时间系统

GPS卫星作为一个高空动态已知点，其位置是随时间不断变化的。因此，在给出卫星位置的同时，必须给出相应的瞬间时刻。并且，卫星位置的精度和时刻的精度密切相关。GPS测量是通过接收和处理GPS卫星发射的无线电信号，来确定用户接收机（观测站）至卫星间的距离，进而确定观测站的位置。而欲准确地测定测站至卫星的距离，就必须精密的测定信号的传播时间。如果要求站星距离误差小于1cm，则信号传播时间的测定误差应不超过3×10−11s。因此，利用GPS技术进行精密定位与导航，应尽可能获得高精度的时间信息，这就需要一个精确的时间系统。以下介绍几种常用的时间系统。1.恒星时恒星时是以春分点作为参考点的。由于地球自转使春分点连续两次经过地方上子午圈的时间间隔为一恒星日。以恒星日为基础均匀分割，从而获得恒星时系统中的“小时”、“分”和“秒”。由于恒星时是以春分点通过本地上子午圈为起点的，所以它是一种地方时。由于岁差和章动的，地球自转轴在空间的方向在不断的变化，故春分点有真春分点和平春分点之分，相应的恒星时也有真恒星时和平恒星时之分。2.太阳时太阳时分为真太阳时和平太阳时。真太阳时是以太阳中心作为参考点的，太阳连续两次通过某地的子午圈的时间间隔称为一个真太阳日。根据天体运动的开普勒定律可知，太阳的视运动速度是不均匀的，以真太阳作为观察地球自转运动的参考点，不符合建立时间系统的基本要求。因此，假设某个参考点的视运动速度等于真太阳周年运动的平均速度，且其在天球赤道上作周年视运动。这个假设的参考点在天文学中称为平太阳。平太阳连续两次经过本地子午圈的时间间隔称为一个平太阳日。3.世界时（UT）格林尼治起始子午线处的平太阳时称为世界时。为了使世界时尽可能均匀，从1956年起，在世界时中引入了极移改正△λ和地球自转速度的的季节性改正△T。把直接根据天文观测测定的世界时称为UTO，把经过极移改正后的世界时称为UT1，把经过地球自转速度季节性改正后的世界时称为UT2，则UT1=UTO+△λUT2=UT1+△T=UTO+△λ+△T4.原子时（AT）原子时是以物质内部原子运动的特征为基础的原子时间系统。原子时的起点规定为1958年1月1日0时整，由于技术方面的原因，原子时与世界时并未精确对准，两者之间存在0.0039s的差异，即：（AT−UT)1958.0=-0.0039。5.协调世界时（UTC）由于原子时是一种均匀的时间系统，而地球自转则存在不断变慢的长期趋势，这就意味着世界时的秒长将变得越来越长，所以原子时与世界时的差异将越来越明显。为了兼顾各种用户的要求国际无线电科学协会建立了协调世界时。协调世界时的秒长严格等于原子时的秒长，而协调世界时与世界时间的时刻差规定需要保持在0.9s以内，否则将采取闰秒的方式进行调整。6.GPS时GPS时是全球定位系统GPS使用的一种时间系统。在起始时刻，GPS时与UTC对齐，但由于UTC存在跳秒，因而经过一段时间后这两种时间系统就会相差n个跳秒。在GPS卫星导航电文中给出了GPS时与由美国海军天文台所维持的UTC时间之差，采用多项式拟合，直接给出的视多项式的系数。7.年积日年积日是在一年中使用的连续计时法。每年的1月1日计为第1日，2月1日为第32日，依此类推。平年的12月31日为第365日，闰年的12月31日为第366日。在观测文件中给出年积日。