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空间环境的时空基准袁仁进摘要：在空间环境中，目标实体无时无刻不在演化运转，时间和空间是物体存在 的两种基本形式建立时空模型是研究空间环境中实体模型的基础本文主要介绍 了在研究空间环境中的空间坐标系和时间系统为进行空间环境研究提供时空基准 模型关键词：空间环境空间坐标系时间系统一、 空间坐标系空间坐标系是研究空间环境分布、航天器运行的基础可以说，不选择适当 的坐标系，就无法正确描述空间环境及其变化、航天器与之相互作用在空间的位 置空间坐标系一般分为两大类：一类是地球坐标系，该坐标系是一种非惯性坐 标，是固定在地球上的，随着地球一起旋转，又称为地固坐标系，如地心大地坐 标系、地球固连坐标系；另一类是天球坐标系该坐标系与地球自转无关，可以建 立惯性坐标系，用此坐标系可以方便地描述航天器轨道，如地心天球球坐标系一） 地心大地坐标系此坐标系原点是地球椭球中心；Z轴指向北极，X轴由坐标系原点指向格林 尼治子午面，Y轴与X、Z轴构成右手坐标系统它的三个坐标为（h,L,B）h 为从地球椭球表面延其外法线方向的距离，通常称为大地高；L在赤道内，为从 格林尼治子午线向东的地心角，通常称为大地经度；B为赤道平面与地球椭球法 线的夹角，通常称为大地纬度，向北为正。

二） 地球固连坐标系此坐标系的三轴定向与地心大地坐标系相同，地心球面固连坐标系的三个坐标 是（Y，入，中）Y是地心到空间某点N的距离；入在赤道面内，为从格林尼治 子午线向东到N点的矢径在赤道面上投影的角距，通常称为地心经度；中为N 点的矢径与赤道面的夹角，向北为正，通常称为地心纬度三） 地心赤道坐标系地心赤道坐标系可以分为地心第一赤道坐标系Ox y z 、地心第二赤道坐标 e er1 er1 er1系Ox y z 、地心第三赤道坐标系Ox y z和地心第四赤道坐标系 e er2 er2 er2 e er3 er3 er3Ox y ze er4 er4 er4地心第一赤道坐标系Ox y z坐标轴Ox在赤道面内，指向春分点；Oze er1 er1 er1 e er1 e er1轴垂直于赤道面，与地球自转角速度矢量一致；Oy与Ox Oz构成右手坐 e er1 e er1， e er1标系系统地心第二、第三、第四赤道坐标系的基本面与地心第一赤道坐标系的基本面一 样，都是赤道面Z轴也都与地球自转角速度矢量一致，不同的是X轴的指向 不同四）地心天球球坐标系该坐标系以地球质心为坐标原点，Z轴指向天球北天极方向，X轴指向春分点方 向，Y轴与X、Z轴构成右手坐标系统；以赤道面为赤纬基准面；以过春分点的 天球子午面为赤经基准面。

地心天球球坐标系的三个坐标是（Y ,a ,0）Y为地心到空间某点N的距 离；a在赤道面内，为春分点向东到N点的矢径在赤道面上的投影的角距，通 常称为赤经；0为N点的矢径与赤道面的夹角，向北为正，通常称为赤纬由 于日、月引力的影响，春分点会随着天轴的变动而变化，因此该坐标系是一个 变动的坐标系根据Z轴的变化，又有瞬时天球球坐标系、瞬时平天球球坐标 系、标准历元平天球球坐标系等二、时间基准系统时间系统是表示空间环境信息时间特性的基准时间系统包含有“时刻”和 “事件间隔”两个概念时刻即指发生某件事情的瞬时；时间间隔即指发生某一 事件所经历的过程，是这一过程始末的时刻之差就运动而言，既需要一个联系 天体位置的确定时刻，又需要一个反映天体运动过程经历的均匀时间间隔建立 一个时间系统要明确时间尺度，即时间的单位；二要明确时间的原点，即起始历 元地球自转曾作为时间系统主要基准，但由于地球的自转不均匀性和地极移动 使得时间系统变得比较复杂，因此又建立了地球自转为基准和易原子振荡为基准 的时间系统时间系统主要有恒星时、太阳时、世界时、动力学时、儒略年等一） 恒星时恒星时S在数值上等于春分点的时角春分点连续两次过中天的时间间隔称为 一 “恒星日”。

然而，春分点是观测不到的，只能通过观测恒星来间接推算春 分点的所在位置，从而有S = t +a式中：t、a分别为被观测恒星时的时角和赤经当恒星上中天时，t =0，上式变为S = a此式表明，任何时刻的地方恒星时正好等于该瞬间上中天恒星的赤经相对于 格林尼治子午圈的恒星时称为格林尼治恒星时，记为S^二） 平太阳时与世界时以赤道平太阳视圆面中心作为参考点，由它的周日视运动所确定的时间称为 平太阳时平太阳时与恒星时并不是相互独立的时间计量单位，通常是由天文观测得到 的恒星时，然后再换算成平太阳时，他们都是以地球自转作为基准的平太阳时与平恒星时的时长有如下关系：平恒星时=平太阳时* （1-r）式中：1-r=0.997269566329084世界时（UT）系统是在平太阳时基础上建立的，有UT , UT , UT之分UT0:格林尼治的平太阳时即称为世界时UT0，他是直接由天文观2测测定的UT0： UT加上极移改正后的世界时，由于地球自转的不均匀性，UT1并不是均 匀的时间尺度 1对于一般精度要求，可用UT作为统一的时间系统三） 国际原子时 1以原子能级跃迁辐射频率定义的标准时间单位，取1958年1月1日世界时零时 为其起算点。

国际原子时（TAI）与UT1有如下关系：（UT1-TAI）1958 0=+0.0039（四） 动力学时动力学时分两种：相对于太阳系质心的运动方程组及以此得出的历表，时间 度量用太阳系质心动力学时表示，记作TDB；用于地心视位置历表的时间度量为 地球动力学时，记作TDT地球动力学时是建立在国际原子时基础上的，它与原子时TAI的关系为 TDT=TAI+32.184（五） 儒略年与儒略日儒略年规定每年为365平太阳日，每四年有一闰年，所以儒略年的平均长度为 365.25平太阳日儒略日（JD）用于计算相隔若十年的两个日期之间的天数， 儒略日起算于公元前4713年1月1日格林尼治平午对于新历元J2000，规定 2000年1月1.5日TDB，对应的儒略日为2451545.0.随着岁月的推移，儒略日 数字太大，为了便于使用，引入约简略日（MJD）其定义为MJD二JD-2400000.5三、结论在时空关系中，“空间”刻画了目标实体的空间位置、空间分布以及空间相 互关系；“时间”刻画了目标实体的存在随时间变化的状况和时间相关性可以 说，时间和空间是近地空间环境信息的两个基本的属性本文主要介绍了以上的 几种空间坐标系和时间系统，对于其具体的应用还需进一步研究。

参考文献：[1] 王鹏等.空间环境建模与可视化仿真技术[M].北京：国防工业出版社，2012[2] 黄本诚.空间环境工程学[M].北京:宇航出版社，1993。