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时间系统

Archived University Note

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时间的概念​

时刻：发生某一现象的瞬间，也叫历元。

时间间隔：发生某一现象经历的时间过程。

时间基准：时间的单位（尺度）和原点（起始历元），尺度是关键，原点根据应用选定。

作为时间基准，要满足两个条件​

  1. 能做连续性的周期运动，且运动周期十分稳定；
  2. 运动的周期必须具有复现性

在GNSS中，时间的重要性表现在​

  1. 准确计算卫星位置，1cm，2.6×10⁻⁶s；
  2. 通过时间测量距离，1cm，3×10⁻¹¹s；
  3. 地球自转位置改变，赤道上，1cm， 2.16×10⁻⁵s。

恒星时​

定义：以春分点为参考点的周日视运动所定义的时间。

尺度：春分点连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一个恒星日，一个恒星日等于24个恒星小时。

测量：春分点相对本地子午圈的时角。

具有地方性，所以又叫做地方恒星时。

平太阳时​

定义：以平太阳（以真太阳周年运动的平均速度在天球赤道上作周年视运动）为参考点定义的时间系统称为平太阳时。

尺度：平太阳连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一个平太阳日，24小时，60分，60秒。

测量：平太阳与本地子午圈的时角。

平太阳时具有地方性。

平太阳时 = 366.2422/365.2422 = (1+0.002737909) 恒星时

世界时​

国际天文学联合会于1928年决定，将由格林尼治平子夜起算的平太阳时称为世界时。

与平太阳时尺度相同，起点不同：世界时 = 平太阳时 + 12h

  • UT0——未经改正的世界时
  • UT1——加入极移改正
  • UT2——加入地球自转速度的季节性改正

儒略日​

儒略日是从公元前4713年1月1日格林尼治平正午起算的连续天数，注意是平太阳日，而不是恒星日。

地方时​

不管是恒星时还是平太阳时，都与观测者所在的位置有关，因此，时间不统一，给使用带来不便。

现行的做法是通过定义时区来统一进行时间的换算：从西经7.5°到东经7.5°（经度间隔为15°）为零时区，从零时区的边界分别向东和向西，每隔经度15°划一个时区，东西各划出12个时区，东12时区和西12时区重合，全球共划出24个时区，各时区都以中央经线的地方平时为本区的区时，相邻两时区的区时相差1小时。

地方时 = 世界时 + 区号（东区为正，西区为负），例如北京在东八区，则北京时间 = 世界时 + 8小时。

国际日期变更线：180°经线，当由东向西越过时，日期要增加一天，当由西向东越过时，日期要减小1天。

原子时​

定义：以物质内部原子运动的特征为基础的时间系统。

尺度：位于海平面上的Cs¹³³原子基态的两个超精细能级在零磁场中跃迁辐射震荡9 192 631 770周所持续时间为原子时1s。

起点：1958年1月1日0时，与世界时对齐。

国际原子时（International Atomic Time，TAI）：国际上100座原子钟通过数据处理推算出的统一的原子时系统。

协调世界时​

为了避免原子时与世界时之间产生过大的偏差，自1972年开始采用了一种以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近世界时的折中的时间系统，称为协调世界时（UTC）。

当协调时与世界时的时刻相差超过±0.9s时，便在协调时中加入1闰秒。

TAI = UTC + 1s × n

GNSS时间系统​

GPS时间（GPST）​

  • 与原子时尺度相同
  • 起点是1980年1月6日0时，在此刻与UTC一致
  • 不闰秒
  • TAI - GPST = 19s
  • GPST = UTC - 19s + n

北斗时间（BDT）​

  • 与原子时尺度相同
  • 起点是2006年1月1日0时，与此刻的UTC一致
  • 不闰秒
  • 北斗的导航电文中提供了北斗时间与GPS时间之间的转换参数A0GPS和A1GPS
  • tGPS = tBDT - ΔtGPS
  • ΔtGPS = A0GPS + A1GPS × tBDT

GNSS系统的计时方法​

周 + 周积秒

GPS周​

从1980年1月6日0时起算。例如2017年3月6日属于GPS的第1939周。

周积秒：从星期日0时0分0秒起算。例如星期一8h30min56sec，周积秒是117056秒。

北斗周​

从2006年1月1日0时起算。例如2017年3月6日属于北斗的第583周。

周积秒：从星期日0时0分0秒起算。例如星期一8h30min56sec，周积秒是117056秒。

重点​

  1. 名词解释：历元，时间基准，世界时系统，恒星时，平太阳时，世界时，UT1，UT2，地方时，北京时间，原子时，国际原子时TAI，协调世界时UTC，闰秒（跳秒），GNSS时，儒略日

  2. 一个可观测的周期运动，符合什么要求就可以作为时间的基准？

  3. 在GNSS卫星定位中，时间系统的重要意义表现在哪些方面？

  4. 为什么要跳秒？怎么设置跳秒？

  5. GPST和BDT是如何定义的？

  6. 将北京时间2011年10月25日14时20分48秒转换成GPS时间。

  7. 将2019年9月10日转换成儒略日。