大地测量 IAU1976、1980及2000A岁差章动模型的比较.pdf

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1、42中国空间科学技术2009年1O月CHINESESPACESCIENCEANDTECHNoIOGY第5期IAU1976、1980及2000A岁差章动模型的比较王明明罗建军马卫华(西北工业大学航天学院，西安710072)摘要卫星精密定轨中，需要计算天球坐标系(CRF)到地球固联坐标系(TRF)之间的转换。由于天球坐标系到地球固联坐标系转换涉及岁差和章动，如何选择精度更高、误差更小的岁差章动计算模型是首要解决的问题。文章介绍了IAU1976岁差模型、IAU1980章动模型以及IAU2000A岁差章动模型，并对不同的岁差章动模型进行建

2、模仿真。通过对比得出，IAU2000A岁差章动模型较IAU1976岁差模型、IAU1980章动模型可以给出更高的定轨精度。关键词岁差章动坐标变换地球质心力学时太阳质心力学时1引言在太阳、月球和行星引力作用下，地球自转轴相对于空间固定参考系(ICRS)不断发生变化。天极在恒星间的运动可描述为一项长周期运动——岁差与一系列短周期运动——章动的合成。1980年~2003年，岁差计算均基于IAU1976岁差模型，而章动计算一般基于IAU1980章动模型，这也是目前大部分工程单位依然在用的模型。经精密观测发现，IAU1976岁差模型每年约有

3、3×1O角秒的误差，IAU1980章动模型也有一些误差。为了提高测量精度，对于精确天体测定与大地测量需采用更加精确的计算模型。2003年，国际地球自转服务组织(IERS)通过决议决定启用IAU2000岁差章动模型，并给出A、B两个版本，其中IAU2000B模型计算简单，但较IAU2000A模型精度低。本文讨论了1AU1976岁差模型、1AU1980章动模型以及IAU2000A岁差章动模型，通过数值计算分析其差异，为卫星精密定轨中岁差章动模型的选用提供了依据。2坐标变换天球坐标系(CRF)与地球固联坐标系(TRF)之间的转换可表示为

4、r(t)TRF===W(t)R(tf)N(t)P(t，t0)，(to)cRF式中r(t)为t时刻地固坐标系下的三维位置矢量；r(t。)为t。时刻天球坐标系下的三维位置矢量；P(t，t。)为t。到t的岁差矩阵；N(t)=Rl(～e—Ae)R。(一△)R，(￡)为t时刻的章动矩阵；R(t)一R。(0o。)为t时刻的恒星时矩阵，6lG盯为世界时UT1的函数，具体计算见参考文献[13；W(t)一R(一z)R。(-y)为t时刻的极移矩阵，IERS每月定期发布A、B、C、D四类公告(具体下载网址为http：／／www．iers．org)，其中

5、公告A给出了地球极移z，Y的每日具体值；R-()，R()与R。()分别为绕z，Y和z轴转动角的旋转矩阵。以下介绍岁差矩阵P(t，t。)与章动矩阵N(￡)的计算。收稿日期：2008—11—07。收修改稿日期：2009—02—23009年1O月中国空间科学技术433岁差计算模型在Et月行星引力的共同影响下，由于黄赤交角e的存在(约为23．44。)，北天极绕北黄极以顺时针方向缓慢旋转，构成一个以黄赤交角e为半径的小圆，从而使春分点在黄道上西移。春分点西移导致了岁差的产生。Lieske等人给出的IAU1976岁差模型[3表达式为A一503

6、8．7784Ht一1．07259"t一0．001147~t。、A—Eo+0．051zT"t一0．007726。：lyA一10．5526一2．38064"t一0．001125"t3『-￡一e。一46．8150一0．00059+0．001813"t。l：==2306．218l"t+0．30188"t。+0．017998"t。、0A：：=2004．3109一0．42665"t一0．041833。LA一2306．2181+1．09468+0．018203"t3IIAU2000A岁差章动模型[6中关于岁差的表达式为一5038．47875"t

7、一107259"t一0001147"t3]．．A一￡o一0．025z4"t+0．05127一0．007726。IyA一10．5526"t一2．38064"t一0．001125"t3re一￡。一46．84024一0．00059+0．001813,t3I式中￡o一84381．448。岁差旋转矩阵P(t，t。)一R1(一￡。)·R。()·R1(A)·R。(-ZA)，可保证4个世纪内达到1O角秒的精度。Capitaine等人给出了同上述岁差计算模型等效的算法：一2．$976176+2306．0809506+0．3019015"t+0．01

8、79663"t。一O．0000327，，￡一0．000000Z,t50A一2004．1917476"t一0．4269353一0．041825l"t3—0．ooo0601，f一0．00000015A一一2．5976176+2306．0803226+1