GCRS与ITRS的两种坐标转换模型计算与比较

地心天球参考系(GCRS)与国际地球参考系(ITRS)之间有两种坐标转换模型:基于春分点的岁差章动转换和基于CIO的无旋转原点转换。IERS 2003和2010规范针对这两种转换模型分别推荐了相应的转换参数。以DE421历表中太阳系10个天体为例,计算并分析了两种坐标转换模型之间、以及两个规范之间的差异对于坐标转换的影响。结果表明:对于同一个规范而言,两种坐标转换模型之间的差异对坐标转换的影响在5μas以内;对于同一种坐标转换模型而言,两个规范之间的差异对坐标转换的影响在0.5 mas以内。

现代大地测量学中的时间系统及其转换

现代大地测量学中的时间系统分为原子时系统和世界时系统两大类。原子时系统包括坐标时TCB和TCG、力学时TDB和TT,它们之间的转换公式主要是基于相对论框架得到的。世界时系统包括UT1、ERA、GMST、GST、LMST、LST等,它们之间的转换公式主要是基于地球自转、岁差-章动模型得到的。TAI是原子时的具体实现,UTC是连接原子时和世界时的桥梁。本文根据时间系统间的转换公式,计算了原子时系统彼此之间的差值序列,以及相关世界时系统在IERS 2003、2010规范间的差值序列,并分析了这些差值序列的特点。

引潮位展开的不同规格化形式及其转换

在引潮位展开过程中,为使大地系数的数值在不同阶次中保持相对稳定,对其进行规格化处理。从引潮位的基本理论公式出发,在分析缔合勒让德函数及其完全规格化的基础上,给出了引潮位展开中3类不同规格化（Doodson规格化、Cartwright＆Tayler规格化、Hartmann＆Wenzel规格化）公式的具体形式,得到3者之间的转换关系与转换系数。同时给出Doodson规格化中2~6阶规格化因子的具体数值,指出并改正Doodson、Roosbeek文献和IERS 2003、2010规范中的3处错误。

岁差章动模型更新等因素对坐标转换的影响

GCRS(Geocentric Celestial Reference System,地心天球参考系)与ITRS(International Terrestrial Reference System,国际地球参考系)之间的坐标转换方法与岁差章动模型密切相关,IERS(International Earth Rotation and reference systems Service,国际地球自转与参考系服务)规范先后推荐了3组不同的岁差章动模型。论文分析了基于春分点的坐标转换过程,在比较3组岁差章动模型间差异的基础上,以太阳系10个天体为例,计算了岁差章动模型更新、极移、世界时与地球时差值等因素对坐标转换影响的具体数值。结果表明,IAU 2006岁差-IAU 2000AR06章动与IAU 2000岁差-IAU 2000A章动间的差异,对坐标转换的影响在0.5mas以内;而IAU1976岁差-IERS 1996章动与前2组岁差章动间的差异,对坐标转换影响的最大值达到37mas;极移对坐标转换影响的最大值达到0.6″,远高于岁差章动模型更新所带来的影响;当忽略世界时与地球时的差异时,结果完全错误。通过此分析,明确了极移、世界时与地球时的差异对坐标转换影响的具体数值,可为工程计算中岁差章动模型的选取提供参考依据。

天体测量与空间科学中的时间尺度及其转换

针对时间尺度及其转换方法进行了综述、归纳和分类。从建立的基础出发,将时间尺度划分为原子时尺度和世界时尺度2个大类,其中,原子时尺度的彼此转换基于广义相对论框架,世界时尺度的彼此转换基于地球自转和岁差章动模型,而协调世界时是连接这2类时间尺度的桥梁。根据各类时间尺度间的转换公式,计算了原子时彼此间的差值序列,以及世界时在IERS(International Earth Rotation and reference systems Service,国际地球自转与参考系服务)1996、2003、2010这3个规范间的差值序列,并分析了这些差值序列的特征。结果表明:地心坐标时与质心坐标时、质心坐标时与质心力学时、地球时与地心坐标时之间的差值序列均随时间呈线性变化关系,且后者差值的增幅远小于前2个差值的增幅;协调世界时与国际原子时之间的差值是不连续的,且增幅逐渐减小;地球时与质心力学时之间的差值序列是以年为周期进行变化的,差值大小在±1.7 ms以内;格林尼治(平)恒星时、赤经章动及其补充项在IERS 2003、2010规范间的差异较小,而在IERS 1996与另外2个规范间的差异较大。这些结论可为相关研究及工程计算中的时间尺度选取提供参考依据。

基于无旋转原点的参考系转换方法及其计算

基于引入无旋转原点可以克服春分点的固有缺陷的特性,在分析GCRS(Geocentric Celestial Reference System,地心天球参考系)与ITRS(International Terrestrial Reference System,国际地球参考系)之间基于无旋转原点的转换过程基础上,计算了IERS(International Earth Rotation and reference systems Service,国际地球自转与参考系服务)1996、2003、2010等规范所推荐的3组转换参数的具体数值及其差异,并以太阳系10个天体为例进行了参考系转换计算。结果表明:IERS 2003、2010规范中推荐的2组转换参数间的差异较小,对坐标转换的影响在0.5mas以内;IERS 1996规范中推荐的转换参数与另外2组转换参数间的差异较大,对坐标转换的影响在2.5mas以内。基于无旋转原点转换和基于春分点的岁差章动转换2种方法间的差异对坐标转换的影响,在IERS 2003、2010规范中不超过5μas,而在IERS 1996规范中由于未考虑框架偏差的影响导致差异较大。

精密引潮力的计算及其影响因素分析

天球参考系转换、勒让德函数计算是精密引潮力计算的两个核心工作.为了确保计算结果的准确性,采用两种彼此相互独立的算法公式进行检核计算.对于天球参考系转换,分别采用基于春分点的岁差章动转换和基于CIO的无旋转原点转换两种方法,转换参数分别采用IERS 2003、2010规范推荐的4组参数模型;对于勒让德函数计算,分别采用勒让德函数的递推算法、完全规格化缔合勒让德函数的递推算法两种数学模型;计算结果验证了引潮力计算过程与数据成果的准确性.以德国BFO测站为例,计算得到1962年1月1日至2015年8月1日54年内,时间间隔为1小时的精密引潮力时间序列,统计结果表明引潮力的量值在149459.841×10^(^(-11))ms^(-2)(10^(^(-11))ms^(-2)=1 nGal)以内.同时对精密引潮力计算中的各类影响因素进行计算与分析,计算结果表明:岁差章动模型更新、以及两种天球参考系转换方法之间的差异对引潮力的影响可完全忽略不计;地球扁率、极移、参考框架偏差、历表更新对引潮力影响的量值分别在1.891×10^(^(-11))ms^(-2)、0.586×10^(^(-11))ms^(-2)、0.032×10^(-11)ms^(-2)、0.012×10^(-11)ms^(-2)以内,这些因素在高精度引潮力计算中不能忽略;而地球时与世界时转换、径向法向转换对引潮力的影响分别达到916×10^(-11)ms^(-2)、476×10^(-11)ms^(-2),忽略这两个因素将会导致计算结果错误.