有关时间的研究书籍和文章颇多,大部分文章偏重于时间特性的数学统计描述,如研究时间准确度的数学描述,或是频率稳定度的数学描述,或是原子钟噪声特性的描述,或是时间系统可靠性的描述,这些研究大大地提升了时间准确度、时间计量水平和卫星导航性能,为提升时间应用研究提供技术支撑。

质心坐标_坐标系中质心求法_坐标质心公式

《时间与卫星测距》描述从基于地球自转的天文时,到以原子跃迁频率为基准的原子时,以及相对论框架下的坐标时等之间的传承关系,介绍国际组织有关时空参考系的重大决议,从另一侧面介绍时间科学,讲述近代时间的发展故事,帮助读者全面理解时间的前世与今生,目的是使读者更深层次理解和回味时间科学,作者希望本书的第 1∼3 章能起到抛砖引玉的效果。

相对论使时间观念发生重大变革。1905年爱因斯坦从研究空间分隔的 2 个事件的时间同步问题入手,发表狭义相对论《论动体的电动力学》,突破了牛顿绝对时间和绝对空间的观念,否认瞬时超距作用,从根本上动摇牛顿引力理论,认定时间和空间组成不可分割的四维时空坐标,显然这些观念是对牛顿时空概念的拓展。狭义相对论核心是相对性原理和真空中光速不变公设质心坐标,核心方程式是洛伦兹变换,新观念的相对论理论预示经典物理学所没有的新效应,诸如时空坐标中的时间膨胀、长度收缩等,这些新效应对时间和卫星测距产生极其重大的影响。狭义相对论研究惯性坐标系间关系,但仍属经典平直时空理论。1915 年爱因斯坦提出广义相对论理论,水星近日点进动成为验证广义相对论理论的范例。源于天文观测精度的提高,时间领域需要引入相对论理论,1976 年国际天文学联合会 ( , IAU) 引入相对论概念的质心力学时时间尺度,但仍沿用基于牛顿力学的惯性参考系,时空观念仍是欧几里得平直空间;1991 年 IAU 引入具有里程碑意义的广义相对论概念的决议:定义国际天球参考系及其对应的坐标时,用度规张量描述广义相对论框架下的时空系,质心天球参考系对应的质心坐标时是太阳系天体运动的时间变量,地心天球参考系对应的地心坐标时是近地天体运动的时间变量。本书第 4 章“相对论框架下的时间与时间同步”给出了涉及时间范围的相对论改正。

时间传递是时间科学重要的、不可或缺的组成部分。高精度卫星时间和频率传递方法与技术已渗透到国防建设、航天事业以及国民经济建设的各个领域。本书重点介绍了卫星时间传递方法与技术特点和优势,卫星时间传递方法与技术包括:卫星共视时间传递方法、卫星全视时间传递方法、载波相位测量技术、精密单点定位法的时间传递方法、卫星双向比对技术等。作者在国内首先建立卫星双向时间与频率传递系统,1998 年与日本情报通信研究机构 (NICT) 合作,在国内建立首条国际卫星双向比对系统链路,并进入常规运行,比对精度为 0.2∼0.3 纳秒,准确度为 1 纳秒,资料送国际计量局 ( and , BIPM) 并正式参加国际原子时 (TAI) 计算,同时推动亚洲卫星双向时间与频率传递链路的组网,作者在卫星双向时间与频率传递技术方面有一定的积累,第 5 章描述了卫星双向时间与频率传递原理、误差分析以及提升卫星双向时间与频率传递精度途径的评述。

基于卫星双向时间传递技术的积累,作者提出了转发式卫星测轨观测方法与技术,获国防专利 (专利号: ZL 2.1),该方法首次成功地用于中国区域定位系统(CAPS) 卫星导航定位系统的卫星精密定轨,获得了很大的成功,提升了卫星测距精度,使卫星测距精度达厘米级,该方法另一特点是时间和卫星测距相互独立,被卫星测控专家李济生院士誉为“我国自主独立知识产权的测轨技术”。该方法具有很好的应用前景,受到卫星测轨同行的青睐,虽然近 20 年来有许多文章介绍该方法,但缺少系统性的描述,为了让同行更好地应用与推广有我国自主独立知识产权的测轨技术,作者有责任对方法及原理描述、观测精度提升途径以及仪器系统误差精确测定方法等关键部分进行系统性介绍,本书第 6∼8 章对转发式卫星测轨观测方法与技术进行系统性描述,希望能对广大读者正确使用该方法和提升创新思维有所帮助和启示。

作者简介

李志刚 男,1943年生,上海宝山人。中国科学院国家授时中心研究员,博士生导师。1966年毕业于南京大学天文系,一直在中国科学院国家授时中心工作,长期从事天体测量、时间科学、高精度时间传递和人造卫星轨道测定等研究工作。曾任中国天文学会副理事长、陕西天文学会理事长、陕西天文台台长、中国科学院国家授时中心学术委员会主任等职。在国内首先建立卫星双向时间比对系统质心坐标,并参加国际比对,发明转发式卫星测轨方法与技术。排名第一的奖项有:军队科学技术进步奖二等奖、卫星导航定位科学技术进步奖二等奖、国防技术发明奖三等奖、陕西省科学技术奖三等奖、陕西省科学院科学技术进步奖一等奖等;还有:中国科学院科学技术成果奖一等奖、中国科学院科学技术进步奖一等奖、国家科学技术进步奖二等奖等奖项。

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时间与卫星测距

李志刚,杨旭海, 吴风雷, 成 璇, 钦伟瑾 著

北京:科学出版社, 2022.12

ISBN 978-7-03--0

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