【正文】 合。 建立球面坐標系統(tǒng)，如圖 2－ 1所示 . ? 參考點、線、面和園 3 圖 2－ 1 天球的概念 4 ? 天軸與天極 地球自轉軸的延伸直線為天軸，天軸與天球的交點 PN 和 PS 稱為 天極 ，其中 PN 稱為北天極， PS 為南天極。1 地球的運動 從不同的角度，地球的運轉可分為四類： 天文學的基本概念 （預備知識） – 與銀河系一起在宇宙中運動 – 在銀河系內與太陽一起旋轉 – 與其它行星一起繞太陽旋轉（公轉） – 地球的自轉（周日視運動 ） 第二章 坐標與時間系統(tǒng) 2 預備知識 ? 天球的基本概念 所謂天球，是指以地球質心 O為中心，半徑 r為任意長度的一個假想的球體。在天文學中，通常均把天體投影到天球的球面上，并利用球面坐標來表達或研究天體的位置及天體之間的關系。 ? 天球赤道面與天球赤道 通過地球質心 O 與天軸垂直的平面稱為天球赤道面。該赤道面與天球相交的大圓稱為 天球赤道 。 5 ? 時圈 通過天軸的平面與天球相交的大圓均稱為時圈。 黃道面與赤道面的夾角稱為黃赤交角，約為 。其中靠近北天極的交點稱為 北黃極 ，靠近南天極的交點稱為 南黃極 。視太陽在黃道上從南半球向北半球運動時，黃道與天球赤道的交點稱為春分點，用 γ表示。 7 地球的公轉： 開普勒三大運動定律 ： — 運動的軌跡是橢圓，太陽位于其橢圓的一個焦點上； — 在單位時間內掃過的面積相等； — 運動的周期的平方與軌道的長半軸的立方的比為常數。假設月球的引力及其運行軌道是固定不變的 ,由于日、月等天體的影響，地球的旋轉軸在空間圍繞黃極發(fā)生緩慢旋轉，類似于旋轉陀螺，形成一個倒圓錐體（見下圖），其錐角等于黃赤交角 ε= ″ ，旋轉周期為 26000年，這種運動稱為 歲差 ，是地軸方向相對于空間的 長周期運動 。 這種現(xiàn)象稱為 章動。 考慮歲差的影響： 瞬時平天極、瞬時平天球赤道、瞬時平春分點。 某一觀測瞬間地球極所在的位置稱為 瞬時極 ，某段時間內地極的平均位置稱為 平極 。 ? 天文聯(lián)合會 (IAU)和大地測量與地球物理聯(lián)合會 (IUGG) 建議采用國際上 5個緯度服務 (ILS)站以 1900～ 1905年的平均緯度所確定的平極作為基準點，通常稱為 國際協(xié)議原點 CIO (Conventional International Origin) 12 ? 國際極移服務 ( IPMS ) 和國際時間局 ( BIH )等機構分別用不同的方法得到地極原點。 13 (3)地球自轉速度變化（日長變化） 地球自轉不是均勻的，存在著多種短周期變化和長期變化，短周期變化是由于地球周期性潮汐影響，長期變化表現(xiàn)為地球自轉速度緩慢變小。 描述上述三種地球自轉運動規(guī)律的參數稱為 地球定向參數 (EOP)，描述地球自轉速度變化的參數和描述極移的參數稱為 地球自轉參數 (ERP)， EOP 即為 ERP 加上歲差和章動 ，其數值可以在國際地球旋轉服務 (IERS)網站( ) 14 ?時間的描述包括時間 原點、單位（尺度）兩大要素 。時間的特點是連續(xù)、均勻，故一種物質的運動也應該連續(xù)、均勻。 – – – 運動是可觀測的。 時間系統(tǒng) 15 ? 恒星時 (ST) ?以春分點作為基本參考點，由春分點周日視運動確定的時間，稱為 恒星時 。 ? 地方真恒星時 、 平恒星時 、 格林尼治真恒星時 、 格林尼治平恒星時 之間的關系： 16 ? 平太陽時 MT ?以真太陽作為基本參考點，由其周日視運動確定的時間，稱為 真太陽時 。 地球繞太陽公轉的速度不均勻。真太陽日在近日點最長、遠日點最短 。平太陽連續(xù)兩次經過同一子午圈的時間間隔，稱為一個 平太陽日 17 平太陽日是以平子夜的瞬時作為時間的起算零點，如果 LAMT 表示平太陽時角，則某地的平太陽時 MT = LAMT + 12 (平子夜與平正午差 12小時） ? 世界時 UT： 以格林尼治平子夜為零時起算的平太陽時稱為 世界時 。 18 ?未經任何改正的世界時表示為 UT0，經過極移改正的世界時表示為 UT1，進一步經過地球自轉速度的季節(jié)性改正后的世界時表示為 UT2 UT1=UT0+Δλ, UT2=UT1+ΔT ? 歷書時 ET與力學時 DT ?由于地球自轉速度不均勻，導致用其測得的時間不均勻。 ? 歷書時的秒長規(guī)定為 1900年 1月 1日 12時整回歸年長度的 1／ 19 ?在天文學中，天體的星歷是根據天體動力學理論建立的運動方程而編寫的，其中采用的獨立變量是時間參數 T,其變量被定義為力學時，力學時是均勻的。 IGU規(guī)定： 1977年 1月 1日原子時（ TAI) 0時與地球力學時嚴格對應為： TDT=TAI+ 20 ? 原子時 (AT) 原子時是一種以原子諧振信號周期為標準。 原子時的原點定義： 1958年 1月 1日 UT2的 0時。 21 ? 協(xié)調世界時 (UTC) ?原子時與地球自轉沒有直接聯(lián)系，由于地球自轉速度長期變慢的趨勢，原子時與世界時的差異將逐漸變大，秒長不等，大約每年相差 1秒，便于日常使用，協(xié)調好兩者的關系，建立以原子時秒長為計量單位、在時刻上與平太陽時之差小于 ， 稱之為世界協(xié)調時 (UTC)。調秒由國際計量局來確定公布。 ? TAI=UTC+1 n(秒） 22 ? GPS時間系統(tǒng) ?時間的計量對于衛(wèi)星定軌、地面點與衛(wèi)星之間距離測量至關重要，精確定時設備是導航定位衛(wèi)星的重要組成部分。 23 167。 ? 測量常用的基準包括 平面基準 、 高程基準 、 重力基準 等。 地球坐標系： 用于研究地球上物體的定位與運動，是以旋轉橢球為參照體建立的坐標系統(tǒng)，分為大地坐標系和空間直角坐標系兩種形式， 基準 和 坐標系 兩方面要素構成了完整的 坐標參考系統(tǒng) ! 25 圖 2－ 8 天球坐標系 26 圖 2－ 10 大地坐標系與空間直角坐標 27 高程參考系統(tǒng) ?以大地水準面為參照面的高程系統(tǒng)稱為 正高 以似大地水準面為參照面的高程系統(tǒng)稱為 正常高； ?大地水準面相對于旋轉橢球面的起伏如圖所示，正常高及正高與大地高有如下關系： H=H正常 +ζ H=H正高 +N 28 ? 國家平面控制網 是全國進行測量工作的平面位置的參考框架，國家平面控制網是按控制等級和施測精度分為一、二、三、四等網。 ? 國家高程控制網 是全國進行測量工作的高程參考框架，按控制等級和施測精度分為一、二、三、四等網，目前提供使用的 1985國家高程系統(tǒng)共有水準點成果114041個，水準路線長度為 4166191公里。 29 ? 國家重力基本網 是確定我國重力加速度數值的參考框架，目前提供使用的 2021國家重力基本網包括 21個重力基準點和 126個重力基本點 。 31 局部定位 ： 要求在一定范圍內橢球面與大地水準面有最佳的符合，而對橢球的中心位置無特殊要求； 地心定位 ： 要求在全球范圍內橢球面與大地水準面最佳的符合，同時要求橢球中心與地球質心一致 。 32 慣性坐標系 (CIS)與協(xié)議坐標系 ?慣性坐標系 ： 是指在空間固定不動或做勻速直線運動的坐標系。 35 Mtt?????????????????????ZYXNZYX)()()( 131 ???? RRRN ??????? ?? ??? 瞬時平天球坐標轉換到瞬時真天球坐標 瞬時真天球坐標系與瞬時平天球坐標系的差異主要是地球自轉軸的章動造成的，兩者之間的相互轉換可以通過章動旋轉矩陣來實現(xiàn) . 為黃赤交交、交角章動、黃經章動 . 36 合并上述兩式： C I St?????????????????????ZYXNPZYX37 地固坐標系 （ 地球坐標系 ） ?以參考橢球為基準的坐標系，與地球體固連在一起且與地球同步運動，參考橢球的中心為原點的坐標系 ,又稱為 參心地固坐標系 。 特點： 地面上點坐標在地固坐標系中不變（不考慮潮汐、板塊運動），在天球坐標系中是變化的 (地球自轉 ). 38 ?坐標系統(tǒng)是由坐標原點位置、坐標軸的指向和尺度所定義的，對于地固坐標系，坐標原點選在參考橢球中心或地心，坐標軸的指向具有一定的選擇性，國際上通用的坐標系一般采用協(xié)議地極方向 CTP)作為 Z 軸指向，因而稱為 協(xié)議 (地固）坐標系 。 40 DtC T S?????????????????????ZYXMZYX)()( 12 pp yRxRM ???41 tDT?????????????????????ZYXEZYX)G A ST(3RE ?? 協(xié)議地球坐標系與協(xié)議天球坐標系的關系 42 DtC T S?????????????????????ZYXMZYXC I St?????????????????????ZYXNPZYXtDt?????????????????????ZYXEZYXC I SC T S M E N P?????????????????????ZYXZYX43 建立地球參心坐標系，需如下幾個方面的工作： – 選擇或求定橢球的幾何參數 (半徑 a和扁率 α )。 – 確定橢球短軸的指向 (橢球