衛(wèi)星軌道基礎-時間系統(tǒng)2

1、衛(wèi)星軌道基礎衛(wèi)星軌道基礎劉萬科空間定位與導航工程研究所時間系統(tǒng)n概述n恒星時和太陽時n歷書時n原子時n動力學時n常用計時方法n時間系統(tǒng)之間的相互轉換3時間是一個非常重要的物理量例如：n GPS衛(wèi)星以3.9 KM/S左右的速度圍繞地球高速運動。當我們要求觀測瞬間的衛(wèi)星位置誤差1CM時，所給出的觀測時刻的誤差應2.610-6秒。n 用測距碼進行偽距觀測時，若要求該距離的誤差0.1米，則信號傳播時間的測量誤差應310-10秒。時間4時間 軌道設計和軌道計算中，時間是獨立變量，但是在 計算不同的物理量時卻使用不同的時間系統(tǒng)。如n在計算測站位置或衛(wèi)星星下點軌跡時使用UT1。n在計算日月和行星的坐標時，使

2、用動力學時DT。n各種觀測量的采樣時間是UTC（GPST）。n衛(wèi)星運動方程的自變量可采用地球力學時TDT。 所以必須清楚各時間系統(tǒng)的定義和相互轉換。n 時間包含了兩種概念，時間間隔和時刻。 時間間隔是指事物運動處于兩個(瞬間)狀態(tài)之間所經歷的時間過程，它描述了事物運動在時間上的連續(xù)狀況 時刻是指發(fā)生在某一現(xiàn)象的時間n 時間系統(tǒng)規(guī)定了時間測量的標準，包括時刻的參考基準和時間間隔的尺度基準n 時間系統(tǒng)框架通過守時、授時和時間頻率測量比對技術在某一區(qū)域或全球范圍內來實現(xiàn)和維持統(tǒng)一的時間系統(tǒng) 5有關時間的一些基本概念6時間基準的條件n某種運動可作時間基準的條件 運動是連續(xù)、周期性的 運動周期充分穩(wěn)定

3、運動周期必須具有復現(xiàn)性 沙漏 游絲擺輪的擺動 石英晶體的振蕩 原子諧波振蕩 地球自轉 有關時間的一些基本概念7n 世界時地球自轉-是建立世界時的時間基準，其穩(wěn)定度為110-8（UT2）n 歷書時行星繞太陽的公轉運動（開普勒運動）-建立歷書時的時間基準，其穩(wěn)定度為110-10n 原子時原子諧波振蕩-建立原子時的時間基準，其穩(wěn)定度為110-14時間系統(tǒng)8常用的時間系統(tǒng)恒星時真恒星時平恒星時太陽時真太陽時平太陽時世界時UT0UT1UT2 原子時 TAI GPST BDT 協(xié)調世界時UTC 歷書時 動力學時 質心動力學時TDB 地心動力學時TDT9恒星時STn 恒星時是以春分點為參考點，由它的周日視運

4、動所確定的時間系統(tǒng)。n 取春分點上中天的時刻作為恒星日的開始。n 任一經度為 的地方恒星時S與格林尼治恒星時SG之間的關系式春分點周日視運動的速率為地球自轉速率與春分點本身位移速率的合成。因此恒星時也不是均勻的時間系統(tǒng)。 當考慮歲差和章動的影響時得到的恒星時稱為真恒星時 當消除章動影響后得到的恒星時稱為平恒星時 GSS=+10格林威治恒星時GSTn 格林威治恒星時是春分點相對格林威治平子午面的時角。 作用：它把春分點和地固系的參考點聯(lián)系起來。借助于GST 可以實現(xiàn)慣性坐標系與地固坐標系之間的轉換。由于春分點有平春分點和真春分點，相應有格林威治平恒星時GMST和真恒星時GAST。11真太陽時n

5、真太陽時是以太陽的周日視運動為依據(jù)而建立的時間系統(tǒng)。真太陽連續(xù)兩次過中天的時間間隔叫做真太陽日。取太陽視圓面中心下中天的時刻為0點，真太陽時定義為真太陽的時角加上12小時。n 因為真太陽日的長短不一致，真太陽時在實用上并不方便。 由于地球繞太陽運動的軌道是橢圓 且黃道和赤道存在交角，導致了真太陽時的變化不均勻。 12平太陽時n赤道平太陽連續(xù)兩次過中天的時間間隔為1個平太陽日。其長度等于一年中真太陽日的平均長度。n平太陽的假設： 首先設想有一個黃道平太陽，它在黃道上的運行速度等于真太陽視運動的平均速度，并和真太陽同時經過近地點和遠地點； 再假設一個赤道平太陽，它的運行速度和黃道上的平太陽速度相同

6、，并在歷元時刻同時經過春分點。13世界時UTn 格林威治的平太陽時即世界時UT。世界時是地球自轉的反應。由于地球自轉的不均勻性和極移引起的地球子午線的變動，世界時的變化是不均勻的。根據(jù)對世界時采用的不同修正，又定義了三種不同的世界時： UT0：通過測量恒星直接得到的世界時，對應瞬時極子午圈。 UT1：引入極移所引起的經度改正項后的世界時。 UT2：引入地球自轉速度季節(jié)性變化的改正項。在人衛(wèi)定軌中，UT1被用來計算格林尼治恒星時。14n 定義 為了避免世界時的不均勻性，1960年起引入了一種以地球繞日公轉周期為基礎的均勻時間系統(tǒng)，稱為歷書時。歷書時是一種以牛頓天體力學定律來確定的均勻時間，并成為

7、牛頓時。n 歷書時的秒長 為1980年1月0.5日所對應的回歸年長度的1/31556925.9747(地球繞日公轉時兩次通過春分點的時間間隔為1回歸年)。n 歷書時的起點定義 以1900年初太陽的平黃經為的瞬間即1900年1月0日世界時12h作為歷書時1900年1月0日12h。n 歷書時的測量 將觀測得到的天體位置與用歷書時計算得到的天體歷表比較，就能內插出觀測瞬間的歷書時。 歷書時（Ephemeris Time, ET）15國際原子時TAIn 1967 年10 月，第13 屆國際計量大會決定引入新的秒長定義，即銫原子Cs133 基態(tài)的兩能級間躍遷輻射9192631770 周所經歷的時間作為1

8、 秒的長度，作為國際單位秒（SI）n 由SI作為時間單位確定的時間系統(tǒng)稱為國際原子時TAI，其起點為1958 年1 月1 日0 時（UT2）。后來時間比對發(fā)現(xiàn)TAI時間起點比UT2早3.9毫秒。16協(xié)調世界時UTCn 原因 世界時很好地反映地球自轉，但其變化不均勻 原子時變化均勻，但與地球自轉無關。n 定義 協(xié)調世界時UTC，其變化基本與地球自轉同步。協(xié)調世界時的歷元與世界時的歷元相同，其秒長的定義與原子時秒長定義相同。使用跳秒的方法進行調整。 n 應用 地面觀測系統(tǒng)以UTC作為時間記錄標準。 國際規(guī)定以UTC作為標準時間和頻率發(fā)布的基礎。17動力學時DTn 定義 動力學時是根據(jù)天體力學理論建

9、立的運動方程編算天體星歷所用的時間系統(tǒng)。動力學時是均勻的時間系統(tǒng)。通過原子時來具體實現(xiàn)。n 分類（根據(jù)所描述運動方程所對應參考點的不同 ） 質心動力學時TDB（日月/行星的歷表） 地心動力學時TDT，1992 年起簡稱為TT（衛(wèi)星運動方程、歲差章動的計算）TDB和TDT之間的差別是由廣義相對論效應引起的。 0 .001658sin(0.0167sin)sTDBTDTMM-+182、時間系統(tǒng)間的相互轉換關系n均勻時間系統(tǒng)間的轉換TT與TAIUTC與TAIUTC與TDTn不均勻時間系統(tǒng)之間的轉換UT與STn均勻時間系統(tǒng)與不均勻時間系統(tǒng)間的轉換UT與UTC19均勻時間系統(tǒng)間的轉換nTT與TAI TT

10、TAI32.184秒nUTC與TAI UTCTAI-n秒nUTC與TT UTCTT-( 32.184 n)秒其中，n為跳秒，可從IERS公報中查取。20不均勻時間系統(tǒng)間的轉換nUT1與GST21均勻時間系統(tǒng)與不均勻時間系統(tǒng)間的轉換n UTC與UT1 根據(jù)UTC計算TAI 從IERS公報B中查出UTC對應UT1R-TAI的值域，再由線性內插求出UTC時刻對應的UT1R -TAI的值。UT1R表示從UT1中減去周期短于35天的短周期變化后的部分。 計算UT1的短周期（小于35天）部分DUT1。世界時為UT1=TAI+(UT1R-TAI)+DUT122時間表示方法n 年：回歸年、恒星年、貝塞爾年n 歷元：天文學常用年的小數(shù)表示某一特殊瞬間的時刻，如B1950.0n 儒略日JD（軌道計算中常用時間記法）