时间系统

时间系统包括时间的两种含义、时间的测量标准、时间基准的条件、时间基准、时钟的主要技术指标等。

时间系统

• 时间的两种含义
  • 时间间隔
  • 时刻
• 时间的测量标准
  • 时刻的参考基准(起点)
  • 时间间隔测量的尺度基准
• 时间基准的条件
  • 运动周期稳定连续的周期性运动，
  • 复现性：不同时间地点都可以复现
• 时间基准
  • 地球自转周期
    • 精度为10^-8
      • 建立世界时所用的时间基准
  • 行星绕日的公转周期及月球绕地球的公转周期
    • 精度为10^-10
  • 原子中的电子振荡频率（周期）
    • 精度为10^-16
  • 脉冲星的自转周期
    • 精度为10^-19
• 时钟的主要技术指标
  • 频率准确度
  • 频率漂移
  • 频率稳定度
    • 时钟质量的重要指标
• 坐标系统
  • 天球坐标系
    • 基本概念
      • 黄道面：地球公转的轨道平面，任意时间该面都过太阳中心
      • 春分点：黄道和赤道的交点
      • 岁差：长周期性的，春分点的进动
      • 章动：月球引起的短周期性的变化
    • 天球坐标系
      • 分类
        • 原点
          • 站心天球坐标系：测站点为中心建立
          • 地心天球坐标系
          • 太阳系质心天球坐标系
        • 表现形式
          • 球面坐标
          • 空间直角坐标
            • 原点：地心
            • X轴：春分点
            • Y轴：垂直X和Z右手坐标系
            • Z轴：自转轴
      • 地心空间直角坐标系
        • 瞬时地心天球赤道坐标系
          • 原点：地心
          • X轴：指向春分点
          • Y轴：垂直于X轴和Z轴右手坐标系
          • Z轴：指向真北天极
        • 平地心天球赤道坐标系—加入岁差改正
          • 原点：地心
          • X轴：指向平春分点
          • Y轴：垂直于X轴和Z轴右手坐标系
          • Z轴：指向平北天极
        • 协议地心天球赤道坐标系—加入岁差章动改正
          • IAU国际天文联合会
          • GCGS国际天球坐标系
            • X轴：指向J2000.0时的平春分点
            • Z轴：指向J2000.0时的平北天极
            • Y轴：垂直于X轴和Z轴右手坐标系
  • 地球坐标系
    • 经典大地测量中的系统
      • 1954北京坐标系
      • 1980国家大地坐标系
      • 原点：参考椭球中心（参心坐标系）
      • 表达方式
        • 大地坐标（B.L.H）
        • 平面直角坐标（x，y）
    • 极移：地极的位置变动
    • 地球坐标系
      • 瞬时地球坐标系
        • 原点：地球质心
        • X轴：瞬时地球面(赤道)和包含瞬时地球自转轴与起始子午面之交点
        • Z轴：瞬时地球自转轴
      • 平地球坐标系
        • Z轴：指向国际协定点CIO
          • 5个纬度服务站的资料
          • 以1900.00至1905.05年地球自转轴瞬时位置的平均位置作为地球的固定极
        • Y轴：在协定赤道里面，与XOZ形成右手系统
        • X轴：指向协定赤道面与格林尼治子午线的交点
      • 协议地球坐标系
        • 国际地球参考系（ITRS）
          • IUGG、IERS
          • 原点：位于海洋和大气层在内的整个地球的质量中心
          • 尺度：广义相对论意义下的局部地球框架内的尺度
          • 坐标轴指向：由BIH 1984.0来确定
          • 坐标轴指向随时间的变化应满足“地壳无整体旋转”这一条件
        • 国际地球参考框架（ITRF）
          • 是ITRS的具体实现
          • 表现形式：（X、Y、Z）
          • 由一组 IERS 测站的站坐标（ X 、 Y 、 Z )、站坐标的年变化率（ AX ／年、 AY ／年、 Z ／年）以及相应的地球定向参数 EOP 来实现
          • 目前国际上公认的精度最高的地球参考框架，IGS精密星历也采用这一框架
        • 世界大地坐标系（WGS84）
          • 同ITRS
          • 与ITRF有区别，常用的表达形式（B、L、H）
        • 2000国家大地坐标系（CGCS2000）
          • 符合IERS
          • 坐标轴是基于1984.0来推算的
          • 在低精度下和GPS差不多区别是扁率的微小差距
• 原子时、协调世界时与GPS时
  • 原子时
    • 时间间隔：铯133原子基态两个超精细能级间在零磁场中跃迁辐射振荡 9192631770周所持续的时间为原子时的1s
    • 起点：1958年1月1日0h整
  • 国际原子时（TAI）
    • 1971年
    • 由全球60个时间实验240台原子钟确定
  • 协调世界时(UTC)—区域时间系统
    • 秒长：原子时
    • 闰秒（跳秒）：与时间时保持在0.9s内，多余会跳秒
    • 1979年12月，已取代世界时作为无线电通信的标准时间
  • GPS时—区域时间系统
    • 起点：1980年1月6日0h00m00s
    • 秒长：原子时
    • 不跳秒
    • 与国际原子时相差19s
  • GLONASS时—区域
    • 秒长：原子时
    • 起点：莫斯科时（第三时区）
    • 跳秒且与UTC保持一致
  • 北斗时(BDT)—区域
    • 基本单位：国际单位制(SI)秒
    • 起点：2006年1月1日UTC的0h00m00s
    • 连续计时，不跳秒
• 恒时与太阳时—地方时
  • 恒星时
    • 具有地方性
    • 以地球自转为基础
    • 参考点：春分点
      • 地球自转使春分点两次经过地方上子午圈的时间间隔为一恒星日
  • 太阳时
    • 真太阳时
      • 运动轨迹为椭圆，时间不均匀 (时角)
        • 近日点，角速度最大
        • 远日点，角速度最小
      • 地球自转为基础，太阳中心为参考点
        • 太阳中心连续两次过某地子午圈为一日
    • 平太阳时（假太阳）
      • 地球自转为基础，以平太阳中心作为参考点而建立的时间系统
      • 钟表所指示的时刻为平太阳时
      • 特点：①轨迹位于赤道平面不是黄道平面 ②角速度恒定，是真太阳的平均角速度
  • 世界时(UT)
    • 格林尼治起始子午线处的平太阳时
    • 与平太阳时的尺度相同，但起算点不同
  • 区时(ZT)
    • 同一时区，统一采用该时区中央子午线上的平太阳时
      • 中国统一采用东八区区时，北京时