时间系统ppt课件

空间大地测量学空间大地测量学第二章、时间系统第二章、时间系统1 空间大地测量学1第二章第二章 时间系统时间系统2.1、相关预备知识、相关预备知识2.2、恒星时和太阳时、恒星时和太阳时2.3、历书时、历书时2.4、原子时、原子时2.5、原子钟、原子钟2.6、脉冲星时、脉冲星时2.7、相对论框架下的时间系统、相对论框架下的时间系统2.8、时间传递、时间传递2.9、空间大地测量中的常用计时方法、空间大地测量中的常用计时方法2第二章 时间系统2.1、相关预备知识22.1 相关的预备知识相关的预备知识时间是一个非常重要的物理量，例如：n GPS卫星以3.9 KM/S左右的速度围绕地球高速运动。当我们要求观测瞬间的卫星位置误差1CM时，所给出的观测时刻的误差应2.610-6秒。n 用测距码进行伪距观测时，若要求该距离的误差0.1米，则信号传播时间的测量误差应310-10秒。2.1.1 有关时间的一些基本概念有关时间的一些基本概念32.1 相关的预备知识时间是一个非常重要的物理量，例如：2.2.1 相关的预备知识相关的预备知识n 时间包含了两种概念，时间间隔和时刻。n 时间间隔是指事物运动处于两个(瞬间)状态之间所经历的时间过程，它描述了事物运动在时间上的连续状况。n 时刻是指发生在某一现象的时间。n 时间系统规定了时间测量的标准，包括时刻的参考基准和时间间隔的尺度基准。n 时间系统框架通过守时、授时和时间频率测量比对技术在某一区域或全球范围内来实现和维持统一的时间系统。2.1.1 有关时间的一些基本概念有关时间的一些基本概念2.1 相关的预备知识相关的预备知识2.1.1 有关时间的一些基本概念有关时间的一些基本概念42.1 相关的预备知识 时间包含了两种概念，时间间隔和时刻。1.时间基准时间测量所需要的公共标准：时间的起算基准时间的起算基准和尺度基准一起决定事件发生的时刻时间的尺度基准尺度基准决定两事件之间的时间间隔，也就是决定时段2.1.1 有关时间的一些基本概念有关时间的一些基本概念51.时间基准2.1.1 有关时间的一些基本概念51.时间基准时间基准的条件某种运动可作时间基准的条件运动是连续、周期性的运动周期充分稳定运动周期必须具有复现性沙漏游丝摆轮的摆动石英晶体的振荡原子谐波振荡2.1.1 有关时间的一些基本概念有关时间的一些基本概念61.时间基准2.1.1 有关时间的一些基本概念61.时间基准n主要时间基准及其依赖的运动:q地球自转-是建立世界时的时间基准，其稳定度为110-8（UT2）2.1.1 有关时间的一些基本概念有关时间的一些基本概念71.时间基准2.1.1 有关时间的一些基本概念71.时间基准n主要时间基准及其依赖的运动:q行星绕太阳的公转运动（开普勒运动）-建立历书时的时间基准，其稳定度为110-102.1.1 有关时间的一些基本概念有关时间的一些基本概念81.时间基准2.1.1 有关时间的一些基本概念81.时间基准n主要时间基准及其依赖的运动:q原子谐波振荡-建立原子时的时间基准，其稳定度为110-10。2.1.1 有关时间的一些基本概念有关时间的一些基本概念91.时间基准2.1.1 有关时间的一些基本概念92.守时系统n定义q被用来建立和维持时间频率基准，确定任一时刻的时间的系统（时钟）。n方法q通过时间频率测量和比对技术来评价和维持该系统的不同时钟的稳定度和准确度，并据此给与不同的权重，以便用多台钟来共同建立和维持时间系统的框架。2.1.1 有关时间的一些基本概念有关时间的一些基本概念102.守时系统2.1.1 有关时间的一些基本概念103.授时n过程q通过授时设施向用户传递准确的时间信息和频率信息。n服务用户q不同用户有着不同的精度和方便程度需要，为此建立了不同的传递精度、和不同方便程度授时方法，满足他们需求：n电话、网络、无线电、专用长波和短波电台，电视、卫星等n授时单位和机构 q国际计量局(BIPM)的时间部(提供国际原子时和协议世界时)；q美国海军天文台(提供GPS时)；q我国时间服务由国家授时中心(NTSC)提供；2.1.1 有关时间的一些基本概念有关时间的一些基本概念113.授时2.1.1 有关时间的一些基本概念11yZXrM2.1.2 天球的基本概念天球的基本概念 天球是为了研究天体视位置和视运动而引进的一个假想的天球，其定义为以任一点为球心，以无穷大为半径所做的球体。12yZXrM2.1.2 天球的基本概念 天球是为了研究天（1）天轴和天极q过天球中心并平行于地球自转轴的直线称为天轴；天轴与天球的交点称为天极，其中：n北天极PNn南天极PS。（2）天球赤道面及天球赤道q通过天球中心M作一个与天轴垂直的平面，该平面称为天球赤道面。q天球赤道面与天球的交线称为天球赤道。PNrMPS天球赤道2.1.2 天球的基本概念天球的基本概念13（1）天轴和天极PNrMPS天球2.1.2 天球的基本概念1（3）天顶和天底q过测站点的铅垂线向上方延伸与天球的交点称为该点的(天文)天顶。q向下方延伸与天球的交点称为该点的(天文)天底。（4）天球子午面与子午圈q通过天轴及某点的天顶所做的平面称为天球子午面。q天球子午面与天球的交线称为天球子午圈。rMPNPS天球赤道天球子午圈2.1.2 天球的基本概念天球的基本概念14（3）天顶和天底rMPNPS天球赤道天球子午圈2.1.2 天（5）时圈q通过天轴的平面与天球相交而形成的半个大圆称为时圈。（6）黄道q地球绕日公转的轨道平面与天球的交线称为黄道。q在地球上观测太阳时，太阳在黄道上进行视运动。q黄道平面与赤道平面的夹角称为黄赤交角，大约为23.5。MPNPS天球赤道天球子午圈黄道N S2.1.2 天球的基本概念天球的基本概念15（5）时圈MPNPS天球天球黄道N S2.1.2 天球（7）黄极q过天球中心作垂直于黄道平面的垂线，该垂线与天球的交点称为黄极。（8）春分点q黄道和赤道的交点称为春分点和秋分点。q其中太阳从天球南半球穿越赤道进入北半球时的交点称为春分点。春分点、北天极，以及天球赤道等是建立天球坐标系中重要的基准点和基准面。MPNPS春分点秋分点天球子午圈黄道N S天球赤道2.1.2 天球的基本概念天球的基本概念16（7）黄极MPNPS春分点天球黄道N S天球2.1.n 地球自转是一种连续性的周期性运动。n 早期由于受观测精度和计时工具的限制，人们认为这种自转是均匀的，所以被选作时间基准。n 恒星时和太阳时都是以地球自转作为时间基准的，其主要差异在于量测自转时所选取的参考点不同。2.2 恒星时和太阳时恒星时和太阳时17 地球自转是一种连续性的周期性运动。2.2 恒星时和太阳时1n 恒星时是以春分点作为参考点的。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而获得恒星系统中的“小时”、“分”和“秒”。n 由于章动的影响，地球自转轴在空间的方向是不断变化的，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。n 真恒星时也即真春分点的地方时角记为LAST，平恒星时也即平春分点的地方时角记为LMST，这两者只差即为真春分点和平春分点之差，为黄经章动，为黄赤交角。2.2 恒星时和太阳时恒星时和太阳时2.2.1 恒星时（恒星时（Sidereal Time,STSidereal Time,ST）2.2 恒星时和太阳时恒星时和太阳时2.2.1 恒星时（恒星时（Sidereal Time,STSidereal Time,ST）18 恒星时是以春分点作为参考点的。春分点连续两次经过地方上子1.真太阳时 真太阳时是以太阳中心作为参考点的，太阳中心连续两次经过某地的上子午圈的时间间隔称为一个真太阳日；再均匀分割为小时、分和秒。由于地球围绕太阳的公转轨道为一椭圆，其运动角速度是不相同的，再加上地球公转是位于黄道平面，而时角是在赤道平面量度这一因素，故真太阳时的长度是不相同的。2.2 恒星时和太阳时恒星时和太阳时2.2.2 太阳时（太阳时（Solar Time,Solar Time,STST）191.真太阳时2.2 恒星时和太阳时2.2.2 太阳时（Sol2.平太阳时 用一个假太阳来代替真太阳。这个假太阳也和真太阳一样在做周年视运动，但有两点不同：u 其周年视运动轨迹位于赤道平面而不是黄道平面；u 它在赤道上的运动角速度是恒定的，等于真太阳的平均角速度。我们称这个假太阳为平太阳；以地球自转为基础，以上述的平太阳中心作为参考点而建立起来的时间系统称为平太阳时。2.2.2 太阳时（太阳时（Solar Time,Solar Time,STST）202.平太阳时2.2.2 太阳时（Solar Time,ST2.2.2 太阳时（太阳时（Solar Time,Solar Time,STST）2.平太阳时n 由于平太阳是一个假想的看不见的东西，所以可以通过直接观测真太阳然后再根据真太阳和平太阳之间的关系将真太阳时化为平太阳时，但精度不高。n 也可以通过观测恒星，然后化算为平太阳时。n真太阳时 与平太阳时 之差称为 ，即其值 可以从天文年历中查取。一年中，其数值在-14m24s至+16m21s间变化 212.2.2 太阳时（Solar Time,ST）2.平太阳4.世界时民用时是一种地方时。同一瞬间，位于不同经线上的民用时是不同的。1884年在华盛顿召开的国际子午线会议决定,将全球分为24个标准时区。从格林尼治零子午线起，向东西各7.5为0时区，然后向东每隔150为一个时区，分别记为1、2、3、23时区。在同一时区统一采用该时区中央子午线的地方民用时，称为区时。2.2.2 太阳时（太阳时（Solar Time,Solar Time,STST）4.世界时民用时是一种地方时。同一瞬间，位于不同经线上的民用时是不同的。1884年在华盛顿召开的国际子午线会议决定,将全球分为24个标准时区。从格林尼治零子午线起，向东西各7.5为0时区，然后向东每隔150为一个时区，分别记为1、2、3、23时区。在同一时区统一采用该时区中央子午线的地方民用时，称为区时。2.2.2 太阳时（太阳时（Solar Time,Solar Time,STST）224.世界时2.2.2 太阳时（Solar Time,ST）yZX4.世界时n格林尼治零子午线处的民用时(即零时区的区时)称为世界时。随着科学技术的发展，人们发现：u地球自转轴在地球内部的位置是在变化的，即存在极移现象；u地球自转的速度也是不均匀的。它不仅包含长期减缓的趋势，而且还会有一些短周期的变化和季节性的变化，情况比较复杂。2.2.2 太阳时（太阳时（Solar Time,Solar Time,STST）23yZX4.世界时2.2.2 太阳时（Solar Time,2.2.2 太阳时（太阳时（Solar Time,Solar Time,STST）4.世界时n为了弥补上述缺陷，从1956年起，便在世界时UT中加入极移改正 和地球自转速度的季节性改正 。由此得到的世界时分别称为UT1和UT2。式中，、分别为天文经度和天文纬度。是以贝塞尔年为单位的日期，；为儒略日。242.2.2 太阳时（Solar Time,ST）4.世界时4.世界时n在UT2中含有地球自转速度的长周期的变化项和不规则的变化项，所以它仍不是一个严格的均匀的时间系统。由于世界时与太阳时保持密切的联系，因而在天文学和人们的日常生活中被广泛采用。但是这种时间系统在很多高科技高精度的应用领域无法使用。2.2.2 太阳时（太阳时（Solar Time,Solar Time,STST）254.世界时2.2.2 太阳时（Solar Time,ST）n定义q为了避免世界时的不均匀性，1960年起引入了一种以地球绕日公转周期为基础的均匀时间系统，称为历书时。历书时是一种以牛顿天体力学定律来确定的均匀时间，并成为牛顿时。n历书时的秒长q为1980年1月0.5日所对应的回归年长度的1/31556925.9747(地球绕日公转时两次通过春分点的时间间隔为1回归年)。n历书时的起点定义q以1900年初太阳的平黄经为的瞬间即1900年1月0日世界时12h作为历书时1900年1月0日12h。n历书时的测量q将观测得到的天体位置与用历书时计算得到的天体历表比较，就能内插出观测瞬间的历书时。2.3 历书时（历书时（Ephemeris Time,ET）26定义2.3 历书时（Ephemeris Time,ET）2n缺陷q太阳、月球、行星历表中的位置与一些天文常数有关。若修改这些天文常数进行，将导致历书时的不连续；q由于月球的视面积很大，边缘又很不规则，很难精确找准其中心的位置，所以求得的历书时比理论精度要差的多；q要经过较长时间的观测和数据处理才能得到准确的时间；q由于星表本身的误差，同一瞬间观测月球与观测行星得出的历书时ET可能不相同。n现状q1967年国际计量会议决定用原子时的秒长作为时间计量的基本单位；q1976年国际天文协会又决定从1984年起在计算天体位置，编制星历时用力学时取代历书时。2.3 历书时（历书时（Ephemeris Time,ET）27缺陷2.3 历书时（Ephemeris Time,ET）21.原子时的定义 概念生产力的发展，科技水平的提高，要求高准确度和稳定度的时间系统。原子能级跃迁时，会发射或吸收电磁波；电子波频率很稳定，以上现象很容易复现，所以原子可以作为很好的时间基准。20世纪50年代建立了以物质内部原子运动为基础的原子时。秒长 铯133元子基态，在两个超精细的能级间跃迁辐射振荡9192631770周所持取得时间为一个原子秒。起点原子时的起算历元1958年1月1日0h,其值与UT2相同。事实上(AT-UT2)1958.0=-0.0039s2.4 原子时（原子时（Atomic Time,AT）281.原子时的定义2.4 原子时（Atomic Time,A2.国际原子时(Temps Atomigue InternationalTAI)原子时是由原子钟来确定和维持的。但由于电子元器件及外部运行环境的差异，同一瞬间每台原子钟所给出的时间并不严格相同。为了避免混乱，有必要建立一种更为可靠、更为均匀、能被世界各国所共同接受的统一的时间系统国际原子时TAI。TAI是1971年由国际时间局建立的。目前，依据全球58个时间实验室(截止2006年12月)中大约240台自由运转的原子钟所给出的数据，采用ALGOS算法将得到自由原子时EAL，再经时间频率基准钟进行频率修正后求得的；2.4 原子时（原子时（Atomic Time,AT）292.国际原子时(Temps Atomigue Interna3.协调世界时(UTC：Universal Time Coordinated)稳定性和复现性都很好的原子时能满足高精确度时间间隔测量的要求，但有不少领域，如天文导航、大地天文学等又与地球自转有密切关系，离不开世界时。为同时兼顾上述用户的要求，国际无线电科学协会于20世纪60年代建立了协调世界时UTC。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UT间的时刻差规定需要保持在0.9秒以内，否则将采取闰秒的方式进行调整。2.4 原子时（原子时（Atomic Time,AT）303.协调世界时(UTC：Universal Time Coo2.4 原子时（原子时（Atomic Time,AT）*IERSBULLETIN-A *Rapid Service/Prediction of Earth Orientation *30 August 2007 Vol.XX No.035GENERAL INFORMATION:To receive this information electronically,contact:ser7maia.usno.navy.mil or use MJD=Julian Date-2 400 000.5 daysUT2-UT1=0.022 sin(2*pi*T)-0.012 cos(2*pi*T)-0.006 sin(4*pi*T)+0.007 cos(4*pi*T)Where pi=3.14159265and T is the date in Besselian years.TT=TAI+32.184 secondsDUT1=(UT1-UTC)transmitted with time signals =-0.2 seconds beginning 14 June 2007 at 0000 UTCBeginning 1 January 2006:TAI-UTC(BIPM)=33.000 000 secondsThe contributed observations used in the preparation of this Bulletin are available at.The contributed analysis results are based on data from Very Long Baseline Interferometry(VLBI)，Satellite Laser Ranging(SLR)，the Global Positioning System(GPS)Satellites，Lunar Laser Ranging(SLR)，and Meteorological predictions of variations in Atmospheric Angular Momentum(AAM).COMBINED EARTH ORENTATION PARAMETERS:IERS Rapid ServiceMJDxerroryerrorUT1-UTCserrors7 8 24 54336.20660.00009.27735.00009-.162636.0000137 8 25 54337.20470.00009.27498.00010-.162186.0000127 8 26 54338.20298.00009.27257.00010-.161904.0000157 8 27 54339.20179.00009.27040.00010-.161906.0000137 8 28 54340.20091.00009.26860.00010-.162235.0000137 8 29 54341.20007.00009.26701.00009-.162853.0000487 8 30 54342.19941.00009.26548.00010-.163724.000057IERS所给出的地球定向参数所给出的地球定向参数312.4 原子时（Atomic Time,AT）*4.GPS时n GPS时是全球定位系统GPS使用的一种时间系统。它是由GPS的地面站和GPS卫星中的建立和维持的一种原子时。其起点为1980年1月6日0h00m00s。在起始时刻GPS时与UTC对齐。国际上有专门单位在测定并公布C0值。2.4 原子时（原子时（Atomic Time,AT）324.GPS时2.4 原子时（Atomic Time,AT）5.GLONASS时nGLONASS为满足导航和定位的需要也建立了自己的时间系统。我们将其称为GLONASS时。nGLONASS时也存在跳秒，且与UTC保持一致。它们之间有下列关系：n全球的时间中心和时间实验室都可用自己的原子钟来建立和维持一个“局部”UTC。如由美国海军天文台USNO所建立的和维持的UTC记为UTC(USNO)。而由BIPM建立和维持的全球统一的UTC则无需括号说明。2.4 原子时（原子时（Atomic Time,AT）Date20070h UTCMJDC0/nsN0C1/nsN1JUN 2854279-5.247-825.976JUN 2954280-5.645-828.673JUN 3054281-8.246-836.371JUL 154282-7.844-834.783JUL 254283-5.846-819.178JUL 354284-3.445-826.780JUL 454285-3.646-838.872UTC(TAI)UTC(TAI)与与GPSGPS时、时、GLONASSGLONASS时之差时之差335.GLONASS时2.4 原子时（Atomic Time,n概念根据原子在能级跃迁时所产生或吸收的电磁波的固有而稳定的频率所制作的时钟称为原子钟。n组成通常由原子频标、石英晶体振荡器及伺服电路等部件组成。2.5 原子钟原子钟34概念2.5 原子钟342.5 原子钟原子钟2.5.1 发展历史n 1945年美国哥伦比亚大学的物理学家教授塞多拉比(Sador Rabi)提出利用原子磁共振技术可以制造高精度的时钟。n 1949年美国国家标准局NBS生产了世界上第一台用氨分子作为振荡源的原子钟。n 1952年它又研制出以铯原子作为振荡源的铯原子钟NBS1。n 1955年英国国家物理实验室NPL研制出第一台长束(longbeam)铯原子钟，英国皇家格林尼治天文台用它来维持时间。n 此后NPL又与美国海军天文台合作来测定在历书时1秒钟铯原子跃迁的振荡次数，频率为9 192 631 770Hz。国际计量协会正是根据这一结果来定义国际制秒长的。n 与此同时National Company开始研制世界上第一台商品化的铯原子钟，这台钟于1956年完成，到1960年该公司共售出约50台原子钟得到了广泛的应用。2.5 原子钟原子钟2.5.1 发展历史352.5 原子钟2.5.1 发展历史 1945年美国哥伦比亚大2.5 原子钟原子钟2.5.1 发展历史 最近几十年来随着半导体激光技术、原子的激光冷却与囚禁技术、离子囚禁技术、相干布居囚禁理论、锁模飞秒脉冲技术(简称飞秒光梳)、原子的光晶格囚禁理论和技术、超稳窄线宽激光技术等新理论和新技术的应用,使原子钟处于飞速发展的阶段。原子钟的性能指标被不断刷新，精度平均每10年提高一个数量级。目前精度最好的铯原子喷泉钟的准确度已达(45)10-16。原子钟已成为国家战略资源，在相当大的程度上反映了一个国家的科学技术水平。2.5 原子钟原子钟2.5.1 发展历史362.5 原子钟2.5.1 发展历史 最近几十年来随着半2.5 原子钟原子钟2.5.2 原子钟的基本工作原理1.铯原子钟的工作原理探测器铯原子输出信号反馈线路AB磁铁电炉磁铁晶体振荡器磁铁磁铁2.铷原子钟和氢原子钟的工作原理2.5 原子钟原子钟2.5.2 原子钟的基本工作原理372.5 原子钟2.5.2 原子钟的基本工作原理1.铯原子钟的1.基准型原子钟n基准型原子钟是在实验室环境中运行的(对运行的外部条件有很高要求的)具有自我评价能力的最高精度的时间频率标准。n目前在全球已有15台正在运行或正在研制的冷原子喷泉钟。n巴黎天文台的三台喷泉钟和美国标准与技术研究院研制的喷泉钟的精度和日稳定度都已进入10-16量级。n中国计量科学研究院研制的铯原子喷泉钟，在2003年鉴定时的准确度为8.510-15。经改进后目前的精度已达到5.010-15。2.5 原子钟原子钟2.5.3 原子钟的分类2.5 原子钟原子钟2.5.3 原子钟的分类381.基准型原子钟2.5 原子钟2.5.3 原子钟的分类2.52.5 原子钟原子钟2.5.3 原子钟的分类2.应用型原子钟1）守时型原子钟守时型原子钟是一种在实验室环境下运行的、能长期连续运行的稳定可靠的频标，用于时间记录和保持。2）星载原子钟目前星载原子钟的数量已达400多台。2.5 原子钟原子钟2.5.3 原子钟的分类392.5 原子钟2.5.3 原子钟的分类2.应用型原子钟2.51.铯原子喷泉钟2.离子阱原子钟3.光钟2007年巴黎天文台和美国的JILA的锶光钟的准确度也达到了(23)10-15。虽然目前的精度仍比不上高精度的铯原子喷泉钟，但改进的空间还很大，预计其稳定度会比喷泉钟要好。2.5 原子钟原子钟2.5.4 原子钟的发展现状及趋势401.铯原子喷泉钟2.5 原子钟2.5.4 原子钟的发展现状及是一种快速自转的中子星；恒星演化到晚期，原子中的电子被压缩到原子核中与质子生成中子，这种星称为中子星。直径一般只有1020km，是宇宙中最小的恒星质量和太阳等恒星相仿。脉冲星具有的极端的物理环境：中心密度可达1015g/cm3表面温度可达1亿度中心温度则高达600亿度中心压力可达1028个大气压磁场强度达108T以上2.6 脉冲星时脉冲星时2.6.1 脉冲星2.6 脉冲星时脉冲星时2.6.1 脉冲星41是一种快速自转的中子星；2.6 脉冲星时2.6.1 脉冲星22.6 脉冲星时脉冲星时2.6.1 脉冲星在这种难以想象的极端物理条件下，星体将产生极强的电磁波，其平均辐射能量为太阳的100万倍。中子星的自转轴与磁轴一般并不一致，随着中子星的自转，这些辐射束也将在空间旋转。中子星自转周期从数毫秒至数秒不等。毫秒脉冲星的自转周期非常稳定，自转周期变化率可小于10-20 s/s。这些脉冲星可成为自然界中最好的时钟。2.6 脉冲星时脉冲星时2.6.1 脉冲星422.6 脉冲星时2.6.1 脉冲星在这种难以想象的极端物理条2.6 脉冲星时脉冲星时2.6.2 脉冲星时 脉冲星只是自然界中一种具有非常稳定的自转周期的天体。要利用它们的自转周期作为时间基准进而来建立一种可供实用的高精度的时间系统，还有许多基础性的工作要做。1.继续寻找脉冲星2.广泛开展长期的高精度的TOA计时测量n 脉冲信号到达时间的测定精度已达n 只有在广泛开展高精度的长时间的TOA测量的基础上，我们才有可能建立各脉冲星的钟模型：2.6 脉冲星时脉冲星时2.6.2 脉冲星时432.6 脉冲星时2.6.2 脉冲星时 脉冲星只是自然界2.6 脉冲星时脉冲星时2.6.2 脉冲星时3.制定统一规定，协调各国工作，为建立统一的脉冲星时创造条件n 目前国际计量局BIPM和美国海军天文台USNO正在开展这一工作。预计在未来5年内，利用全球的脉冲星计时观测阵列的资料，有望建立一个由10个左右的脉冲星所组成的综合脉冲星时间基准。为提高原子时的精度和行星历表的精度以及引力波的探测研究等创造良好的条件。n我国也开展了脉冲星观测和理论研究工作。在贵州山区建造口径为500m的射电望远镜(FAST)必将大大增强我国巡天观测脉冲星的能力。脉冲星的计时观测精度有望提高到442.6 脉冲星时2.6.2 脉冲星时3.制定统一规定，协调各2.7 相对论框架下的时间系统相对论框架下的时间系统n 牛顿力学认为时间 是与空间的位置与能量无关的一个独立变量。n 随着观测技术和计时精度的不断改善，这种经典理论与观测结果之间的矛盾就开始显现。n 1976年第16届IAU大会作出决议，正式在天文学领域中引进了相对论时间尺度，给出了地球动力学时TDT和太阳系之心动力学时TDB的具体定义。n 1991年召开的第21届IAU大会上又决定将地球动力学时TDT改称为地球时TT，并引入了地心坐标时TCG和太阳系质心坐标时TCB。452.7 相对论框架下的时间系统 牛顿力学认为时间 是与空间的2.7 相对论框架下的时间系统相对论框架下的时间系统1.相对论框架下几种时间系统的定义（1）地球动力学时(Temps Dynamigue Terrestre，TDT)地球动力学时是用于解算围绕地球质心旋转的天体(如人造卫星)的运动方程，编算其星历时所用的一种时间系统。地球动力学时TDT与国际原子时TAI间有下列关系：。目前计算卫星位置、编制卫星星历时所用的时间都采用地球时TT。（2）太阳系质心动力学时(Temps Dynamigue BarycentrigueTDB)太阳系质心动力学时有时也被简称为质心动力学时。这是一种用以解算坐标原点位于太阳系质心的运动方程(如行星运动方程)并编制其星表时所用的时间系统。（3）地心坐标时(Temps Coordinate GeocentrigueTCG)地心坐标时是原点位于地心的天球坐标系中所使用的第四维坐标时间坐标。它是把TDT从大地水准面上通过相对论转换到地心时的类时变量。（4）质心坐标时(Temps Coordinate BarycentrigueTCB)质心坐标时TCB是太阳系质心天球坐标系中的第四维坐标。462.7 相对论框架下的时间系统1.相对论框架下几种时间系统的2.8 时间传递时间传递 时间传递的方法和手段很多，不同方法的传递精度、方便程度、所需付出的代价及应用的范围各不相同。2.8.1 短波无线电时号n 频率一般为3MHZ30MHZ。n 比对方法有耳目法、停表法、电子计数器法和时号示波器法。n 若经时间比对后侧的本地钟的秒信号与接收到的秒信号间的时间差为e，则本地钟的钟差u可用下式计算：为时号超前发射的时间，是一个已知的规定值；为无线电信号的传播时间，由信号在无线电发射机中的时间延迟 、信号在无线电接收机中的时间延迟 及信号在空间的传播时间 三部分组成。可用下式计算：472.8 时间传递 时间传递的方法和手段很多，不同方法的2.8 时间传递时间传递2.8.1 短波无线电时号根据传播距离的不同，D可分别按下列方法来计算：（1）传播距离在10002000km之间 可将地球视为圆球，用球面公式来解算两地之间的球面距离式中 为地球半径，为发射机的地理经纬度，为接收机的地理经纬度。为无线电信号在大气层中的传播速度，其经验值为28.5万KM/s。（2）距离大于2000km 按椭球面上的大地线长度公式来计算距离2.8 时间传递时间传递2.8.1 短波无线电时号482.8 时间传递2.8.1 短波无线电时号根据传播距离的不同2.8 时间传递时间传递2.8.1 短波无线电时号（3）距离小于1000km D=2L我国的国家授时中心NTSC也在发波短波信号BPM。发射台位于山西省蒲城，发射频率为2.5MHZ、5.0 MHZ、10 MHZ、15 MHZ，交替在全天发播。2.8 时间传递时间传递2.8.1 短波无线电时号492.8 时间传递2.8.1 短波无线电时号（3）距离小于102.8 时间传递时间传递2.8.2 长波无线电时号n 主要以地面波的形式传播，具有衰减小、传输稳定的优点，但传播距离较短。其精度可达1us或更好。n 如果将长波发射台组成一个台链，则可进行地基无线电导航。其中最有代表性的是罗兰C系统。n 导航台链通常是有一个主台和两个以上的副台组成的。主台和副台均按事先规定的时延依次用同一频率发射信号。流动用户只需用接收机测定这些信号到达的时间差后，即可根据发射台的已知站坐标用距离差交会(双曲交会)的方法来测定自己的位置，精度一般可达0.20.5海里。n 80年代后期，我国又先后在南海、东海等沿海地区建立了长波导航台链，既可用于导航也可以承担长波授时服务。2.8 时间传递时间传递2.8.2 长波无线电时号2.8 时间传递时间传递2.8.2 长波无线电时号502.8 时间传递2.8.2 长波无线电时号 主要以地面波的形有源比对n在电视信号的空白段插入时间信号编码。用户接收信号并经译码和比对后即可确定本地钟的钟差。n20世纪80年代，NTSC和中国计量科学研究院共同制定了有源电视比对的法规。在电视垂直消隐期间的空行中插入时频信号，并在中央1、2、4套节目中发播。n时间比对方法：q独立定时法：授时精度约为0.1ms；q共视法：用户在UTC时间0h或12h进行卫星电视时刻比对后，再根据“时间频率公报”上提供的数据进行改正，精度为0.1s 2.8 时间传递时间传递2.8.3 电视比对2.8 时间传递时间传递2.8.3 电视比对51有源比对2.8 时间传递2.8.3 电视比对2.8 时间传递无源比对q直接采用电视信号中的某一行同步脉冲来进行时间比对。q由于该行信号是直接由电视台提供的，精度较差，故时间服务部门还需对该行信号进行监测，求得其误差改正数并提供给用户进行修正。q我国选用第6行的同步脉冲来进行时间比对。经多次取平均后，无源比对的精度可达1s。2.8 时间传递时间传递2.8.3 电视比对2.8 时间传递时间传递2.8.3 电视比对52无源比对2.8 时间传递2.8.3 电视比对2.8 时间传递 将便携式原子钟搬运至A地与钟A进行比对，然后再将其搬运至B地与钟B进行比对，从而求出A、B两台钟之间的相对钟差的方法称为搬运钟法。为了提高精度，一般遵照下述原则进行时间比对：尽可能缩短两次比对间的时间间隔，因而搬运工作一般均用飞机来完成，也称为飞行钟比对法。在搬运工程中便携式原子钟应处于较好的外界环境中。采用往返测的方法对搬运钟本身的误差进行改正。工作量大，费时耗钱，一般仅用于高精度原子钟间的时间比对。2.8 时间传递时间传递2.8.4 搬运钟法2.8 时间传递时间传递2.8.4 搬运钟法53 将便携式原子钟搬运至A地与钟A进行比对，然后再将其搬运至B提出自20世纪中叶以来，利用卫星进行长距离高精度的时间比对技术迅速发展，得到了广泛的应用，成为一个重要的卫星应用领域，利用卫星进行时间比对可分下列两种方法：卫星中继法利用卫星导航定位系统进行精密授时和时间比对2.8 时间传递时间传递2.8.5 利用卫星进行时间比对2.8 时间传递时间传递2.8.5 利用卫星进行时间比对54提出2.8 时间传递2.8.5 利用卫星进行时间比对2.8 1.卫星中继法n 卫星上无需配备原子钟，只转发来自地面站的时间信号。n 单向中继法通过电视直播卫星来传递时间信号的。其原理与电视无源比对法相同。由于受到用户和卫星的坐标误差，大气传播误差及中继时间延迟等因素的影响，故精度不是很高，一般为 20s左右。2.8 时间传递时间传递2.8.5 利用卫星进行时间比对2.8 时间传递时间传递2.8.5 利用卫星进行时间比对551.卫星中继法2.8 时间传递2.8.5 利用卫星进行时间比1.卫星中继法双向中继法A、B两站都通过卫星独立地向对方发射时间信号。两站均把本地钟的秒信号作为计数器的开门信号，把接收到的来自于对方的经卫星转发的信号作为计数器的关门信号，分别测得时间差eA和eB。由于双方所受到的时间传播延迟误差的大小相同、符号相反，故用户和卫星的坐标误差、大气延迟误差（对流层延迟，电离层延迟等），以及卫星的中继时延等误差均可消去，故时间比对精度可大幅提高，一般可优于10 ns。2.8 时间传递时间传递2.8.5 利用卫星进行时间比对2.8 时间传递时间传递2.8.5 利用卫星进行时间比对561.卫星中继法2.8 时间传递2.8.5 利用卫星进行时间比2.利用卫星导航定位系统进行精密授时和时间比对n 20世纪50年代后，各种卫星导航定位系统相继建立，如Transit、GPS、GLONASS等。单向观测法u授时精度受各种误差的影响。以GPS为例，在无SA的情况下，授时精度一般只能达到1040 ns左右;共视法u由于卫星星历误差和卫星钟差可得以消除，大气传播误差也能大幅消弱，因而精度可大幅提高。u以GPS为例，比对时其精度可达几个ns或更好。激光测卫法进行星钟检测的精度可达100 ps，进行远距离时间比对的精度可达20 ps，比其它方法的精度要高12个数量级。2.8 时间传递时间传递2.8.5 利用卫星进行时间比对2.8 时间传递时间传递2.8.5 利用卫星进行时间比对572.利用卫星导航定位系统进行精密授时和时间比对2.8 时间传NTSC通过专用电话时码服务，计算机加调制解调器的方式和语言授时服务 采用电话时码服务（02983890342），用户通过NTSC的电话时码接收机即可自行获得标准的北京时的显示和输出。u工作可靠，成本低廉，可满足中等精度的用户的需求，为地震台网、水文监测、电力、通信、交通管理等行业提供服务;u精度优于1 ms。计算机加调制解调器方式可提供自动的计算机时间服务。电信号码为02983894117。u用户计算机通过调制解调器与电话线连接后，在指定网站(NTSC时间科普网络)中下载专用拨号授时软件NTSC Time，安装后即可拨打NTSC的服务专线，同步校正用户计算机的时钟;u精度优于0.1s。2.8 时间传递时间传递2.8.6 电话和计算机授时2.8 时间传递时间传递2.8.6 电话和计算机授时58NTSC通过专用电话时码服务，计算机加调制解调器的方式和语言n一种数字化的邮戳，由公正的第三方提供的为电子文件和电子交易所作的时间证明。以表明该文件或交易于某一时刻已存在，为用户提供可靠的时间确认和验证服务。n在数字签名、电子商务/政务、数字产品的专利和版权等方面有广泛应用。n详情可参阅NTSC的主页面(http:/)。2.8 时间传递时间传递2.8.7 网络时间戳服务（Time Stamp）59一种数字化的邮戳，由公正的第三方提供的为电子文件和电子交易所历法是规定年、月、日的长度以及它们之间的关系，制定时间序列的一套法则。由于地球绕日公转周期和月球绕地球公转的周期均不为整天数，而历法中规定的年和月的长度则只能为整天数，所以需要有一套合适的方法来加以编排。主要分为阳历（公历）以回归年为基本单位。阴阳历（农历）以朔望月计月，以回归年计年，二者兼顾。阴历（回历）以朔望月为基本单位2.9 空间大地测量中用到的一些长时间计空间大地测量中用到的一些长时间计时方法时方法2.9.1 历法(calendar)2.9 空间大地测量中用到的一些长时间计空间大地测量中用到的一些长时间计时方法时方法2.9.1 历法(calendar)60历法是规定年、月、日的长度以及它们之间的关系，制定时间序列的1.阳历（solar calendar）阳历并称公历，是以太阳周年视运动为依据而制定的。太阳中心连续两次通过春分点所经历的时间间隔为一个回归年，其长度为：其中t为从J2000.0起算的儒略世纪数，即：2009年1月1日所对应的回归年长度为365.24218913日2.9 空间大地测量中用到的一些长时间计空间大地测量中用到的一些长时间计时方法时方法2.9.1 历法(calendar)611.阳历（solar calendar）2.9 空间大地测量1.阳历（solar calendar）1）儒略历n儒略历是古罗马皇帝儒略恺撒在公元前46年指定的一种阳历。一年分为12个月。其中1、3、5、7、8、10、12月为大月，每月31日；4、6、9、11月为小月，每月30日；n2月在平年为28日，闰年为29日。n凡年份能被4整除的定为闰年，不能被4整除的年份为平年。n按照上述规定年平年长度为365日，闰年为366日，其平均长为365.25日。2）格里历n格里历又称公历，现被世界各国广泛采用。规定对世纪年而言只能被400整除的世纪年才算闰年，公历中每400年就要比儒略世纪中的400年少3天，平均每年的长度为365.2425日。2.9.1 历法(calendar)1.阳历（solar calendar）1）儒略历n儒略历是古罗马皇帝儒略恺撒在公元前46年指定的一种阳历。一年分为12个月。其中1、3、5、7、8、10、12月为大月，每月31日；4、6、9、11月为小月，每月30日；n2月在平年为28日，闰年为29日。n凡年份能被4整除的定为闰年，不能被4整除的年份为平年。n按照上述规定年平年长度为365日，闰年为366日，其平均长为365.25日。2）格里历n格里历又称公历，现被世界各国广泛采用。规定对世纪年而言只能被400整除的世纪年才算闰年，公历中每400年就要比儒略世纪中的400年少3天，平均每年的长度为365.2425日。2.9.1 历法(calendar)621.阳历（solar calendar）2.9.1 历法(c2）阴历(lunar calendar)阴历是根据月相的变化周期(朔望月)制定的一种历法。该历法规定单月为30日，双月为29日，每月平均为29.5日，与朔望月的长度29.53059日很接近。以新月始见为月首，12个月为一年，共354日。而12个朔望月的长度为354.36708日，比阴历年多出0.36708日。30年要多出11.0124日。每30年要设置11个闰年，规定第2、5、7、10、13、16、18、21、24、26、29年的12月底各加上一天，共355日。2.9.1 历法(calendar)632）阴历(lunar calendar)2.9.1 历法(c3）阴阳历（lunisolar calendar）阴阳历:一种兼顾阳历和阴历特点的历法阴阳历中的年以回归年为依据，而月则按朔望月为依据，大月为30日，小月为29日，平均每月为29.5日。每19年中有7个为闰年。闰年中增加一个月，称为闰月。我国长期使用阴阳历，1912年后又采用阳历，但阴阳历也未被废止，同时在民间被使用，称为农历。2.9.1 历法(calendar)643）阴阳历（lunisolar calendar）2.9.1.儒略日(Julian Day,JD)起点为公元前4713年1月1日12h(世界时平正午)，然后逐日累加。（1）据公历的年(Y)月(M)日(D)来计算对应的儒略日JD公式1：公式2：（2）据儒略日反求公历年、月、日 2.9.2 儒略日与简化儒略日651.儒略日(Julian Day,JD)2.9.2 儒略日2.简化儒略日（Modified Julian DayMJD）简化儒略日与儒略日之间的关系为：MJD是采用1858年11月17日平子夜作为计时起点的一种连续计时法。3.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日计为第一日。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。用它可方便地求出一年内两个时刻t1和t2间的时间间隔。2.9.2 儒略日与简化儒略日662.简化儒略日（Modified Julian DayMJ 第二章结束67 第二章结束67n9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。2024/6/17 2024/6/17 Monday,June 17,2024n10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2024/6/17 2024/6/17 2024/6/17 6/17/2024 6:43:04 PMn11、越是没有本领的就越加自命不凡。2024/6/17 2024/6/17 2024/6/17 Jun-2417-Jun-24n12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。2024/6/17 2024/6/17 2024/6/17 Monday,June 17,2024n13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。2024/6/17 2024/6/17 2024/6/17 2024/6/17 6/17/2024n14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。17 六月 20242024/6/17 2024/6/17 2024/6/17n15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。六月 242024/6/17 2024/6/17 2024/6/17 6/17/2024n16、业余生活要有意义，不要越轨。2024/6/17 2024/6/17 17 June 2024n17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。2024/6/17 2024/6/17 2024/6/17 2024/6/17Thank You.Thank You.You made my day!You made my day!-敢为天下先，勇争第一敢为天下先，勇争第一9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。2023/8/92