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什么是空间大地测量?空间大地测量技术有哪些?

时间:2024-03-22     

  空间大地测量

  利用自然天体或人造天体来精确测定点的位置,确定地球的形状、大小、外部重力场,以及它们随时间的变化状况的一整套理论和方法称为空间大地测量学。

  空间大地测量包含两个要素:一是必须利用空间的自然天体或人造天体所发出的信号来进行观测或将它们作为观测目标;二是所做的工作必须属于大地测量的范畴,如精确测定点的坐标及其变化率;确定地球重力场及其变化;确定地球的运动和相关参数。如果只利用人造地球卫星来完成上述工作,则称为卫星大地测量。卫星大地测量是空间大地测量的一个重要分支。

  空间大地测量主要任务

  归纳起来大体上可分为两类:一类是建立和维持各种坐标框架,这些坐标系统和参考框架既可以是全球性的,也可以是区域性的或局部性的;既包含地球参考框架,也包含天球参考框架。为了实现地球坐标系统和天球坐标系统之间的坐标转换,还必须精确确定地球定向参数。另一类是确定地球重力场。

  空间大地测量技术

  1.甚长基线干涉测量(VLBI):两台配备了高精度原子钟、相距遥远的射电望远镜A和B,同时对来自某一射电源的信号进行观测,利用于涉测量的方法对两台分别记录的信号进行相关处理,以求得信号到达A、B两站的时延以及时延的变率,进而精确确定基线向量,以及从射电望远镜至射电源的方向的一整套理论、方法和技术称为甚长基线干涉测量。

  2.激光测卫(SLB):利用安置在地面测站上的激光测距仪对配备有后向反射棱镜的卫星进行距离测量,根据激光脉冲测距信号往返传播的时间来测定从地面测站至卫星的距离的方法和技术称为激光测卫。

  3. GNSS:全球卫星定位测量采用载波相位测量及相应的数据处理技术后,即可精确测定从卫星至测站的距离,精度可达毫米级至厘米级。

  4. DORIS:DORIS是法国研制组建的采用多普勒测量的方法来进行卫星定轨和定位的综合系统。与子午卫星系统相反,在地面跟踪站上安装信号发射机,而卫星上则安装信号接收机。卫星多普勒测量是指通过卫星信号接收机测定卫星发播的无线电信号的多普勒频移或多普勒计数,以确定测站到卫星的距离变化率或到卫星相邻两点间的距离差,进而确定测站的三维地心坐标或两点的坐标差的技术和方法。

  5.利用卫星轨道摄动反演地球重力场:人造地球卫星受地球形状摄动、大气阻力、太阳光压力、日、月引力等级动力的影响,其轨道会产生摄动。若用摄影观测、激光测距、多普勒测量等方法来精确测定卫星轨道并进而求得轨道摄动量后,就能反演出地球重力场。

  6.卫星测高:其基本工作原理是用测高卫星上配备的微波(激光)测高雷达来测定至海平面的垂直距离,并利用SLR、GPS、DORlS等方法来精确确定该卫星的轨道,从而求得平均海面的形状,经潮汐、洋流、海面地形等改正后,获得海洋地区的大地水准面,并反求出地球重力场。目前,卫星测高可达厘米级的精度。

  7.卫星跟踪卫星:卫星跟踪卫星一般可采用两种不同的模式;高-低模式和低-低模式。即高轨卫星跟踪低轨卫星模式和低轨卫星跟踪低轨卫星模式。

  8.卫星重力梯度测量:卫星重力梯度测量是利用安置在卫星上的差分加速度计来测定重力加速度在XYZ三个方向上的加速度分量之差来求得重力加速度分量在三个方向上的梯度,即重力位的二阶偏导数,进而来推求地球重力场的一种卫星重力学方法。2009年3月发射的GOCE卫星就是采用这种方法工作的一颗重力卫星。

  在上面介绍的八种空间大地测量技术中,前四项技术主要用于建立和维持各种坐标系,以及测定地球定向参数。其中部分技术还可用于导航、时间传递、大气研究(电离层、对流层)、测定地球重力场。后四种技术主要用于测定地球重力场,部分技术还可用于海洋学研究和大气研究等。


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