Основной астрономической единицей измерения времени являются сутки (86400 с) - интервал времени, за который Земля делает один полный оборот вокруг своей оси относительно какой-либо точки на небесной сфере. Звездные сутки отсчитываются между двумя последовательными верхними положениями точки весеннего равноденствия. Для точного расчета времени приходится учитывать, что ось вращения Земли совершает медленное периодическое колебательное движение, состоящее из прецессии (движение по конусу) и нутации - колебания оси. Кроме этого суточное вращение Земли нестабильно и длительность суток нестабильна.
В связи с этим в 1967 г. решением XIII Генеральной конференции по мерам и весам принято понятие атомной секунды как более стабильной единицы времени. Атомная секунда равна интервалу времени, в течение которого совершается 9192631770 колебаний, соответствующих резонансной частоте энергетического перехода между уровнями атома цезия-133 при отсутствии внешних воздействий. Атомная секунда принята в настоящее время за единицу времени в системе СИ. Осреднение показаний различных атомных эталонов времени позволило создать шкалу международного атомного времени.
Каждый навигационный спутник оснащен своими собственными часами наиболее совершенной конструкции, достигнутой в наше время. Относительная погрешность таких часов 1·10-13, т. е. часы могут "отстать" или "спешить" всего на 0,000003 секунды за год. Но и эта величина ошибки считается слишком большой, и часы на спутнике постоянно контролируются с Земли и сравниваются с эталонными часами на Земле, для которых создают наиболее стабильные условия. Эта операция называется синхронизацией часов. Эталонные часы на Земле являются основными опорными часами, которые создают свою шкалу времени для спутниковой навигационной системы.
Начало отсчета времени GPS ведется от января 5, 1980 г. с 0h. Поэтому начало недели GPS ведется от полуночи (время универсальное) между субботой и воскресеньем. Время в системе GPS имеет свою собственную шкалу и определяется часами главной станции контроля. Длительность секунды GPS отличается от шкалы времени UTS, т. е. время GPS не идентично времени UTS. Это различие отслеживается и передается в навигационном сообщении. На 1 июля 1992 г. различие составляло около 8 секунд (время GPS опережает время UTS).
В приемниках, которые используют геодезисты для координатных определений, тоже используются достаточно стабильные часы. Но в связи с тем, что геодезический приемник должен быть компактным, легким и дешевым, часы в приемнике примерно в миллион раз менее стабильны часов, установленных на спутнике. В связи
170
Рис. 14.9. Геоцентрическая инерциальная система координат
с этим, при каждом сеансе измерений производится синхронизация часов приемника с часами навигационной спутниковой системы.
Движение искусственных спутников Земли происходит по законам небесной механики под действием сил инерции и сил притяжения Земли. Для описания такого движения используется геоцентрическая инерциальная система координат X0Y0Z0 (рис. 14.9). Начало координат расположено в центре массы Земли, ось Х0 лежит в плоскости экватора и направлена в точку весеннего равноденствия (точку Весны или Овна 
), ось Z0 направлена вдоль оси вращения Земли в сторону Северного Полюса, ось Y0 дополняет прямоугольную систему координат до полной (правой). Кроме этого используется геоцентрическая подвижная система координат XYZ. В навигационной системе координат ГЛОНАСС ее называют ПЗ-90, а в NAVSTAR GPS- WGS-84. Центр этой системы координат совпадает с центром системы X0Y0Z0, ось Z также совпадает с осью Z0, а ось X проходит через Гринвичский меридиан. Ось X в процессе суточного вращения Земли периодически проходит через Весны. Интервал времени между двумя такими последовательными моментами соответствует одним звездным суткам.
Информация о движении спутников прогнозируется и вычисляется в геоцентрической подвижной системе координат.
171
