世界时、UTC、GPS时、本地时间、闰秒

1 时间坐标系统转换方法研究1.1 不同时间类型研究内容中涉及到7种不同时间类型，分别是协调世界时（UTC ）、地球动力学时（TT ）、国际原子时（TAI ）、太阳系质心动力学时（TDB ）、地心坐标时（TCG ）、GPS 时（GPST ）和北斗时（BDT ）。

UTC 是协调世界时，协调世界时的秒长严格等于原子时的秒长，而协调世界时与世界时UT 间的时刻差规定需要保持在0.9s 以内，否则将采取闰秒的方式进行调整。

闰秒一般发生在6月30日及12月31日。

地球动力学时（TDT ）是建立在国际原子时TAI 的基础上的，其秒长与国际原子时相等。

1991年，第21届IAU 大会决定将地球动力学时（TDT ）改称为地球时（TT ）。

地球时（TT ）和国际原子时（TAI ）之间的关系式可以表示为：32.184TT TAI s =+ （1-1）国际原子时间（TAI ），是地球上的时间基准，它由国际时间局从多个国家的原子钟分析得出，被定义为：32.184()TAI TT s UTC =-=+跳秒 （1-2）太阳系质心动力学时有时也被简称为质心动力学时。

这是一种用以解算坐标原点位于太阳系质心的运动方程（如行星运动方程）并编制其星表时所用的时间系统。

质心动力学时（TDB ）和地球时的（TT ）之间没有长期漂移只有周期项变化，即0.001658sin s TDB TT M -=0e 20.000014sin 2()s MV X X c +-+ （1-3）其中M 为地球绕日公转的平近点角；e V 为地球质心在太阳系质心坐标系中的公转速度矢量；0X 为地心在太阳系质心坐标系中的位置矢量；X 为地面钟在太阳系质心坐标系中的位置矢量；0X X -实际上就是地面钟在地心坐标系中的位置矢量；c 为真空中的光速。

地心坐标时（TCG ）是原点位于地心的天球坐标系中所使用的第四维坐标—时间坐标，用于讨论绕地球运行的卫星等天体的运动规律、编制相应的星历。

有关机器时间UTC时间本地时间的总结
一、机器时间
机器时间是一种硬件计时单位，用于描述计算机处理器或操作系统在
执行一个指令所花费的时间，这个时间通常是根据处理器的运行频率（时
钟频率）来进行测量的。

机器时间用于记录计算机在做什么，以实现计算
机运行时间的跟踪，让用户可以查看计算机系统处理任何程序或任务的实
际运行时间，并确定该运行时间是否超过允许的最大时间。

二、UTC时间
UTC时间（协调世界时间）是一种全球通用的时间，由世界卫星组织（ITU）规定，作为替代国际历法的时间标准，是一种基于原子钟（零绝
对秒）的世界时间。

从技术上讲，UTC是一种“均等时间”，在各地的时
区调整中，UTC被拆分成本地时间，但任何一种本地时间都可以基于UTC
转换回去，而不会因为时区变化而受影响，或者说UTC属于国际统一时间，就是说，当你在一个时区的指定时刻，在另一个时区也是同一个时刻。

三、本地时间
本地时间是指地球上的一些特定位置上的一种特定时间，它可以是根
据其他时间标准来表示的，如公历、格林尼治时间和协调世界时间（UTC）等，通常使用当地历法来表示，以满足当地的日、周、月的需求（如星期几、几月几号）。

时间时间系统确定时刻有两个条件：（1）时间单位（计量单位）。

在这连续的一直向前的时间进行中，可选择一种比较均匀的、有连续重复周期的物质运动现象作为时间的计量单位。

选择不同的计量单位就得到了不同的时间计量系统。

（2）确定时间计量的起点测量时间和发布时间信号是天文台的主要任务之一。

1．世界时系统(Universal Time System)（1）世界时系统建立在地球自转基础上的时间系统，分为：恒星时(s, Sidereal Time)：以春分点为参考点的视运动现象得出的时间。

是天文学上的专用时间，在航海中实际应用较少。

视太阳时(T⊙,Apparent Time)：以视太阳(Apparent Sun)为参考点的视运动现象得出的时间。

平太阳时(T,Mean Solar Time)：以平太阳(Mean Sun)为参考点的运动得出的时间。

平太阳时又可分为地方平太阳时(Local Mean Time)和世界时(Universal Time，UT)：零度经线处的平太阳时间。

（2）地球自转不均匀地球自转不但不均匀，而且还有季节性和短期性的变化。

现已弄清的有以下几种原因：①地球自转长期减慢的现象引起长期减慢的原因，一般认为是受潮汐磨擦力的影响。

日长大约在100年内增长0s.0016。

②地球自转不规则的变化地球自转有时快有时慢。

在快慢交替的时候，变化相当显著，变化量将超过地球自转在100年内长期减慢所积累起的数值。

原因：多方面，①内部物质的移动；②太阳光斑喷射的微粒子流与地球磁场耦合而产生得阻尼影响。

③地球自转的季节性变化周期较短，变化周期为一年和半年，变化振幅最大可达0s.03左右。

原因：科学家们认为是由大气环流的季节性变化造成的。

④地球自转的短周期变换周期为一个月和半个月，振幅在1毫秒以下，全部积累起来的影响在最大时也不超过3豪秒。

⑤极移地球除自转速度不均匀外，地极在地球表面上24米×24米范围之内作反时针近似圆形螺旋曲线的周期运动，这种现象称为“极移”。

utc实现原理UTC（协调世界时）是一种时间系统，它的实现原理主要基于原子钟和国际原子时（TAI），通过加入闰秒等方式与世界时（UT1）保持同步，以保持与地球自转的时间一致。

UTC时间的定义可以追溯到20世纪初期，当时全球各地使用的时间不统一，导致交通、物流等领域的运作受到影响。

因此，引入了格林尼治标准时间，并不断升级完善。

在1972年之后发射的通信卫星上，通过GPS星座传输的UTC时间成为了全球使用的时间标准。

UTC时间的实现依赖于原子钟，特别是铯原子钟，其精度可以达到纳秒级。

原子钟通过收集卫星发射回来的信号，计算出接收器所在的位置和时间，完成定位服务。

原子钟的计时方式使得GPS时钟可以持续工作1000年以上，因此，GPS时钟也被广泛应用于科研领域和实验室精密实验。

UTC时间的应用非常广泛，涉及到通信、天文学、航空航天、物流、金融等多个领域。

通过UTC时间的统一，可以使得各个领域的运作更加高效、安全。

然而，UTC时间并非完美无缺，在极端情况下，如重要国家遭遇核战争，GPS卫星可能会遭到攻击而导致UTC时间无法被正确的传输。

因此，也有一些专家主张应该尽早地寻找一种更加稳定可靠的时间标准。

未来，随着科学技术的进步以及通信技术的快速发展，UTC时间的使用将会越来越广泛。

特别是在物联网、区块链等新兴技术应用中，UTC时间的角色将变得越来越重要。

同时，一些学者也在呼吁需要寻找一种更加稳定的时间标准来替代UTC时间。

例如，美国国家标准局提出了一种新的时间标准——Universal Time Scale 2021（UTS 2021），这一标准建立在更为精确的物理量参照上，与UTC时间不同的是，UTS 2021将会是一个完全无偏移的标准时间。

总之，UTC时间的实现原理基于原子钟和国际原子时，通过加入闰秒等方式与世界时保持同步。

UTC时间的应用广泛，对于各个领域的运作具有重要意义。

然而，也需要不断探索更加稳定可靠的时间标准以适应未来社会的发展需求。

GPS时间系统概述和世界时系统6．1 GPS时间系统概述 时间包含“时刻”和“时间间隔”2个概念。

所谓时刻，即发⽣某⼀现象的瞬间。

在天⽂学和卫星定位中、与所获数据对应的时刻也称为历元。

时间间隔则是指发⽣某⼀现象所经历的过程，是这⼀过程始末的时刻之差。

所以，时间间隔测量也称为相对时间测量，⽽时刻测量相应地称为绝对时间测量。

要测量时间，必须建⽴⼀个测量基准，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．⽽原点可以根据实际应⽤加以选定。

⼀般地，任何⼀个可观察的周期运动现象，只要符合以下要求．都可以⽤做确定时问的基推： （1）运动应是连续的，周期性的。

（2）运动的周期应具有充分的稳定性。

（3）运动的周期必须具有复现性、即要求在任何地⽅和时间，都可以通过观测和实验，复现这种周期性运动。

时间测量基准不同，则描述的时刻和时间间隔都不相同，从⽽得到了不同的时间系统。

在天⽂学和空间科学技术中，时间系统是精确描述天体和⼈造卫星运⾏位置及其相互关系的重要基准，因⽽也是⼈类利⽤卫星进⾏定位的重要基难。

在GPS卫星定位中，时间系统的重要意义主要表现为如下⼏点。

（1）GPS卫星作为⼀个⾼空观测⽬标，其位置是不断变化的。

因此，在给出卫星运⾏位置的同时．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1M时，则相应的时刻误差应⼩于2．6xl0。

（2）GPS定位是通过接收和处理GPS卫星发射的⽆线电信号来确定⽤户接收机（即观测站）⾄卫星间的距离（或距离差），进⽽确定观测站的位置的。

因此，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。

若要求其距离误差⼩于1M，则信号传播时间的测定误差应⼩于3xlo—10。

（3）由于地球的⾃转，地球上点在天球坐标系中的位置是不断交化的。

若要求⾚道上⼀点的位置误差不超过1cm，则时间的测定误差应⼩于2x10-5s。

显然，利⽤GPS进⾏精密的导航与测量，应尽可能获得⾼精度的时间信息。

关于时间的几个概念（UT0\TAI\UTC等）在时间概念方面经常提到以下术语：平均太阳日、世界时、国际原子时、协调世界时、闰秒等，下面对这些术语分别进行解释和定义。

(1) 平均太阳日人们习惯上是以太阳在天球上的位置来确定时间的，但因为地球绕太阳公转运动的轨道是椭圆，所以真太阳周日视运动的速度是不均匀的（即真太阳时是不均匀的）。

为了得到以真太阳周日视运动为基础而又克服其不均匀性的时间计量系统，人们引进了平均太阳日的概念。

平太阳时的基本单位是平太阳日，1平均太阳日等于24平均太阳小时，1平均太阳小时等于86400平均太阳秒。

(2) 世界时（UT0/UT1/UT2）以平子夜作为0时开始的格林威治（英国伦敦南郊原格林尼治天文台的所在地，它又是世界上地理经度的起始点）平太阳时，就称为世界时。

世界时与恒星时有严格的转换关系，人们是通过在世界各地利用天文望远镜观测恒星后平均得到世界时的，其精度只能达到10-9。

由于地极移动和地球自转的不均匀性，最初得到的世界时，也是不均匀的，我们将其记为UT0；人们对UT0 加上极移改正，得到的结果记为UT1；再加上地球自转速率季节性变化的经验改正就得到UT2。

(3) 国际原子时（TAI）原子时间计量标准在1967年正式取代了天文学的秒长的定义新秒长规定为：位于海平面上的铯Cs133原子基态的两个超精细能级间在零磁场中跃迁振荡9192631770个周期所持续的时间为一个原子时秒，我们称之为国际原子时（TAI），其稳定度可以达到10-14以上。

另外规定原子时起点在1958年1月1日0时（UT），即在这一瞬间，原子时和世界时重合。

(4) 协调世界时（UTC）相对于以地球自转为基础的世界时来说，原子时是均匀的计量系统，这对于测量时间间隔非常重要。

但世界时时刻反映了地球在空间的位置，并对应于春夏秋冬、白天黑夜的周期，是我们熟悉且在日常生活中必不可少的时间。

为兼顾这两种需要，引入了协调世界时（UTC）系统。

授时国外基准
国外的授时基准通常是由国家或国际标准组织（如国际原子能机构）提供的。

以下是一些国外常用的授时基准：
1. 格林尼治标准时间（GMT）：格林尼治标准时间是以英国
伦敦格林尼治天文台的本地时间作为基准的时间系统。

它是世界上最早的标准时间系统之一。

2. 协调世界时（UTC）：协调世界时是基于原子钟的国际时间标准。

它是由国际电信联盟和国际度量衡局共同制定和维护的。

UTC通常用作世界各地的协调时间基准。

3. GPS时间：全球定位系统（GPS）时间是由美国空军维护的一种授时系统。

它使用原子钟来提供高精度的时间信息，用于导航和定位目的。

4. 原子钟时间：许多国家和地区都拥有自己的原子钟，用于提供高精度的时间。

这些原子钟通常由国家实验室或科学研究机构维护。

5. 欧洲经济共同体时间（CET）：欧洲经济共同体时间是欧洲大陆的标准时间。

它通常比格林尼治标准时间提前一个小时。

这些授时基准通过各种方式向全球广播，包括无线电广播、互联网和卫星信号等。

无论是国内还是国外，通过接收这些授时信号，我们都可以获得准确可靠的时间信息。

GPS时间概念一、时间系统1、协调世界时（UTC）以平子夜时为零时的格林尼治平太阳时（以地球自转为基准）称为世界时（UT）。

在世界时中引入极移改正和地球自转速度的季节改正，由此得到的世界时表示为UT1、UT2：UT1 ＝UT + 极移改正；UT2 ＝UT1 + 地球自转速度的季节改正；由于地球自转有长期变慢趋势，世界时每年比原子时慢1s左右。

为避免原子时与世界时相差太大，1972年引入协调世界时（UTC）：以原子时为秒长，在时刻上尽量接近于世界时。

当UTC与世界时的时刻差超过0.9秒，便在协调世界时中引入一闰秒，即跳秒。

UTC与IAT关系为：IAT ＝UTC +1s*N；N为跳秒次数2、GPS时间（GPST）GPS时零时为1980年1月6日零时，起始时间与UTC时间对齐。

属原子时系统，秒长与原子时相同。

GPST与原子时（IAT）关系为：IAT ＝GPST + 19s（1980年1月6日前的跳秒数）＝UTC + 1s*N；GPST与UTC关系为：GPST ＝UTC + 1s*N －19s；综上，世界时和UTC是都是在变慢，世界时是因为秒长变长，UTC是为了保持与世界时一致引入跳秒，人为延缓，GPS时则与原子时保持一致，固定不变的计时，导致GPS时总是大于UTC时。

二、卫星位置计算中的时间1、星历中时间变量及含义Toc：卫星钟改正参数的参考时刻，time of clock，计算卫星钟差a0+a1*(t-Toc)+a2*(t-Toc)*(t-Toc)Tow：卫星周秒，time of weekToe: 星历参数参考时刻，time of ephemeris,初相时Toa：历书参考时刻，time of almanacZ计数：Z计数从本质上讲是一个时间计数，它给出了下一子帧开始的GPS 时，为方便起Z计数给出的是从每星期的的起始时刻（周六午夜）开始播发的子帧数。

由于每一子帧持续时间为6s，所以下一子帧开始的时刻为6*Z秒///////////////////意义待考证IODCAODC: 卫星钟改正参数的数据龄期表示钟改正参数的外推时间，外推时间越短，精度越高AODC = Toc - TL ,TL为计算卫星钟改正参数时所用到的观测资料中最后一次观测值的观测时间。

世界时（Universal Time），通常缩写为UT，是一种用于测量和记录时间的国际标准。

以下是世界时系统的一些重要概念和解释：世界时（Universal Time，UT）：世界时是一种基于地球自转周期的时间系统。

它是一种平均时间，通过平均地球上多个天文台的观测结果来计算。

世界时的目的是提供一个标准的全球时间，以便在天文观测、导航、通信等领域进行协调。

格林尼治平均时间（Greenwich Mean Time，GMT）：格林尼治平均时间是最早使用的世界时标准，基于英国伦敦的格林尼治皇家天文台的本初子午线。

它通常被视为UT的前身，但现在已经不再广泛使用。

GMT通常与世界时（UT）是一致的。

协调世界时（Coordinated Universal Time，UTC）：协调世界时是现代全球时间标准，它是以原子钟的精确度来维护的，与GMT或UT之间的差异非常微小。

UTC通过将闰秒（Leap Second）插入时间标度来保持与地球自转的同步。

这意味着UTC的秒长有时会略微增加或减少以适应地球自转的不规则性。

国际原子时（International Atomic Time，TAI）：国际原子时是以原子钟为基础的高精度时间标准，不考虑地球自转的不规则性。

UTC是由TAI调整后的时间，通过插入闰秒来与UT同步。

世界时差（Time Zone）：为了适应地球的自转和时区的需要，全球被划分为不同的时区，每个时区在UTC基础上增加或减少若干小时来表示当地时间。

时区通常按照经线划分，使每个时区的本地时间相对于UTC有明确的差异。

总之，世界时系统旨在提供一个全球标准时间，以协调国际活动和通信。

它包括不同的时间标准，如GMT、UTC和TAI，以适应地球自转的不规则性和时区的需求。

关于闰秒、时间系统等介绍闰秒（或称为跳秒）是对协调世界时作出加一秒或减一秒的调整。

国际原子时的准确度为每日数纳秒，而世界时的准确度为每日数毫秒。

对于这种情况，一种称为协调世界时的折中时标于1972年面世。

为确保协调世界时与世界时相差不会超过0.9秒，在有需要的情况下会在协调世界时内加上正或负一整秒。

这一技术措施就称为闰秒。

闰秒成因原理科学上有两种时间计量系统：基于地球自转的天文测量而得出的“世界时”和以原子振荡周期确定的“原子时”。

“世界时”由于地球自转的不稳定（由地球物质分布不均匀和其它星球的摄动力等引起的）会带来时间的差异，“原子时”（一种较恒定的时制，由原子钟得出）则是相对恒定不变的。

这两种时间尺度速率上的差异，一般来说一至二年会差大约1秒时间，自1980年1月至今（2012年11月）已经正闰秒16次。

协调世界时（UTC , Universal Time Coordinated）是我们日常生活所用的时间，是一种折衷的时间尺度，它用原子时的速率，而在时刻上逼近世界时，所用方法就是“闰秒”，当协调世界时和世界时之差即将超过±0.9秒时，就对协调世界时作一整秒的调整。

UTC在本质上还是一种原子时，因为它的秒长规定和原子时秒长相等，只是在时刻上，通过人工干预（闰秒），尽量靠近世界时。

GPS时间系统GPS时间系统，简称GPST，属于原子时系统，秒长即为原子时秒长。

为了精密导航和测量的需要，GPS建立了专用的时间系统，改系统可简写为GPST，由GPS主控站的原子钟控制，GPST属于原子时系统，其秒长与原子时相同，但与国际原子时具有不同的原点，规定GPST与协调时的时刻于1980年1月6日0时相一致，其后随着时间的积累，两者之间的差别将表现为妙的整倍数。

自1980年至今（2012年11月）已经正闰秒16次。

UTC时间和GPS时间差16秒。

UTC-GPST ≈-16S，也就是GPS时间比UTC时间大16秒。