Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
147
Добавлен:
10.02.2016
Размер:
822.27 Кб
Скачать
  1. Системы атомного времени.

Международное атомное время TAIбыло введено в 1955 г. в качестве основного временного стандарта. До атомного времени наилучшим приближением к постоянному времени было эфемеридное время ЕТ, которое использовало наилучшую теорию вращения Земли для удаления всех известных изменений в скорости вращения. Использование эфемеридного времени продолжалось до 1984 г.

Атомная секунда определяется как 9192631770 колебаний невозмущённых переходов между двумя энергетическими уровнями цезия 133. Это число было выбрано для того, чтобы приблизить величину фундаментальной единицы времени в Международной системе научных единиц SIк средней секунде астрономического времени. ВремяTAIвычисляется их группы более чем 50 лабораторий научных центров разных стран. Шкала времениTAIбыла совмещена со шкалой времениUT1 1 января 1958 г.

Связь между атомным временем TAIи всемирным временемUT1 производится через разностьUT1 –TAI, либо через всемирное координированное времяUTС, для которого также сообщается разность шкалUT1 –UTС.

Время UTС по своей природе является атомным. Оно используется для передачи сигналов точного времени. Но величина разностиUT1 –UTС по определению времениUTС не должна быть больше 0,9 с. В случае приближении её к этому значению шкалуUTС корректируют на 1 секунду. Поэтому шкалаUTС является ступенчато-равномерной.

Коррекция шкалы времени UTС на величину ±1 секунду производится Международным бюро мер и весов по рекомендации МСВЗ. Производится это, как правило, с периодичностью один раз в год в конце одного из кварталов и осуществляется одновременно всеми пользователями, воспроизводящими или использующими шкалуUTС. Предупреждение о моменте и величине коррекцииUTС заблаговременно ( не менее чем за три месяца) сообщается пользователям.

Следует различать шкалы атомного и всемирного времени поддерживаемые МСВЗ (TAIUTC), , Государственной службой времени и частоты РоссииTA(SU) и Морской обсерваторией СШАTA(US).

Разности некоторых шкал времени

  • TAI – TA(SU) = 2.8272 c,

  • TA(SU) – UTC = 26.1728 c (c 1.07.94),

  • TAI – UTS = 29.0000 c (c 1.07.94),

  1. Системы динамического времени.

Динамическое время независимой переменной в уравнениях движения тел в гравитационном поле в соответствии с общей теорией относительности (ОТО). Наиболее близкая инерциальная система отсчёта, к которой мы имеем доступ через ОТО, имеет начало в центре масс Солнечной системы (барицентре). Динамическое время, измеряемое в этой системе, называется Барицентрическим динамическим временем TDB. Часы, расположенные на Земле будут показывать периодические изменения до 1.6 мс по отношению кTDBиз-за движения Земли в гравитационном поле Солнца. ВремяTDBважно для РСДБ, где земные обсерватории записывают сигналы внегалактических источников. Для описания уравнений движения спутника Земли достаточно использоватьTDT, которое представляет единую временную шкалу для движения в гравитационном поле Земли. Оно имеет туже скорость ( по определению), что и атомные часы на Земле.

Время TDTбыло определено МАС в 1976 г как аналог Барицентрического динамического времени, измеряемого по часам на поверхности Земли. ВремяTDTпредназначено быть теоретически идеальным представлением международного атомного времениTAI. Впоследствии МАС решил, что названиеTDTбыло неточным, поскольку не соответствовало непосредственно какому-либо динамическому времени в теориях движения небесных тел в Солнечной системе. В 1991 г Международный астрономический союз переименовал времяTDTв земное время ТТ.

В соответствии с соглашениями МАС

где средняя аномалия Солнца,

а даётся в юлианских столетияхTDT.

Земное время ТТ является современной шкалой времени, заменившей вышедшее из употребления эфемеридное время. Земное время ТТ было введено МАС как координатное время согласующееся с теорией относительности для наблюдателя на поверхности Земли. Шкалы времени TDВ и ТТ определены так, что их неравномерность имеет периодический характер только из-за орбитального движения Земли по отношению к барицентру Солнечной системы. Когда Земля находится в перигелии (ближе к Солнцу), что происходит в январе, время ТТ идёт медленнее чемTDВ из за совместных эффектов специальной и общей теории относительности. В перигелии Земля движется быстрее, а также глубже погружается в гравитационное поле Солнца, и оба эти эффекта замедляют скорость движения часов на Земле. В афелии ( в июле) происходят противоположные события. Для большинства практических целей время ТТ можно вычислить по формуле:

с.

  1. Время при связи земных и небесных систем отсчёта.

Ориентация Земли определяется как разворот вращающегося геоцентрического набора осей OXYZ, связанных с Землёй (общеземная система, материализованная координатами станций наблюдений), и не вращающимся геоцентрическим набором осей, связанных с инерциальным пространствомOxTyTzT(небесная система, материализованная координатами звёзд, квазаров или объектов Солнечной системы). Общий путь для описания вращения Земли – задание матриц вращения между двумя системами. Если бы Земля вращалась с постоянной скоростью вокруг фиксированной оси (по отношению к коре Земли и к небесной системе), то изменения вращения Земли можно было бы описать через один параметр: угол поворота, линейно изменяющийся со временем, или шкалу времени, которую можно вывести из этого угла поворота. В действительности, ось вращения не зафиксирована ни по отношению к земной коре, ни по отношению к небесной системе, а скорость вращения Земли подвергается небольшим измерениям. Изменения скорости вращения Земли вызываются гравитационным воздействием Луны, Солнца, планет, а также перемещениями вещества в различных частях планеты и другими возбуждающими механизмами.

В принципе, ориентацию Земли можно описать через три независимые угла ( например, через углы Эйлера). Однако при классическом наблюдении вращения Земли рассматривают раздельно движение оси вращения в Земле и в пространстве. Для этого определяются пять параметров ориентировки Земли (ПОЗ):

  • Всемирное время UT1 как фаза поворота Земли; обычноUT1 представляется в виде разностиUT1-UTС.

  • Координаты полюса .

  • Параметры прецессии и нутации, задаваемые моделями МАС 1976 и 1980 г. или более поздними МАС 2000 г. и поправки к ним и, получаемые из наблюдений.

  • Эксцесс длительности суток LOD(как разность меду продолжительностью суток, определённой из астрономических наблюдений, и числом секунд в сутках) или модуль вращения Земли

Эти параметры относятся к небесному эфемеридному полюсу, который близок к полюсу вращения (смещения меньше 0,02″). Пространственное положение НЭП хорошо моделируется с точностью примерно до 0,001″). Однако прецессионно-нутационные компоненты не могут учитывать переменные компоненты от атмосферных, океанических процессов и процессов во внутренней Земле. Действительные отступления от модели наблюдаются с помощью РСДБ и лазерной локацией спутников. Наблюденные разности по отношению к положению условного небесного полюса, определяемого моделью, отслеживаются и сообщаются МСВЗ в виде двух смещений и.

Из-за близости НЭП к мгновенной оси вращения Земли он подходит для учёта угла поворота Земли в пространстве. МСВЗ обеспечивает не углом поворота Земли, а связанной с ним шкалой времени UT1, которая необходима когда требуется угол поворота, если бы Земля вращалась со средней постоянной скоростью (360˚/86164,09891s). Пользователи обеспечиваются таблицами расхождений со шкалами равномерного времениTAIиUTC:

или.

В научной литературе совокупность называется параметрами вращения Земли (ПВЗ).

Угловая скорость вращения Земли и эксцесс продолжительности суток связаны формулой:

где даётся в пикорадианах/с, аLOD– в миллисекундах.

Для преобразования координат вектора , полученного в произвольную эпохуtв некоторой общеземной системе, в среднюю небесную системуфундаментальной эпохи Т применяется формула:

Матрица служит для учёта колебаний полюса:

Матрицы учитывает разворот осей между земной и небесной системами координат на угол, равный Гринвичскому истинному времениS.

Матрицы исодержат параметры классической теории прецессии и нутации и задаются формулами:

.

При вычислении Гринвичского истинного звёздного времени S, необходимо учитывать неравномерность вращения Земли, а также прецессию и нутацию по прямому восхождению за интервал времениt–T. Для этого вначале находится среднее Гринвичское звёздное времяна начало эпохиt(моментUT1= 0h) по формуле:

,

а затем учитывается интервал среднего звёздного времени 0hUT1 до момента наблюдений по времениUT1:

где коэффициент перехода от всемирного (среднего солнечного) к звёздному времени:

Вводятся поправки за прецессию от начала суток и нутацию по прямому восхождению на эпоху t:

где средняя долгота восходящего узла орбиты,нутация по долготе.

  1. Время в радионавигационных системах.

Сигналы, передаваемые спутниками GPS, относятся к системе времениGPSTime(GPST). ВремяGPSTопределяется на основе измерений от набора цезиевых и рубидиевых стандартов частоты, находящихся на станциях слежения и на борту спутника. Нуль-пункт шкалы этого времени был совмещён со шкалой времениUTCв 1980 г. Но есть два важных различия междуGPSTиUTC. Во-первых,GPSTопределяется в реальном времени, во-вторых эта шкала непрерывного времени, в ней игнорируются скачки секунд. ВремяGPSTрегулируется таким образом, чтобы оставаться со временемUTCв пределах 1 мкс (без учёта скачков секунд). В действительности в последние годы времяGPSTподдерживается в пределах 1 нс отUTC. В результате, времяGPSTотличается отUTCна целое число секунд плюс микросекунды. Так на 1.01.2001GPST=UTC+ 13 с.

Эпоха времени GPSTопределяется через номер неделиGPSи номер секунды в неделе. Номер неделиGPSдаётся в навигационном сообщении по модулю1024, поскольку для него отводится 10 бит. Первый цикл из 1024 недель начался в полночь с субботы 5 января 1980 года , юлианская дата 2444244.500). Первый переход через ноль произошёл в полночь по времениGPST21/22 августа 1999 г. это событие названное сокращённоWNRO( отWeekNumberRollOver, то есть счётчик числа недель исчерпан), привело к тому, что некоторые старые приёмники и программы стали работать неверно.

Номер недели GPSNWдля юлианской датыJDможно найти по формуле:

где (дляExcel= ОТБР) – означает целую часть от полученного в результате деления вещественного числа.

Число секунд в неделе измеряется от предыдущей полночи (по шкале GPST) с субботы на воскресенье. НеделяGPSсодержит 604800 секунд.

Спутники GPSимеют на борту рубидиевые и цезиевые стандарты частоты. Работа каждого генератора контролируется Главной станцией контроля, которая выбирает один из генераторов для формирования сигналов. Смещение часов спутникаdtотносительно времениGPSTмоделируется как полином второго порядка от времени, а параметры этой модели оцениваются Главной станцией контроля и загружаются на спутник, а затем передаются как часть навигационного сообщения. В секундуGPSTс номеромtпоправка часов спутника вычисляется как

,

где опорная эпоха. Параметрыииногда идентифицируются соответственно как параметры смещения, дрейфа и старения часов. Членучитывает релятивистские эффекты и определяется по формуле:

где с – скорость света; а и е – соответственно большая полуось и эксцентриситет орбиты; Е – эксцентрическая аномалия; геоцентрическая гравитационная постоянная.

Чтобы обеспечить оценку времени UTC, передаваемое каждым спутникомGPSнавигационное сообщение включает временные разности междуGPSTиUTCпо модулю одна секунда и скорость их изменения. Навигационное сообщение содержит разность между двумя шкалами из-за скачка секунд. Эти параметры позволяют приёмнику вычислять точное значениеUTC.

Шкала системного времени ГЛОНАСС смещена относительно шкалы UTCна + 3 часа, то есть представляет собой время Московского часового пояса. Секунды в шкале времени ГЛОНАСС корректируются одновременно с добавлением целой секунды в шкалуUTC.

Таким образом, при вычислении времени в совместной обработке наблюдений спутников двух систем необходимо учитывать:

  • Сдвиг шкал GPSи ГЛОНАСС на 3 часа.

  • Число скачков на целые секунды в шкале UTCот начала 1980 г.

  • Доли секунды из-за несовпадения шкал UTC(SU) иUTC(US).

Юлианский день (JD) – астрономический способ измерения времени, при котором считается число дней, прошедших начиная с полудня 1 января 4713 г до н.э. Юлианского календаря, или , что тоже самое , 24 ноября 4714 г. до н.э. Григорианского календаря (- 4712 г. и 4713 г. по астрономическому счёту лет соответственно). Первый день имел номер 0. С тех пор по настоящему времени прошло немного менее 2,5 миллионов дней. Даты сменяются в полденьUT. Для точного обозначения времени применяют дробную часть, напримерJD= 2451545,25 соответствуют 18 часам 1 января 2000 г., 3 часа дня 3 августа 1942 г. –JD2430574,125; 13,5 июня 1944 г. –JD2431255,0

8 марта 2011 г. 12.00 – JD2455629.0

Вычисления.

Юлианский день можно применять для определения дня недели, для перевода дат одного календаря в даты другого, для определения промежутка времени между датами и т.п.

Вычисление Юлианской даты по дате календаря.

в формулах

год, если вы хотите использовать для дат до нашей эры, необходимо перевести в отрицательный год ( например 10 г до н.э = – 9 ).

номер месяца, январь – 1, февраль – 2 и т.д.

день месяца.

часы от 0 до 23.

минуты от 0 до 59.

секунды от 0 до 59, могут содержать дробную часть.

номер юлианского дня, который начинается в полдень числа, для которого производятся вычисления.

юлианская дата, содержащая дробную часть.

Вычисление номера Юлианского дня по дате Григорианского календаря.

В начале нужно вычислить промежуточные коэффициенты:

После этого можно вычислить номер юлианского дня:

Все деления целочисленные, т.е. остатки деления отбрасываются.

Формула справедлива для дат, позднее 23 ноября – 4713 г.

Вычисление номера Юлианского дня по дате Юлианского календаря.

В начале нужно вычислить промежуточные коэффициенты (они те же, что и для Григорианского календаря):

После этого можно вычислить номер юлианского дня:

Для дат Юлианского календаря существует так же формула:

Все операции целочисленные, т.е. остатки деления отбрасываются.

Формулы справедливы начиная с -4712 года ( т.е. для положительных значений ).

Вычисление Юлианской даты .

Для перехода к «полной» Юлианской дате, содержащей дробную часть можно воспользоваться формулой:

.

При делении в этой формуле дробная часть не отбрасывается. Сутки не должны содержать високосной минуты (23:59:60).

Например, 1 января 200 г. в полдень (12 ч, 0 минут, ) секунд) соответствует

Вычисление дня недели по известной Юлианской дате.

День недели может быть вычислен как остаток от деления на 7. При этом 0 соответствует понедельнику, 1 вторнику и т.д.

JDN mod7

0

1

2

3

4

5

6

День недели

Пн

Вт

Ср

Чт

Пт

Сб

Вс.

Вычисление календарной даты по известной Юлианской дате.

Вычисление даты Юлианского календаря по известному номеру Юлианского дня .

Сначала нужно вычислить промежуточные коэффициенты:

После этого можно вычислить день, месяц и год по Юлианскому календарю:

Все деления целочисленные, дробная часть отбрасывается. Поэтому в формуле для месяца не следует вычислять как.

Вычисление дат Григорианского календаря по известному номеру Юлианского дня .

Сначала нужно вычислить промежуточные коэффициенты:

После этого можно вычислить день, месяц и год по Григорианскому календарю:

Все деления целочисленные, дробная часть отбрасывается. Поэтому в формуле для месяца не следует вычислять как.

Там где требуются вычисления с точностью до минут и более, указывается, относительно какой системы времени приводится значение юлианского дня. Если это время , соответствующий юлианский день обозначают

Модифицированный Юлианский деньвведён в 1957 году, сменяется в полночь. Начало отсчёта вторник 0 часов 0 минут 17 ноября 1858 года

Стандартная эпоха начало воскресенье 0 часов 0 минут 6 января1980 г

Время включает номер недели в эпохуи номер секунды в неделе

Деление целочисленное, дробная часть отбрасывается.

Счетчик недель GPSрассчитан на 1024 недели, после чего он обнуляется.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в папке Лекции