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gps应用的韶华体例

GPS 系统

  如果按照不同物质的周期性运动给目前常用的高精度时间系统分类的话,可以分为三类:

  以地球的周期性自转运动为基准的时间系统。如恒星时和真太阳时(平太阳时)等。

  以原子核外在能级跃迁时辐射或吸收的电磁波频率为基准的时间系统。如原子时。

  恒星时是以地球的周期性自转运动为基准的时间系统。如果以一个天体或者天球上某个特殊点作为参考点,观察参考点连续两次经过测站点子午圈的时间段,即为地球的一个自转周期。选取春分点作为参考点,称作恒星时,简称恒时,常用s表示。

  春分点连续两次经过测站点上中天所经历的时间段,称作一个恒星日(sidereal day),它是恒星时系统的基本单位。一个恒星日可等分为24个恒时小时(sidereal hour);一个恒时小时可以等分为60个恒时分(sidereal minute);而一个恒时分又可以等分为60个恒时秒(sideresl second)。当春分点恰好经过测站子午圈的一瞬间,则有s=0h 00m 00s。恒星时的时、分、秒都是恒星时的计量单位。

  如果选取真太阳(视太阳)为参考点,以真太阳的周日视运动为基准建立的时间计量系统,称为真太阳时,或者叫视太阳时(apparent solar time),可用tast表示。与恒星时类似,真太阳连续两次通过测站上中天所经历的时间段为一个真太阳日(true solar day)。一个线个真太阳小时,每个线个真太阳分,每个线个真太阳秒。

  由于真太阳周年视运动的不均匀,因此,真太阳的视运动并不适合用来建立一个时间系统。假设一个参考点的的运动速度等于真太阳周年视运动的平均速度,且该点在赤道上作周年视运动,这个参考点天文学上叫赤道平太阳(mean equatorial sun),简称平太阳。以此为基础建立的时间系统称为平太阳时,简称平时。

  平太阳连续两次经过测站子午圈的时间间隔,称为一个平太阳日(mean solar day),一个平太阳日包含24个平太阳小时,每个平太阳小时有60个平太阳分,一个平太阳分又等分为60个平太阳秒。

  世界时就是以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时。世界时与平太阳时的单位尺度相同,只是起算点不同,前者比后者晚12个小时。世界时作为一种以地球的周期性自转运动为基准的时间系统,它的精确度主要受地球自转运动速度不均匀和极移的影响。

  由于地球自转的不均匀,以地球自转为基准的时间系统不能满足越来越高的精度要求。于是在1958年国际天文联合会(iau)决定,自1960年起各国开始使用以地球公转周期为基准的历书时编算天文年历。

  上面定义的历书时,是建立在十九世纪末的纽康理论(newcomb theory)上,历书时就是纽康太阳历表中均匀变化的时间自变量。

  历书时的观测精度随着观测设备和技术的提高而逐渐增强,从早期的et。、et1发展到后来的et2,其精度可达到10-11~10-9量级。这个精度高于恒星时、世界时等以地球自转为基准的时间系统,但由于精度有限,且不能实时给出精确的历书时,所以它在使用上有一定的局限性。(版权所有)1976年国际天文联合会决定,自1984年起采用地球力学时和太阳系质心力学时取代历书时。

  由于物质内部原子跃迁时辐射和吸收的电磁波频率具有较高的稳定性和复现性,由此建立的原子时,是目前最理想的时间系统。国际上原子时秒长的定义为:位于海平面上的铯原子基态两个超精细能级,在零磁场中跃迁辐射振荡9162631770周所持续的时间,为一原子秒(atomic second)。原子时的原点则由下式定义;

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  为了统一世界各国的原子时,国际上将100多台原子钟,通过相互比对,经由数据处理推算出统一的原子时系统,称为国际原子时(iat-international atomic time)。iat的稳定度大约为10-13左右。在gps定位中,原子时作为高精度的时间基准,用来测定卫星信号的传播时间。

  协调世界时是介于原子时和世界时之间一种折衷的时间系统。从1972年起国际上开始采用一种以原子时秒长为基准,时刻接近世界时的折衷的时间系统,该时间系统称为协调世界时(utc),简称协调时。

  具体方法是从1972年1月1日0时起,协调世界时的秒长严格等于原子时秒长。当协调时与世界时相差超过±0.9s时,便在协调时中加入一个闰秒(leap second)。闰秒(或称跳秒)可正可负,一般在12月31日或6月30日末加入,也可在3月31日或9月30日末加入,具体时间由国际地球自转服务组织(iers)发布。

  gps时是以原子时为基础的专用时间系统,该系统主要由gps主控站的原子钟控制。与国际原子时(iat)相比,gpst的秒长与原子时相同,但时间原点不同。其关系为

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  gpst与协调时,规定1980年1月6日0时相一致。其后随着时间推移和跳秒的累积,这两个时间系统之差将逐步扩大,不过它们之差总是保持秒的整数倍。在gps卫星导航电文中,载有gpst与utc的关系及其常数差。

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