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1、空间大地测量理论基础第三章、坐标系统SM起始子午面天球赤道γZXY1第三章坐标系统§3.1、岁差§3.2、章动§3.3、极移§3.4、天球坐标系§3.5、站心天球坐标系§3.6、地球坐标系§3.7、国际地球参考系与地心天球参考系间的坐标转换2第三章坐标系统本章将主要介绍天球坐标系：用以表示自然天体或人造天体在空间的方向或位置的地球坐标系：用以表示地面站或运动物体在地球上的位置和运动速度。地心天球坐标系GCRS与国际地球坐标系ITRS间的转换关系；岁差、章动、极移，以及地球自转不均匀（日长变化）等概念3更精确地讲是春分点岁差，是由

2、于赤道平面和黄道平面的运动而引起的。其中由于赤道运动而引起的岁差称为赤道岁差，原来被称作日、月岁差；由于黄道运动而产生的岁差称为黄道岁差，原来被称为行星岁差。3.1岁差4定义由于太阳、月球及行星对地球上赤道隆起部分的作用力矩而导致赤道平面的进动；或者说天极绕黄极在半径为黄赤交角ε的小圆上的顺时针方向旋转；其运动速度为每年西移50.39秒）称为赤道岁差。3.1岁差3.1.1赤道岁差3.1岁差3.1.1赤道岁差3.1岁差3.1.1赤道岁差53.1岁差3.1.1赤道岁差赤道岁差几何解释6赤道岁差计算公式由于赤道岁差会使春分点在黄道上向

3、西移动，观测历元t的春分点移动量（相对于参考历元J2000.0时的平春分点）可用下式计算：T为参考历元J2000.0（JD=2451545.0）至观测历元t之间的儒略世纪数，JD为观测时刻的儒略日。3.1岁差3.1.1赤道岁差3.1岁差3.1.1赤道岁差7定义除了太阳和月球对地球的引力外，太阳系中的其他行星也会对地球和月球产生万有引力；影响地月系质心绕日公转的轨道平面，黄道面产生变化，使春分点产生移动，将这种岁差称为黄道岁差。黄道岁差使春分点在天球赤道上每年约东移0.1秒，还会使黄赤交角ε变化。3.1岁差3.1.2黄道岁差3.1

4、岁差3.1.2黄道岁差8计算公式由于黄道岁差而使春分点在天球赤道上的东移量λ′以及黄赤交角ε的计算公式如下式：T为参考历元J2000.0（JD=2451545.0）至观测历元t之间的儒略世纪数，JD为观测时刻的儒略日。3.1岁差3.1.2黄道岁差3.1岁差3.1.2黄道岁差9在赤道岁差和黄道岁差的共同作用下，春分点的运动状况如下图所示。3.1岁差3.1.3总岁差和岁差模型由于赤道岁差和黄道岁差的综合作用，平春分点将从γ0移至γ，从而使天体的黄经发生变化，称为黄经总岁差。变化量l为下式3.1岁差3.1.3总岁差和岁差模型101.I

5、AU1976岁差模型（L77模型）黄经总岁差的计算公式为：交角岁差的计算公式为：3.1岁差3.1.3总岁差和岁差模型3.1岁差3.1.3总岁差和岁差模型111.IAU1976岁差模型（L77模型）缺点用该模型求得的岁差值与实际观测结果之间相符得不够好。L77岁差模型与IAU2000章动模型的精度不匹配，一个世纪后岁差模型中的系数精度为0.1mas，而IAU2000章动模型的精度却可达0.1μas，必须对岁差模型加以优化改进。IAU1976岁差模型中只展开至T3项，需加以扩展，而且黄道的定义也是旋转的。为此IAU决定从2003年1

6、月1日起用IAU2000岁差模型来取代IAU1976岁差模型。3.1岁差3.1.3总岁差和岁差模型3.1岁差3.1.3总岁差和岁差模型122.IAU2000岁差模型IAU2000岁差模型只是在IAU1976岁差模型的基础上简单地对黄经岁差的速率和交角岁差的速率进行了改正，如下缺点仅使之与VLBI测得的岁差速率能较好地相符。第一个缺点作了部分修正，自然不能令人满意。被IAU2006岁差模型所取代。3.1岁差3.1.3总岁差和岁差模型3.1岁差3.1.3总岁差和岁差模型133.1岁差3.1.3总岁差和岁差模型3.IAU2006岁差模

7、型IAU2006岁差模型中的赤道岁差（日、月岁差）计算公式如下：IAU2006岁差模型中的黄道岁差（行星岁差）计算公式如下：3.1岁差3.1.3总岁差和岁差模型14背景恒星的位置是在天球坐标系中描述的。由岁差的影响，不同时刻的瞬时天球坐标系不同，不同时刻的恒星位置无法相互比较。为了比较不同时刻的恒星的位置，必须把不同时刻恒星在不同瞬时坐标系下的位置归算到统一的坐标系下（协议天球坐标系），这就必须进行岁差改正。3.1岁差3.1.4岁差改正3.1岁差3.1.4岁差改正150P0K0KPQ0Q0′QQ′EE′E0E0′γ0γγ1ABM

8、θ图2.6岁差改正θ3.1岁差3.1.4岁差改正3.1岁差3.1.4岁差改正目前我们选用J2000.0时刻的平天球坐标系作为协议天球坐标系。右图中的即为协议天球坐标系，其X轴指向J2000.0时的平春分点，Z轴指向J2000.0时的平北天极，Y轴垂直于X、Z轴组