
主要用途：轨道分析，天文学，惯性运动 原点：地心（航天器） 基准平面：赤道 ，ｚ轴为基准平面的法线 主轴ｘ：指向春分点 第三轴y：由右手定则确定
问题：速度矢量如何转换？
v ECF
=
R v ECF J 2000 J
2000
R r ECF J 2000 J 2000
J2000 = 2451545
14
1.4 航天中的时间
课堂练习：计算东经50°在1996年10月26日下午2：20 （UT1）的恒星时。
GMST 67310.54841s (876600h 86400184.812866s )TUT1
+0.093104TU2T1
6.2 106
T3 UT 1
章动：月球围绕地球公转 导致地球自转轴绕平天极 左右摇摆的现象，周期约 为18.6年，振幅为9.21秒。 考虑岁差和章动的地球自 转轴称为真天极，对应的 赤道为真赤道。
岁差和章动描述了地球自 转轴在惯性空间的不稳定。
9
1.4 航天中的时间
极移：地球瞬时自转轴在 地球本体内的运动。 1765年，欧拉在假定地球 是刚体的前提下，最先从 力学上预言极移的存在。 1888年德国的屈斯特纳才 从纬度变化的观测中发现 极移。
25
2.3 坐标系统的相互转换 1、J2000（ECI）到地球固定坐标系（ECF）
18
1. 时间系统 2. 坐标系统
授课内容
19
2.1 坐标系的定义
20
2.2 航天任务常用坐标系—地心惯性坐标系（ECI）
主要用途：轨道分析，天文学，惯性运动 原点：地心（航天器） 基准平面：赤道 ，ｚ轴为基准平面的法线 主轴ｘ：指向春分点 第三轴y：由右手定则确定
问题：速度矢量如何转换？
v ECF
=
R v ECF J 2000 J
2000
R r ECF J 2000 J 2000
J2000 = 2451545
14
1.4 航天中的时间
课堂练习：计算东经50°在1996年10月26日下午2：20 （UT1）的恒星时。
GMST 67310.54841s (876600h 86400184.812866s )TUT1
+0.093104TU2T1
6.2 106
T3 UT 1
章动：月球围绕地球公转 导致地球自转轴绕平天极 左右摇摆的现象，周期约 为18.6年，振幅为9.21秒。 考虑岁差和章动的地球自 转轴称为真天极，对应的 赤道为真赤道。
岁差和章动描述了地球自 转轴在惯性空间的不稳定。
9
1.4 航天中的时间
极移：地球瞬时自转轴在 地球本体内的运动。 1765年，欧拉在假定地球 是刚体的前提下，最先从 力学上预言极移的存在。 1888年德国的屈斯特纳才 从纬度变化的观测中发现 极移。
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2.3 坐标系统的相互转换 1、J2000（ECI）到地球固定坐标系（ECF）
第二章坐标系统和时间系统(2-3)
sin X sin Z cos X sinY cos Z
cosY sin Z cos X cos Z sin X sinY sin Z sin X cos Z cos X sinY sin Z
sinY
sin
X
cosY
cos X cosY
坐标转换公式为：
第三节 坐 标 系 统
一般εx ,εy ,εz为微小量，可取
第三节 坐 标 系 统
b.多点定位：在全国范围内观测许多点的天文经度λ，天文纬度φ ，天文方位角α（这样的点称为拉普拉斯点）。利用这些观测成果 和已有的椭球参数，按照广义弧度测量方程，根据使椭球面与当地 大地水准面最佳拟合条件ΣN2=min（或Σζ2=min），采用最小二乘 原理，求出椭球定位参数ΔX0,ΔY0，ΔZ0，旋转参数εX，εy， εZ，椭球几何参数的改正数Δa，Δα（a新=a旧+ Δa，α新=α旧
第三节 坐 标 系 统
第三节 坐 标 系 统
4）地心坐标系 ① 地心空间直角坐标系：原点与地球质心重合，Z轴指向地球北 极，X轴指向格林尼治平均子午面与地球赤道交点，Y轴垂直于 XOZ平面。 ② 地心大地坐标系：椭球中心与地球质心重合，椭球面与大地水 准面最为密合，短轴与地球自转轴重合.点的坐标为大地经度L ，大地纬度B，大地高H.
+Δα.）以及η新,ξ新，N新。 再根据：
求出大地原点新的大地起算数据。
第三节 坐 标 系 统
这样利用新的大地原点数据和新的椭球参数进行新的定位和定 向，从面可建立新的参心大地坐标系。按这种方法进行椭球的定位 和定向，由于包含了许多拉普拉斯点，因此通常称为多点定位法。
参考椭球参数和大地起算数据是一个参心坐标系建成的标志，一 定的参考椭球和一定的大地起算数据确定了一定的坐标系。
2、时间系统和坐标系统
(1)区时 15º 时区地方时 格林尼治0子午线东西个7.5º 为0时区 (2)世界时
格林尼治起始子午线处的平太阳时（地方时）
经极移改正:UTI=UT0+Δλ 1 X P sin YP cos tan 15 经地球自转季节性改正:UT2=UT1+ΔT
T 0.022s sin 2 t 0.012s cos 2 t 0.006s sin 4 t 0.007 s cos 4 t
4.授时和时间对比
5.时钟的主要技术指标
频率标准度、频率漂移率、频率稳定度
（1）频率标准度 与理论频率之差
（2）频率漂移率（频漂） 频率的变化率（老化率）
（3）频率稳定度 随机变化程度
（二）恒星时与太阳时
1.恒星时
以春分点为参考点
恒星时在数值上等于春分点相对于本地子午圈的时角 是地方时 真恒星时与平恒星时
（二）恒星时与太阳时
2.真太阳时和平太阳时
（1）真太阳时
以地球自转为基础，以太阳中心为参考点 太阳时=本地子午圈时角+12 太阳时长度不同，不具备时间系统条件
（2）平太阳时
以地球自转为基础，以平太阳中心为参考点
周年是运动轨迹位于赤道面，角速度恒定 太阳时=平太阳时角+12 由归算得到 是地方时
3. 区时和世界时
更多见教材P26
（3）阴阳历（农）
年以回归年为依据，而月则按朔望月为依据。 单月为30日，双月为29日，每月平均为29.5日； 以新月始见为月首，12个月为一年，总共354日。 每19年中有7年为闰年。闰年中增加一个月，称 为闰月。 更多见教材P26
2.儒略日JD
根据公历的年(Y)、月(M）、日(D)来计算对应的儒略日JD
格林尼治起始子午线处的平太阳时（地方时）
经极移改正:UTI=UT0+Δλ 1 X P sin YP cos tan 15 经地球自转季节性改正:UT2=UT1+ΔT
T 0.022s sin 2 t 0.012s cos 2 t 0.006s sin 4 t 0.007 s cos 4 t
4.授时和时间对比
5.时钟的主要技术指标
频率标准度、频率漂移率、频率稳定度
（1）频率标准度 与理论频率之差
（2）频率漂移率（频漂） 频率的变化率（老化率）
（3）频率稳定度 随机变化程度
（二）恒星时与太阳时
1.恒星时
以春分点为参考点
恒星时在数值上等于春分点相对于本地子午圈的时角 是地方时 真恒星时与平恒星时
（二）恒星时与太阳时
2.真太阳时和平太阳时
（1）真太阳时
以地球自转为基础，以太阳中心为参考点 太阳时=本地子午圈时角+12 太阳时长度不同，不具备时间系统条件
（2）平太阳时
以地球自转为基础，以平太阳中心为参考点
周年是运动轨迹位于赤道面，角速度恒定 太阳时=平太阳时角+12 由归算得到 是地方时
3. 区时和世界时
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（3）阴阳历（农）
年以回归年为依据，而月则按朔望月为依据。 单月为30日，双月为29日，每月平均为29.5日； 以新月始见为月首，12个月为一年，总共354日。 每19年中有7年为闰年。闰年中增加一个月，称 为闰月。 更多见教材P26
2.儒略日JD
根据公历的年(Y)、月(M）、日(D)来计算对应的儒略日JD