GNSS导航定位时空基准

GNSS时空基准是GNSS的坐标基准和时间基准，是 由相应的GNSS的时间系统和坐标系统及其参考框 架实现的 坐标系统时间系统 是 描述卫星运……

GNSS导航定位时空基准

• 时间系统
  • 基本概念
    • 天文学和空间科学技术中，时间系统是
      • 利用卫星进行定位的重要基准
      • 精确描述天体和卫星运行位置及其相互关系的重要基准
    • 现代大地测量学上，空间和时间参考系形成四维大地测量学
  • 含义
    • “时刻”
    • “时间间隔”
  • 时间基准
    • 时间的单位（尺度）
    • 原点（起始历元）
    • 时间基准需要满足的条件
      • 运动是连续的、周期性的
      • 运动的周期应具有充分的稳定性
      • 运动的周期必须具有复现性，即在任何地方和时间，都可通过观察和实验，复现这种周期性运动
  • 世界时系统（Universal Time——UT）
    • 建立基础：以地球自转运动为基准的世界时系统
    • 在GPS测量中，主要用于天球坐标系和地球坐标系之间的转换计算。
  • 力学时（Dynamic Time——DT）
    • 分为
      • 太阳系质心力学时
      • 地球质心力学时
    • 在GPS定位中，地球质心力学时，作为一种严格均匀的时间尺度和独立的变量，被用于描述卫星的运动
    • TDT的基本单位是国际制秒（SI）
    • 子时（TAI）零时与地球质心力学时的严格关系：TDT=TAI+32.184S
    • T表示地球质心力学时TDT与世界时UT1之间的时差
      • T=TDT-UT1=TAI-UT1+32.184S
  • 原子时（Atomic Time——AT）
    • 定义
      • 位于海平面上的铯133原子基态的两个超精细能级，在零磁场中跃迁辐射震荡9192631770周所持续的时间为一原子时秒。
    • 单位
      • 国际制秒（SI）
    • 国际原子时（International Atomic Time，TAI）
      • 经数据处理推算出统一的原子时系统
      • 目的 ：解决不同的地方原子时之间存在差异
    • 协调世界时(Coordinated universal Time—UTC)
      • 目的
        • 避免发播的原子时与世界时之间产生过大偏差
      • 定义：以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种折衷时间系统，称为世界协调时或协调时。
    • GPS时间系统（GPST）
      • 目的：为精密导航和测量需要，全球定位系统建立了专用的时间系统，由GPS主控站的原子钟控制。
      • 差值
        • 与TAi：TAI-GPST = 19s
        • 与UTC：GPST=UTC+ 1S n-19s
          • 最新的n=37
      • 时间起点：1980年1月6日0时
    • BDS时间系统（BDT）
      • 时间起点：2006年1月1日0时。不闰秒
      • 与TAI：BDT=TAI - 19s
      • BDT=GPST- 14S
• 坐标系统
  • 三要素
    • 原点位置、坐标轴指向、尺度
  • 天球
    • 天球基本概念
      • 概念：指以地球质心为中心，半径r为任意长度的一个假想球体
      • 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Pn(北天极)Ps(南天极)称为天极
      • 天球赤道面与天球赤道：通过地球质心与天轴垂直的平面为天球赤道面，该面与天球相交的大圆为天球赤道
      • 天球子午面与天球子午圈：包含天轴并经过天球上任一点的平面为天球子午面，该面与天球相交的大圆为天球子午圈
      • 时圈：通过天轴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
      • 黄极：通过天球中心，垂直于黄道面的直线与天球的交点
      • 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
    • 天球空间直角坐标系
      • 原点位于地球的质心，z轴指向天球的北极Pn，x轴指向春分点，y轴与x、z轴构成右手坐标系
      • 岁差
        • 定义：北天极绕北黄极以顺时针的方向缓慢地旋转，在天球上北天极的运动轨迹，近似地构成一个以北黄极为中心，以黄赤交角为半径的小圆
        • 基本概念
          • 瞬时极：随时间变化的极点
          • 瞬时北天极：观测瞬间的北天极
          • 瞬时平北天极：把绕北黄极均匀运动的北天极称为瞬时平北天极，简称平北天极
      • 章动
        • 定义：瞬时北天极绕瞬时平北天极产生旋转，大致成椭圆形轨迹
        • 岁差和章动的影响：瞬时北天极绕北黄极旋转的轨迹：顺时针、波浪式地旋转。
      • 协议天球坐标系(ECEF,CTS)
        • 构建原因：由于岁差和章动的影响，瞬时天球坐标系的坐标轴指向不断变化，在这种非惯性坐标系统中，不能直接根据牛顿力学定律研究卫星的运动规律。
        • 定义：为建立一个与惯性坐标系相接近的坐标系，通常选择某一时刻t0作为标准历元，并将此刻地球的瞬时自转轴（指向北极）和地心至瞬时春分点的方向，经过该瞬时岁差和章动改正后，作为z轴和x轴。构成的空固坐标系称为所取标准历元的平天球坐标系，或协议天球坐标系，也称协议惯性坐标系
      • 协议天球坐标系转换为观测历元t的瞬时天球坐标系
        • 协议天球坐标系M(t0)经岁差旋转瞬时平天球坐标系M(t)再经章动旋转瞬时天球坐标系c(t)
    • 天球球面坐标系
      • 原点位于地球的质心，赤经为含天轴和春分点的天球子午面与经过天体s的天球子午面之间的交角，赤纬为原点至天体的连线与天球赤道面的夹角，向径r为原点至天体的距离
    • 协议地球坐标系(ECEF,CTS)
      • 地球坐标系
        • 定义;为了描述地面观测点的位置，有必要建立与地球体相固联的坐标系—地球坐标系,又称地固坐标系
      • 地心空间直角坐标系
        • 定义：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向格林尼治平子午面与赤道的交点E，Y轴垂直于XOY平面构成右手坐标系。
      • 地心大地坐标系
        • 定义：地球椭球的中心与地球质心重合，椭球短轴与地球自转轴重合，大地纬度B为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角，大地经度L为过地面点的椭球子午面与格林尼治平大地子午面之间的夹角，大地高H为地面点沿椭球法线至椭球面的距离。
        • WGS-84世界大地坐标系
        • 北京54坐标系、西安80坐标系、CGCS2000国家大地坐标系
        • CGCS2000国家大地坐标系的必要性
          • ① 地心； ② 三维； ③ 高精度； ④ 定义符合IERS（国际地球自转和参考系服务）协议。
      • 任一地面点在地球坐标系中可表示为(X，Y，Z)和(B，L，H)，两者可进行互换。
    • 球空间直角坐标系与天球球面坐标系转换公式
• 描述卫星运动 处理观测数据 的数学与物理基础 表达观测站位置