衛星導航時間系統是什麼？

衛星導航系統都是基於時間測量實現的，準確穩定的時間是衛星導航系統運行的最基礎保障。時間參數作為衛星導航中時間信息的表現方式，它不僅是實現定位、測速等功能的前提保證，更直接關係著這系統的服務性能，有必要對衛星導航系統的時間參數進行全面的分析和測試。

什麼是時間

時間雖然早被人所認識，但是確切地定義也是很困難的。有人說是伺機更替，也有人說是太陽東升西落的一天。時間其實就是描述實物發展運動的一把尺子，度量實物運動及變化過程的數學工具。時間包含時刻和時間間隔兩個概念。

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時刻是指實物發生某一現象的瞬間，在時間軸上用一個點表示，沒有長短的意義，是只某一事件是什麼時候發生的，時刻與物體的瞬時位置相對應。在天文學和衛星定位中，與所獲數據對應的時刻也稱曆元。

時間間隔是指實物發生某一現象所經歷的過程，是兩個時刻之間的一段間隔。所以時間間隔測量也成為相對時間測量；時刻測量，相應地成為絕對時間測量。

時間基準包含時間原點（時刻）和時間尺度（時間段）。時間系統與坐標系統一樣，應有其尺度（時間單位）與原點（其實曆元）。其中時間的尺度是關鍵，而原點可以根據實際應用加以選定。不同的原點和尺度對應不同的時間系統。任何一個可觀測的周期的運動現象，只要符合條件，都可以用作確定時間間隔。

為什麼衛星導航系統需要建立時間系統

（a）導航衛星作為高空動態一直點，其位置是瞬息變化的，時間度量的精度就意味著空間位置的精度。

（b）衛星定位是通過測定一電磁波信號傳播時間來測定站星距離的。例如：若要距離誤差小於1厘米，則時間精度至少要求達3×l0-11秒。

基本時間系統

常用的時間尺度分為天文時和原子時。

天文時

天文時是人類通過天文測量來確定的時間尺度。一種是以地球自轉為基礎，如恆星時和太陽時。這兩種時間系統都具有地方性，尺度不穩定不統一，因此，世界上規定以格林尼治地方時為標準時間，稱之為世界時；另一種是以地球公轉為基礎，如曆書時。

恆星時

以春分點為參考點，由春分點的周日視運動所確定的時間。時間尺度：春分點連續兩次經過本地子午圈的時間間隔為一恆星日，一恆星日分為24個恆星時。起算原點：恆星時以春分點通過本地子午圈時刻為起算原點，所以恆星時在數值上等於春分 點相對於本地子午圈的時角。

衛星導航定位相關的時間系統恆星時的特性：恆星時具有地方性，導致時間尺度不穩定。恆星時是以地球自轉為基礎的，由於歲差和章動的影響，春分點在天球上的位置並不確定（真恆星時、平恆星時）。因此，恆星時不具有統一的時間原點。

平太陽時

平太陽時的特性：平太陽時具有地方性，導致時間尺度不穩定。以平太陽連續兩次經過本地子午線的時間間隔為一平太陽日，含24平太陽小時。由於真太陽的視運動是不均勻的， 不能作為建立時間系統的參考點。因此，假設一個平太陽作為一個參考點。該平太陽的運動速度等於真太陽周年運動的平均速度，且其在天球赤道上作周年視運動。

世界時（UT）

以平子夜為零時起算的格林尼治平太陽時。世界時與平太陽時尺度基準相同，其差別僅在於起算點不同。時的特性：世界時雖然屬全球性，但時間尺度還是不穩定

曆書時

曆書時是以地球公轉周期為基礎而建立的一種時間系統，1952年國際天文協會第八次會議決定：從1960年起，各國在編算天文年曆中計算太陽、月亮和行星等的視位置時，一律不用世界時而採用以地球公轉周期為基準的曆書時。1958年國際天文協會第十屆會議通過曆書的確切定義是：「曆書時是從公曆1900年初附近，太陽幾何平黃經為279°41′48.04″的瞬時起算，這一瞬時定為曆書時1900年1月1日00時整。曆書時秒長為曆書時1900年1月1日00時瞬時的回歸年長度的1/31556925.9747。」 1960至1968年曆書時秒曾被釆用為時間的基本單位。

原子時

原子時是以物質的原子內部運動規律為基準的時間尺度。隨著對時間準確度和穩定度的要求不斷提高，以地球自轉為基礎的世界時系統難以滿足要求。而原子中的電子在不同能級之間躍遷時會發射或者吸收一定頻率的電磁波，並且該電磁波的頻率值非常穩定。於是國際定義：秒長為銫原子基態的兩個超精細能級間躍遷輻射震蕩9192631170周所持續的時間；起點：按國際協定取為1958年1月1日0時0秒,該瞬間原子時與世界時有差異（0.0039秒）。

國際原子時(TAI)

國際原子時是由國際計量局（BIPM）根據世界上約30多個國家70多個實驗室350台左右原子鐘提供數據處理得出的「國際時間標準」。國際原子時標是一種連續性時標，由1958年1月1日0時0分0秒起，以日、時、分、秒計算，原子時的準確度為每日數納秒。

協調世界時（UTC）

人類的生活習慣是以地球自轉為基礎的晝日變化，但是存在地球自會不均勻的現象，時間是基準不能隨意變化，所以使用原子時時間基準，但是照顧到人們使用的方便， 要將原子時和世界時進行結合，採用原子時的秒長，當和世界時的 差異超過±0. 9秒時，就使用跳秒方式加上1秒或減去1秒，這種 時間系統稱之為協調世界時。既有時間原點，也有穩定的時間尺度。跳秒（Leapsecond）：通常在6月30日或12月31日最後一秒。

導航衛星的時間系統

GPS時間系統（GPST）

GPS系統是測時測距系統。時間在 GPS測量中是一個基本的觀測量。衛星的信號，衛星的運動，衛星的坐標都與時間密切相關。對時間的要求既要穩定又要連續。為此，GPS系統中衛星鐘和接收機鍾均採用穩定而連續的GPS時間系統。GPS時間系統：採用原子時ATI秒長作為時間基準，時間的起算點定義在1980年1月6日的UTC0時。

GLONASS時間系統（GLONASST）

GLONASS的時間系統簡 稱GLONASS時間，它由GLONASS的中央同步器（CS）氫原子鐘產生、維持，並以UTC為基準。

Galileo時間系統（GST）

Galileo時間系統（GST）基於一個連續運 行的原子時，它通過對一系列原子頻率標準的整合來維持，其中以 氫原子鐘為主鍾。Galileo系統時間與國際原子時之間存在一個整秒 數的恆定差異，兩者之間的秒內偏差被控制在28納秒以內。

BDS時間系統（BDT）

北斗的時間基準為北斗時（BDT），BDT採用國際單位制（SI）秒為基本單位連續累計，起始曆元為2006年1月1日協調世界時00時00分00秒。採用周和周內秒計數。BDT通過UTC（國家授時中心，NTSC）與國際UTC建立聯繫，BDT與UTC的偏差保持在100納秒以內。BDT與UTC之間的閏秒信息在導航電文中播報。

（編輯：今日北斗）

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