测量中的坐标系及其坐标转换
坐标转换的种类
测量中常用的坐标系
1:北京54坐标系，西安80坐标系，地方独立坐标系，WGS84坐标系, 大地坐标系，高斯－克吕格平面直角坐标系，1956和1985黄海高程系统
（1）北京54坐标系
北京54坐标系的由来及特点
它是一种参心坐标系，采用的是克拉索夫斯基椭球参数，并与前苏联1942年坐标系进行联测，可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸，它的原点并不在北京而是在前苏联的普尔科沃。
该坐标系曾发挥了巨大作用，但也有不可避免的缺点：
1：椭球参数有较大误差；
2：参考椭球面与我国大地水准面差距较大，存在着自西向东的明显的系统性的倾斜；
3：定向不明确；
4：几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一；
5：椭球只有两个几何参数，缺乏物理意义；
6：该坐标系是按分区进行平差的的，在分区的结合部误差较大。
（2）1980年国家大地坐标系
大地原点位于陕西省泾阳县永乐镇石际寺村
西安80坐标系的由来及特点
它也是一种参心坐标系，大地原点位于我国陕西省泾阳县永乐镇。
1:采用的国际大地测量和地球物理联合会于1975年推荐的椭球参数，简称1975旋转椭球。它有四个基本参数：
地球椭球长半径 a=6378140m
G 是地心引力常数
地球重力场二阶带谐系数
地球自转角速度
2：椭球面同大地水准面在我国境内最为拟合；
3：椭球定向明确，其短轴指向我国地极原点JYD1968.0方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台的子午面。
4：大地高程基准面采用1956黄海高程系统。
2000年国家大地坐标系
WGS84坐标系
前面的均是参心坐标系，就整个地球空间而言，有以下缺点：
（1）不适合建立全球统一的坐标系统
（2）不便于研究全球重力场
（3）水平控制网和高程控制网分离，破坏了空间三维坐标的完整性。
WGS84坐标系就是能解决上述问题的地心坐标系。
高斯－克吕格投影平面直角坐标系的由来及特点
为了建立各种比例尺地形图的控制及工程测量控制，一般应将椭球面上各点的大地坐标按照一定的规律投影到平面上，并以相应的平面直角坐标表示。
目前各国常采用的是高斯投影和UTM 投影，这两种投影具有下列特点：
（1）椭球面上任意一个角度，投影到平面上都保持不变, 长度投影后会发生变形，但变形比为一个常数。
（2）中央子午线投影为纵轴，并且是投影点的对称轴，中央子午线投影后无变形，但其它长度均产生变形，且越离中央子午线越远，变形愈大。
（3）高斯平面直角坐标系的坐标轴与笛卡儿直角坐标系坐标轴相反，一般将y 值加上500公里，在y 值前冠以带号。
（4）带号与中央子午线经度的关系为
高程系统的由来及特点
在测量中有三种高程，分别是大地高，正高，正常高，我国高程系统日常测量中采用的是正常高，GPS 测量得到的是大地高。
高程基准面是地面点高程的统一起算面，通常采用大地水准面作为高程基准面。所谓大地水准面是假想海洋处于完全静止的平衡状态时的海水面，并延伸到大陆地面以下所形成的闭合曲面。
我国的高程系统目前采用的是1956黄海高程系统和1985黄海高程系统。
GPS 定位的坐标系统与时间系统
坐标系统和时间系统是描述卫星运动、处理观测数据和表达观测站位置的数学与物理基础。
§2.1坐标系统的类型
在GPS 定位中，通常采用两类坐标系统：
一类是在空间固定的坐标系，该坐标系与地球自转无关，对描述卫星的运行位置和状态极其方便。
另一类是与地球体相固联的坐标系统，该系统对表达地面观测站的位置和处理GPS 观测数据尤为方便。
坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴指向和尺度所定义的。在GPS 定位中，坐标系原点一般取地球质心，而坐标轴的指向具有一定的选择性，为了使用上的方便，国际上都通过协议来确定某些全球性坐标系统的坐标轴指向，这种共同确认的坐标系称为协议坐标系。
§ 2.2协议天球坐标系
1. 天球的基本概念
天球：指以地球质心为中心，半径r 为任意长度的一个假想球体。为建立球面坐标系统，必须确定球面上的一些参考点、线、面和圈。
天轴与天极：地球自转轴的延伸直线为天轴，天轴与天球的交点Pn(
北天
极)Ps(南天极) 称为天极。
天球赤道面与天球赤道：通过地球质心与天轴垂直的平面为天球赤道面，该面与天球相交的大圆为天球赤道。
天球子午面与天球子午圈：包含天轴并经过地球上任一点的平面为天球子午面，该面与天球相交的大圆为天球子午圈。
时圈：通过天轴的平面与天球相交的半个大圆。
黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆，即当地球绕太阳公转时，地球上的观测者所见到的太阳在天球上的运动轨迹。黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，约23.50。
黄极；通过天球中心，垂直于黄道面的直线与天球的交点。靠近北天极的交点∏n 称北黄极，靠近南天极的交点∏s 称南黄极。
春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点γ。
在天文学和卫星大地测量学中，春分点和天球赤道面是建立参考系的重要基准点和基准面。
2. 天球坐标系
在天球坐标系中，任一天体的位置可用天球空间直角坐标系和天球球面坐标系来描述。
天球空间直角坐标系的定义：原点位于地球的质心，z 轴指向天球的北极Pn ，x 轴指向春分点γ，y 轴与x 、z 轴构成右手坐标系。
天球球面坐标系的定义：原点位于地球的质心，赤经α为含天轴和春分点的天球子午面与经过天体s 的天球子午面之间的交角，赤纬δ为原点至天体的连线与天球赤道面的夹角，向径r 为原点至天体的距离。
天球空间直角坐标系与天球球面坐标系
⎡x ⎤⎡cos δcos α⎤⎢y
⎥=r ⎢cos δsin α⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎢⎣z ⎥⎦⎣sin δ⎥⎦
岁差与章动 问题的提出：实际上地球自转轴（天轴）的空间指向、地球（天球）赤道面和地球（天球）黄道面的夹角（黄赤交角）和春分点在天球上的位置是否永远保持稳定不变？ 岁差：北天极（NCP ）绕北黄极（NEP ）顺时针转动，自转轴围绕北黄极画出一个圆锥，锥角等于黄赤交角ε＝23.5°，周期约为25800年。 瞬时平北天极：绕北黄极均匀移 动的北天极 瞬时北天极：观测瞬间的北天极 章动：瞬时北天极围绕瞬时平北天极产生旋
转，大致成椭圆形轨迹，其长半轴约9.2″，
主周期约18.6年。
§ 2.5时间系统
1有关时间的基本概念
在天文学和空间科学技术中，时间系统是精确描述天体和卫星运行位置及其相互关系的重要基准，也是利用卫星进行定位的重要基准。
在GPS 卫星定位中，时间系统的重要性表现在：
∙ GPS 卫星作为高空观测目标，位置不断变化，在给出卫星运行位置同时，必须给出相应的瞬间时刻。例如当要求GPS 卫星的位置误差小于1cm ，则相应的时刻误差应小于2.6 ⨯10-6s 。
∙ 准确地测定观测站至卫星的距离，必须精密地测定信号的传播时间。若要距离误差小于1cm ，则信号传播时间的测定误差应小于3 ⨯10-11s
由于地球的自转现象，在天球坐标系中地球上点的位置是不断变化的，
若要求赤
道上一点的位置误差不超过1cm ，则时间测定误差要小于2 ⨯10-5s 。
显然，利用GPS 进行精密导航和定位，尽可能获得高精度的时间信息是至关重要的。
时间包含了“时刻”和“时间间隔”两个概念。时刻是指发生某一现象的瞬间。在天文学和卫星定位中，与所获取数据对应的时刻也称历元。时间间隔是指发生某一现象所经历的过程，是这一过程始末的时间之差。时间间隔测量称为相对时间测量，而时刻测量相应称为绝对时间测量。
测量时间必须建立一个测量的基准，即时间的单位（尺度）和原点（起始历元）。其中时间的尺度是关键，而原点可根据实际应用加以选定。
符合下列要求的任何一个可观察的周期运动现象，都可用作确定时间的基准：
∙ 运动是连续的、周期性的。
∙ 运动的周期应具有充分的稳定性。
∙ 运动的周期必须具有复现性，即在任何地方和时间，都可通过观察和实验，复现这种周期性运动。
在实践中，因所选择的周期运动现象不同，便产生了不同的时间系统。在GPS 定位中，具有重要意义的时间系统包括恒星时、力学时和原子时三种。
2. 世界时系统
地球的自转运动是连续的，且比较均匀。最早建立的时间系统是以地球自转运动为基准的世界时系统。由于观察地球自转运动时所选取的空间参考点不同，世界时系统包括恒星时、平太阳时和世界时。
∙ 恒星时(Sidereal Time—ST)
以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所确定的时间称为恒星时。
春分点连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一恒星日，含24个恒星小时。恒星时以春分点通过本地子午圈 时刻为起算原点，在数值上等于春分点相对于本地子午圈的时角，同一瞬间不同测站的恒星时不同，具有地方性，也称地方恒星时。
由于岁差和章动的影响，地球自转轴在空间的指向是变化的，春分点在天球上的位置也不固定。对于同一历元，所相应的真北天极和平北天极，也有真春分点和平春分点之分。相应的恒星时就有真恒星时和平恒星时之分。
LAST ——真春分点地方时角
GAST ——真春分点的格林尼治时角
LMST ——平春分点的地方时角
GMST ——平春分点的格林尼治时角
∙平太阳时（Mean Solar Time——MT ）
由于地球公转的轨道为椭圆，根据天体运动的开普勒定律，可知太阳的视运动速度是不均匀的，如果以真太阳作为观察地球自转运动的参考点，则不符合建立时间系统的基本要求。假设一个参考点的视运动速度等于真太阳周年运动的平均速度，且在天球赤道上作周年视运动，这个假设的参考点在天文学中称为平太阳。平太阳连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一平太阳日，包含24个平太阳时。平太阳时也具有地方性，常称为地方平太阳时或地方平时。
∙ 世界时（Universal Time——UT ）
以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时称为世界时。世界时与平太阳时的时间尺度相同，起算点不同。1956年以前，秒被定义为一个平太阳日的1/86400，
是以地球自转这一周期运动作为基础的时间尺度。由于自转的不稳定性，在UT 中加入极移改正得UT1。加入地球自转角速度的季节改正得UT2。虽然经过改正，其中仍包含地球自转角速度的长期变化和不规则变化的影响，世界时UT2不是一个严格均匀的时间系统。在GPS 测量中，主要用于天球坐标系和地球坐标系之间的转换计算。
3. 原子时（Atomic Time——AT ）
物质内部的原子跃迁所辐射和吸收的电磁波频率，具有很高的稳定度，由此建立的原子时成为最理想的时间系统。
原子时秒长的定义；位于海平面上的铯133原子基态的两个超精细能级，在零磁场中跃迁辐射震荡9192631770周所持续的时间为一原子时秒。原子时秒为国际制秒（SI ）的时间单位。
原子时的原点为AT=UT2-0.0039s
不同的地方原子时之间存在差异，为此，国际上大约100座原子钟，通过相互比对，经数据处理推算出统一的原子时系统，称为国际原子时（International Atomic Time ——IAT ）
在卫星测量中，原子时作为高精度的时间基准，普遍用于精密测定卫星信号的传播时间。
4. 力学时（Dynamic Time——DT ）
在天文学中，天体的星历是根据天体动力学理论建立的运动方程而编算的，其中所采用的独立变量是时间参数T ，这个数学变量T 定义为力学时。
根据描述运动方程所对应的参考点不同，力学时分为：
∙太阳系质心力学时（Barycentric Dynamic Time——TDB ）是相对于太阳系质心的运动方程所采用的时间参数。
∙地球质心力学时（Terrestrial Dynamic Time—TDT ）是相对于地球质心的运动方程所采用的时间参数。
在GPS 定位中，地球质心力学时，作为一种严格均匀的时间尺度和独立的变量，被用于描述卫星的运动。
TDT 的基本单位是国际制秒（SI ），与原子时的尺度一致。国际天文学联合会（IAU ）决定，1977年1月1日原子时（IAT ）零时与地球质心力学时的严格关系如下：
TDT=IAT+32.184S
若以∆T 表示地球质心力学时TDT 与世界时UT1之间的时差，则可得： ∆T=TDT-UT1=IAT-UT1+32.184S
5. 协调世界时（Coordinate universal Time——UTC ）
在进行大地天文测量、天文导航和空间飞行器的跟踪定位时，仍然需要以地球自转为基础的世界时。但由于地球自转速度有长期变慢的趋势，近20年，世界时每年比原子时慢约1秒，且两者之差逐年积累。为避免发播的原子时与世界时之间产生过大偏差，从1972年采用了一种以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种折衷时间系统，称为世界协调时或协调时。
采用润秒或跳秒的方法，使协调时与世界时的时刻相接近。即当协调时与世界时的时刻差超过±0.9s 时，便在协调时中引入一润秒（正或负）。一般在12月31日或6月30日末加入，具体日期由国际地球自转服务组织（IERS ）安排并通告。 协调时与国际原子时的关系定义为：
IAT=UTC+1S ⨯n
n 为调整参数，由IERS 发布。
6.GPS 时间系统（GPST ）
为精密导航和测量需要，全球定位系统建立了专用的时间系统，由GPS 主控站的原子钟控制。GPS 时属于原子时系统，秒长与原子时相同，但与国际原子时的原点不同，即GPST 与IAT 在任一瞬间均有一常量偏差。IAT-GPST = 19s，
GPS 时与协调时的时刻，规定在1980年1月6日0时一致，随着时间的积累，两者的差异将表现为秒的整数倍。
GPS 时与协调时之间关系 GPST=UTC+ 1S n-19s
到1987年，调整参数n 为23，两系统之差为4秒，到1992年调整参数为26，两系统之差已达7秒。
测量中的坐标系及其坐标转换
坐标转换的种类
测量中常用的坐标系
1:北京54坐标系，西安80坐标系，地方独立坐标系，WGS84坐标系, 大地坐标系，高斯－克吕格平面直角坐标系，1956和1985黄海高程系统
（1）北京54坐标系
北京54坐标系的由来及特点
它是一种参心坐标系，采用的是克拉索夫斯基椭球参数，并与前苏联1942年坐标系进行联测，可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸，它的原点并不在北京而是在前苏联的普尔科沃。
该坐标系曾发挥了巨大作用，但也有不可避免的缺点：
1：椭球参数有较大误差；
2：参考椭球面与我国大地水准面差距较大，存在着自西向东的明显的系统性的倾斜；
3：定向不明确；
4：几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一；
5：椭球只有两个几何参数，缺乏物理意义；
6：该坐标系是按分区进行平差的的，在分区的结合部误差较大。
（2）1980年国家大地坐标系
大地原点位于陕西省泾阳县永乐镇石际寺村
西安80坐标系的由来及特点
它也是一种参心坐标系，大地原点位于我国陕西省泾阳县永乐镇。
1:采用的国际大地测量和地球物理联合会于1975年推荐的椭球参数，简称1975旋转椭球。它有四个基本参数：
地球椭球长半径 a=6378140m
G 是地心引力常数
地球重力场二阶带谐系数
地球自转角速度
2：椭球面同大地水准面在我国境内最为拟合；
3：椭球定向明确，其短轴指向我国地极原点JYD1968.0方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台的子午面。
4：大地高程基准面采用1956黄海高程系统。
2000年国家大地坐标系
WGS84坐标系
前面的均是参心坐标系，就整个地球空间而言，有以下缺点：
（1）不适合建立全球统一的坐标系统
（2）不便于研究全球重力场
（3）水平控制网和高程控制网分离，破坏了空间三维坐标的完整性。
WGS84坐标系就是能解决上述问题的地心坐标系。
高斯－克吕格投影平面直角坐标系的由来及特点
为了建立各种比例尺地形图的控制及工程测量控制，一般应将椭球面上各点的大地坐标按照一定的规律投影到平面上，并以相应的平面直角坐标表示。
目前各国常采用的是高斯投影和UTM 投影，这两种投影具有下列特点：
（1）椭球面上任意一个角度，投影到平面上都保持不变, 长度投影后会发生变形，但变形比为一个常数。
（2）中央子午线投影为纵轴，并且是投影点的对称轴，中央子午线投影后无变形，但其它长度均产生变形，且越离中央子午线越远，变形愈大。
（3）高斯平面直角坐标系的坐标轴与笛卡儿直角坐标系坐标轴相反，一般将y 值加上500公里，在y 值前冠以带号。
（4）带号与中央子午线经度的关系为
高程系统的由来及特点
在测量中有三种高程，分别是大地高，正高，正常高，我国高程系统日常测量中采用的是正常高，GPS 测量得到的是大地高。
高程基准面是地面点高程的统一起算面，通常采用大地水准面作为高程基准面。所谓大地水准面是假想海洋处于完全静止的平衡状态时的海水面，并延伸到大陆地面以下所形成的闭合曲面。
我国的高程系统目前采用的是1956黄海高程系统和1985黄海高程系统。
GPS 定位的坐标系统与时间系统
坐标系统和时间系统是描述卫星运动、处理观测数据和表达观测站位置的数学与物理基础。
§2.1坐标系统的类型
在GPS 定位中，通常采用两类坐标系统：
一类是在空间固定的坐标系，该坐标系与地球自转无关，对描述卫星的运行位置和状态极其方便。
另一类是与地球体相固联的坐标系统，该系统对表达地面观测站的位置和处理GPS 观测数据尤为方便。
坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴指向和尺度所定义的。在GPS 定位中，坐标系原点一般取地球质心，而坐标轴的指向具有一定的选择性，为了使用上的方便，国际上都通过协议来确定某些全球性坐标系统的坐标轴指向，这种共同确认的坐标系称为协议坐标系。
§ 2.2协议天球坐标系
1. 天球的基本概念
天球：指以地球质心为中心，半径r 为任意长度的一个假想球体。为建立球面坐标系统，必须确定球面上的一些参考点、线、面和圈。
天轴与天极：地球自转轴的延伸直线为天轴，天轴与天球的交点Pn(
北天
极)Ps(南天极) 称为天极。
天球赤道面与天球赤道：通过地球质心与天轴垂直的平面为天球赤道面，该面与天球相交的大圆为天球赤道。
天球子午面与天球子午圈：包含天轴并经过地球上任一点的平面为天球子午面，该面与天球相交的大圆为天球子午圈。
时圈：通过天轴的平面与天球相交的半个大圆。
黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆，即当地球绕太阳公转时，地球上的观测者所见到的太阳在天球上的运动轨迹。黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，约23.50。
黄极；通过天球中心，垂直于黄道面的直线与天球的交点。靠近北天极的交点∏n 称北黄极，靠近南天极的交点∏s 称南黄极。
春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点γ。
在天文学和卫星大地测量学中，春分点和天球赤道面是建立参考系的重要基准点和基准面。
2. 天球坐标系
在天球坐标系中，任一天体的位置可用天球空间直角坐标系和天球球面坐标系来描述。
天球空间直角坐标系的定义：原点位于地球的质心，z 轴指向天球的北极Pn ，x 轴指向春分点γ，y 轴与x 、z 轴构成右手坐标系。
天球球面坐标系的定义：原点位于地球的质心，赤经α为含天轴和春分点的天球子午面与经过天体s 的天球子午面之间的交角，赤纬δ为原点至天体的连线与天球赤道面的夹角，向径r 为原点至天体的距离。
天球空间直角坐标系与天球球面坐标系
⎡x ⎤⎡cos δcos α⎤⎢y
⎥=r ⎢cos δsin α⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎢⎣z ⎥⎦⎣sin δ⎥⎦
岁差与章动 问题的提出：实际上地球自转轴（天轴）的空间指向、地球（天球）赤道面和地球（天球）黄道面的夹角（黄赤交角）和春分点在天球上的位置是否永远保持稳定不变？ 岁差：北天极（NCP ）绕北黄极（NEP ）顺时针转动，自转轴围绕北黄极画出一个圆锥，锥角等于黄赤交角ε＝23.5°，周期约为25800年。 瞬时平北天极：绕北黄极均匀移 动的北天极 瞬时北天极：观测瞬间的北天极 章动：瞬时北天极围绕瞬时平北天极产生旋
转，大致成椭圆形轨迹，其长半轴约9.2″，
主周期约18.6年。
§ 2.5时间系统
1有关时间的基本概念
在天文学和空间科学技术中，时间系统是精确描述天体和卫星运行位置及其相互关系的重要基准，也是利用卫星进行定位的重要基准。
在GPS 卫星定位中，时间系统的重要性表现在：
∙ GPS 卫星作为高空观测目标，位置不断变化，在给出卫星运行位置同时，必须给出相应的瞬间时刻。例如当要求GPS 卫星的位置误差小于1cm ，则相应的时刻误差应小于2.6 ⨯10-6s 。
∙ 准确地测定观测站至卫星的距离，必须精密地测定信号的传播时间。若要距离误差小于1cm ，则信号传播时间的测定误差应小于3 ⨯10-11s
由于地球的自转现象，在天球坐标系中地球上点的位置是不断变化的，
若要求赤
道上一点的位置误差不超过1cm ，则时间测定误差要小于2 ⨯10-5s 。
显然，利用GPS 进行精密导航和定位，尽可能获得高精度的时间信息是至关重要的。
时间包含了“时刻”和“时间间隔”两个概念。时刻是指发生某一现象的瞬间。在天文学和卫星定位中，与所获取数据对应的时刻也称历元。时间间隔是指发生某一现象所经历的过程，是这一过程始末的时间之差。时间间隔测量称为相对时间测量，而时刻测量相应称为绝对时间测量。
测量时间必须建立一个测量的基准，即时间的单位（尺度）和原点（起始历元）。其中时间的尺度是关键，而原点可根据实际应用加以选定。
符合下列要求的任何一个可观察的周期运动现象，都可用作确定时间的基准：
∙ 运动是连续的、周期性的。
∙ 运动的周期应具有充分的稳定性。
∙ 运动的周期必须具有复现性，即在任何地方和时间，都可通过观察和实验，复现这种周期性运动。
在实践中，因所选择的周期运动现象不同，便产生了不同的时间系统。在GPS 定位中，具有重要意义的时间系统包括恒星时、力学时和原子时三种。
2. 世界时系统
地球的自转运动是连续的，且比较均匀。最早建立的时间系统是以地球自转运动为基准的世界时系统。由于观察地球自转运动时所选取的空间参考点不同，世界时系统包括恒星时、平太阳时和世界时。
∙ 恒星时(Sidereal Time—ST)
以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所确定的时间称为恒星时。
春分点连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一恒星日，含24个恒星小时。恒星时以春分点通过本地子午圈 时刻为起算原点，在数值上等于春分点相对于本地子午圈的时角，同一瞬间不同测站的恒星时不同，具有地方性，也称地方恒星时。
由于岁差和章动的影响，地球自转轴在空间的指向是变化的，春分点在天球上的位置也不固定。对于同一历元，所相应的真北天极和平北天极，也有真春分点和平春分点之分。相应的恒星时就有真恒星时和平恒星时之分。
LAST ——真春分点地方时角
GAST ——真春分点的格林尼治时角
LMST ——平春分点的地方时角
GMST ——平春分点的格林尼治时角
∙平太阳时（Mean Solar Time——MT ）
由于地球公转的轨道为椭圆，根据天体运动的开普勒定律，可知太阳的视运动速度是不均匀的，如果以真太阳作为观察地球自转运动的参考点，则不符合建立时间系统的基本要求。假设一个参考点的视运动速度等于真太阳周年运动的平均速度，且在天球赤道上作周年视运动，这个假设的参考点在天文学中称为平太阳。平太阳连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一平太阳日，包含24个平太阳时。平太阳时也具有地方性，常称为地方平太阳时或地方平时。
∙ 世界时（Universal Time——UT ）
以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时称为世界时。世界时与平太阳时的时间尺度相同，起算点不同。1956年以前，秒被定义为一个平太阳日的1/86400，
是以地球自转这一周期运动作为基础的时间尺度。由于自转的不稳定性，在UT 中加入极移改正得UT1。加入地球自转角速度的季节改正得UT2。虽然经过改正，其中仍包含地球自转角速度的长期变化和不规则变化的影响，世界时UT2不是一个严格均匀的时间系统。在GPS 测量中，主要用于天球坐标系和地球坐标系之间的转换计算。
3. 原子时（Atomic Time——AT ）
物质内部的原子跃迁所辐射和吸收的电磁波频率，具有很高的稳定度，由此建立的原子时成为最理想的时间系统。
原子时秒长的定义；位于海平面上的铯133原子基态的两个超精细能级，在零磁场中跃迁辐射震荡9192631770周所持续的时间为一原子时秒。原子时秒为国际制秒（SI ）的时间单位。
原子时的原点为AT=UT2-0.0039s
不同的地方原子时之间存在差异，为此，国际上大约100座原子钟，通过相互比对，经数据处理推算出统一的原子时系统，称为国际原子时（International Atomic Time ——IAT ）
在卫星测量中，原子时作为高精度的时间基准，普遍用于精密测定卫星信号的传播时间。
4. 力学时（Dynamic Time——DT ）
在天文学中，天体的星历是根据天体动力学理论建立的运动方程而编算的，其中所采用的独立变量是时间参数T ，这个数学变量T 定义为力学时。
根据描述运动方程所对应的参考点不同，力学时分为：
∙太阳系质心力学时（Barycentric Dynamic Time——TDB ）是相对于太阳系质心的运动方程所采用的时间参数。
∙地球质心力学时（Terrestrial Dynamic Time—TDT ）是相对于地球质心的运动方程所采用的时间参数。
在GPS 定位中，地球质心力学时，作为一种严格均匀的时间尺度和独立的变量，被用于描述卫星的运动。
TDT 的基本单位是国际制秒（SI ），与原子时的尺度一致。国际天文学联合会（IAU ）决定，1977年1月1日原子时（IAT ）零时与地球质心力学时的严格关系如下：
TDT=IAT+32.184S
若以∆T 表示地球质心力学时TDT 与世界时UT1之间的时差，则可得： ∆T=TDT-UT1=IAT-UT1+32.184S
5. 协调世界时（Coordinate universal Time——UTC ）
在进行大地天文测量、天文导航和空间飞行器的跟踪定位时，仍然需要以地球自转为基础的世界时。但由于地球自转速度有长期变慢的趋势，近20年，世界时每年比原子时慢约1秒，且两者之差逐年积累。为避免发播的原子时与世界时之间产生过大偏差，从1972年采用了一种以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种折衷时间系统，称为世界协调时或协调时。
采用润秒或跳秒的方法，使协调时与世界时的时刻相接近。即当协调时与世界时的时刻差超过±0.9s 时，便在协调时中引入一润秒（正或负）。一般在12月31日或6月30日末加入，具体日期由国际地球自转服务组织（IERS ）安排并通告。 协调时与国际原子时的关系定义为：
IAT=UTC+1S ⨯n
n 为调整参数，由IERS 发布。
6.GPS 时间系统（GPST ）
为精密导航和测量需要，全球定位系统建立了专用的时间系统，由GPS 主控站的原子钟控制。GPS 时属于原子时系统，秒长与原子时相同，但与国际原子时的原点不同，即GPST 与IAT 在任一瞬间均有一常量偏差。IAT-GPST = 19s，
GPS 时与协调时的时刻，规定在1980年1月6日0时一致，随着时间的积累，两者的差异将表现为秒的整数倍。
GPS 时与协调时之间关系 GPST=UTC+ 1S n-19s
到1987年，调整参数n 为23，两系统之差为4秒，到1992年调整参数为26，两系统之差已达7秒。