1-空間大地測量學(xué)-緒論1-2-3

1、1/68,1/66,主講:魏二虎,2/68,基本情況和要求,課程名稱：空間大地測量學(xué)課程性質(zhì)：研究方向必修課，2學(xué)分授課教授：魏二虎博士課時：總課時：36，共9周4課時/周出勤率最終成績平時作業(yè)：報告/論文 ，占總成績的40%最終考試：報告/論文 ，占總成績的60%,3/68,基本情況和要求(續(xù)),參考資料教材：空間大地測量學(xué)（李征航，魏二虎，王正濤，彭碧波），武漢大學(xué)出版社，2010.3參考資料：空間大地測量

2、理論基礎(chǔ)（李征航，徐德寶，董挹英，劉彩璋），武漢測繪科技大學(xué)出版社，1998空間大地測量，中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1988衛(wèi)星大地測量，測繪出版社，1990VLBI,SLR,LLR,GNSS技術(shù)及應(yīng)用與空間大地測量的期刊論文空間大地測量的期刊論文IERS,IVS,ILS,IGS網(wǎng)絡(luò)國際國內(nèi)的有關(guān)空間計劃,4/68,聯(lián)系信息,主講教授：魏二虎辦公室武漢大學(xué)信息學(xué)部，4號樓419室測繪學(xué)院，空間定位與導(dǎo)航工程研究所電

3、話: 座機：027-68758505(O), 87377786(H)移動電話：13387580007E-mail: ehwei@sgg.whu.edu.cn,5/68,目 錄,第一章、緒論第二章、時間系統(tǒng)第三章、坐標(biāo)系統(tǒng)第四章、VLBI原理及應(yīng)用第五章、激光測衛(wèi)和激光測月第六章、衛(wèi)星測高第七章、重力衛(wèi)星測量第八章、衛(wèi)星導(dǎo)航定位及脈沖星導(dǎo)航定位,6/68,目 錄,→第一章、緒論第二章、時間系統(tǒng)第

4、三章、坐標(biāo)系統(tǒng)第四章、VLBI原理及應(yīng)用第五章、激光測衛(wèi)和激光測月第六章、衛(wèi)星測高第七章、重力衛(wèi)星測量第八章、衛(wèi)星導(dǎo)航定位及脈沖星導(dǎo)航定位,7/68,第1章的作業(yè),題目傳統(tǒng)/天文觀測手段用于大地測量的研究形式：報告或論文報告包括：研究現(xiàn)狀論述存在的問題及影響論文在報告的基礎(chǔ)上，還包括：解決方法、公式推導(dǎo)、軟件設(shè)計等實驗、計算、結(jié)果分析結(jié)論及展望參考文獻對這次研究的自我評價.,8/68,目 錄,第

5、一章、緒論1.1 傳統(tǒng)大地測量的局限性1.2 空間大地測量的產(chǎn)生1.3 空間大地測量的定義、任務(wù)及幾種主要技術(shù),9/68,§1.1傳統(tǒng)大地測量的局限性,1、大地測量學(xué)1）概念是研究：地球的形狀，大小；地球的外部重力場；以及它們隨時間的變化狀況的一門科學(xué)。,10/68,§1.1傳統(tǒng)大地測量的局限性,1、大地測量學(xué)（續(xù)）2）必要性或意義測量工程的需要和基礎(chǔ)：坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)控制點成果-控制測量-上

6、級控制點-坐標(biāo)系統(tǒng)（高程系統(tǒng)）；地形圖-地形點測量、遙感地形施工點成果-工程設(shè)計、放樣測量；,11/68,§1.1傳統(tǒng)大地測量的局限性,1、大地測量學(xué)（續(xù)）2）必要性或意義（續(xù)）導(dǎo)航系統(tǒng)的需要：坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)陸、海、空,12/68,§1.1傳統(tǒng)大地測量的局限性,1、大地測量學(xué)（續(xù)）3）大地測量學(xué)與坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)規(guī)則數(shù)學(xué)體-地球形狀及其變化海拔高程系統(tǒng)海拔高程起算面-大地水準(zhǔn)面-地球重力場及其

7、變化,13/68,§1.1傳統(tǒng)大地測量局限性,2、常規(guī)大地測量方法測量距離方位角水準(zhǔn)等觀測量數(shù)據(jù)處理最小二乘 主要采用：條件平差法,14/68,3、常規(guī)大地測量過程 由于平面和高程的基準(zhǔn)面不同、測量方法不同，國家平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)通常是分別實現(xiàn)的。,§1.1傳統(tǒng)大地測量局限性,15/68,1）國家平面坐標(biāo)系統(tǒng)實現(xiàn)過程,主要工作： 有以下五項工作：（1）國家平面控制網(wǎng)布設(shè)（2

8、）建立大地基準(zhǔn)、確定全網(wǎng)起算數(shù)據(jù)（3）控制網(wǎng)的起始方位角的求定（4）控制網(wǎng)的起始邊長的測定（5）其它工作,16/68,1）國家平面坐標(biāo)系統(tǒng)實現(xiàn)過程,（1）布設(shè)國家平面控制網(wǎng)國家平面控制網(wǎng)一般采用：三角鎖、三角網(wǎng)電磁波測距導(dǎo)線，等形式來布設(shè)；,17/68,（2）建立大地基準(zhǔn)、確定全網(wǎng)起算數(shù)據(jù)①建立大地基準(zhǔn) 一般使用天文重力網(wǎng)完成兩項工作：ⅰ確定參考數(shù)學(xué)規(guī)則體的形狀及參數(shù)，如參考橢球的：長短半軸定向長短半軸大小橢球

9、扁率,1）國家平面坐標(biāo)系統(tǒng)實現(xiàn)過程（續(xù)）,18/68,①建立大地基準(zhǔn)（續(xù)）,ⅰ確定參考數(shù)學(xué)體參數(shù)這一部分工作借助于國際資料：選擇已有參考橢球；橢球短軸平行于地球自轉(zhuǎn)軸 ，大地起始子午面平行于天文起始子午面 ；1954北京坐標(biāo)系：采用卡拉索夫斯基橢球參數(shù)；西安80坐標(biāo)系采用IUGG1975推薦的橢球參數(shù)。,19/68,ⅱ、進行參考橢球的定位條件 在一定范圍內(nèi)與大地水準(zhǔn)面吻合最好：幾何上表達(dá)為橢球面在地區(qū)或全

10、國范圍內(nèi)與大地水準(zhǔn)面相重合或相差數(shù)接近常數(shù)。做法 采用局部的大地測量資料：重力測量、水準(zhǔn)測量等資料：大地水準(zhǔn)面差距平方和：∑（N2)=Min；或高程異常平方和：∑（ζ2)=Min或垂線偏差平方和：∑（ ξ2+η2）=Min,①建立大地基準(zhǔn)（續(xù)）,20/68,②確定全網(wǎng)起算數(shù)據(jù),ⅰ大地原點的確定 ξ0、η0、 N0的絕對值最小。 在以上條件下，求定大地原點上的垂線偏差（ ξ0，η0）及大地水準(zhǔn)面差距N

11、0。,,,,21/68,②確定全網(wǎng)起算數(shù)據(jù)（續(xù)）,ⅱ大地原點坐標(biāo)和起始方向： 在大地原點上進行高精度的天文觀測測得該點的天文經(jīng)緯度：(λ0,φ0)及到某一目標(biāo)的天文方位角α0。通過下列公式轉(zhuǎn)換為大地原點的大地經(jīng)緯度（L0,B0)及到某一目標(biāo)的大地方位角A0:L0= λ0- η0secφ0B0= φ0- ξ0A0= α0- η0tgφ0,22/68,②確定全網(wǎng)起算數(shù)據(jù)（續(xù)）,ⅲ 各天文點的大地水準(zhǔn)面差距Ni根據(jù)N0和各天文點上

12、的垂線偏差（子午分量ξi，卯酉分量ηi）,以及沿線的重力測量資料；采用天文重力水準(zhǔn)的方法求得各天文點的大地水準(zhǔn)面差距Ni。,23/68,（3）控制網(wǎng)的起始方位角的求定,在一等三角鎖的兩端和二等三角網(wǎng)中通常布設(shè)拉普拉斯邊：在布設(shè)拉普拉斯邊的端點上進行高精度的天文觀測測得該點的天文經(jīng)緯度：(λi,φi)及該邊的天文方位角αi，轉(zhuǎn)換為大地方位角，作為全網(wǎng)的方位基準(zhǔn)：Ai= αi- ηitgφi =αi- (λi –Li)sinφi每隔1

13、00-150公里加測一個起始方位，以糾正方位角的累計誤差。,24/68,24/66,（4）控制網(wǎng)的起始邊長的測定,在一等三角鎖的兩端和二等三角網(wǎng)中起始邊的長度使用銦鋼尺或光電全站儀測定的。測量距離短，間接推出起始邊長。,25/68,（5）其它工作,1） 對于三角鎖或三角網(wǎng)來說，剩余的工作就是使用經(jīng)緯儀在各三角點上進行方向測量，從起算邊長出發(fā)通過三角形計算邊長，各邊的方位，計算出個點坐標(biāo)。2）電磁波測距導(dǎo)線： 在導(dǎo)線點上通過角度測量

14、方位，還要通過測量邊長，計算各點坐標(biāo)。3）最后將方向觀測和距離觀測轉(zhuǎn)換到橢球面上進行數(shù)據(jù)處理，得到控制點的大地經(jīng)緯度(Li,Bi)，投影平面坐標(biāo)(xi,yi),26/68,2）國家高程控制網(wǎng)的布設(shè),（1）方法國家高程控制網(wǎng)一般采用幾何水準(zhǔn)測量的方法來布設(shè)。（2）主要工作：① 建立國家高程基準(zhǔn)：兩項工作：通過驗潮站的長期驗潮觀測資料來確定平均海水面并將起定義為高程起算面。通過高精度的水準(zhǔn)聯(lián)測來測定水準(zhǔn)原點相對于該起算面的高程

15、。,上海吳淞口驗潮站,27/68,（2）主要工作,②布設(shè)國家水準(zhǔn)網(wǎng)原則從全面到局部，逐級控制的原則布設(shè)國家水準(zhǔn)網(wǎng)。方法首先用高精度和精密水準(zhǔn)測量的方法布設(shè)一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)組成國家水準(zhǔn)網(wǎng)骨干。再用三四等水準(zhǔn)網(wǎng)加密。,28/68,4、常規(guī)方法的局限性,1）測站間需保持通視：（1）采用光電儀器，必須通視。（2）需花費大量人力物力修建覘標(biāo)。,29/68,4、常規(guī)方法的局限性,（3）邊長受限制：地球曲率、高山、樹林、建筑等障礙。①

16、大陸之間、大陸和遠(yuǎn)距離海島之間無法聯(lián)測，全球形成了100多個大地坐標(biāo)系，無法建立全球統(tǒng)一的坐標(biāo)系。②不能聯(lián)測，數(shù)百年來大地測量學(xué)家只能采用有限局域大地測量資料來推求地球的形狀和大小。差距大、工作緩慢。③首級控制網(wǎng)布設(shè)進度慢，無法在短時間內(nèi)建立坐標(biāo)框架。,30/68,4、常規(guī)方法的局限性（續(xù)）,（4）工作難度大、效率低為了保持通視，在山區(qū)不得不把控制點布設(shè)在個山頭上。在工程項目中往往需要布設(shè)許多中間過渡點才能將坐標(biāo)傳遞到目的點。加

17、重工作量。,31/68,4、常規(guī)方法的局限性（續(xù)）,2）無法同時精確確定點的三維坐標(biāo)由于平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)是分別布設(shè)的：點的平面位置時以橢球面為基準(zhǔn)面通過三角測量、導(dǎo)線測量得到；點的高程以大地水準(zhǔn)面或似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面通過水準(zhǔn)測量求得。缺點：增加了工作量；水準(zhǔn)點一般沿道路、河流等高差起伏不大的地帶布設(shè)，無精確的平面坐標(biāo)；平面控制點在山區(qū)時，位于山頭上，起高程使用三角高程測量求得，無準(zhǔn)確的高程坐標(biāo)。這種情況對分析和進一

18、步測量帶來困難。,32/68,4、常規(guī)方法的局限性（續(xù)）,3）觀測受氣候條件影響： 雨天、黑夜、大霧、大風(fēng)、能見度低時不宜測量。4）難以避免某些系統(tǒng)誤差的影響光學(xué)儀器的測量值會因為大氣密度不同而受到不同的彎曲影響，即旁折光影響。 地球引力由兩極到赤道減小，大氣密度變化一樣。5）難以建立地心坐標(biāo)系占全球總面積70%的海岸為布設(shè)大地控制網(wǎng)，占全球總面積30%的陸地?zé)o法進行大地聯(lián)測，只能區(qū)域測量，建立區(qū)域參考橢球與區(qū)域大地水準(zhǔn)面吻

19、合。無法建立全球參考橢球。,33/68,§1.2、空間大地測量的產(chǎn)生,1. 時代對大地測量提出的新要求1）要求提供更精確的地心坐標(biāo)非地心參考橢球作為基準(zhǔn)面：20世紀(jì)50年代前； 20世紀(jì)中葉空間技術(shù)和遠(yuǎn)程武器迅猛發(fā)展，要求地心坐標(biāo)。,34/68,2）要求提供全球統(tǒng)一的坐標(biāo),（1）全球化的航空、航海導(dǎo)航要求全球統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng) （2）一些跨地區(qū)、跨國家等長距離高精度應(yīng)用測量項目出現(xiàn),35/68,（3）要求在長距離高精度

20、測量,為了研究全球性的地質(zhì)構(gòu)造運動、建立和維持全球的參考框架、不同坐標(biāo)系間的聯(lián)測等，都要求在長距離上進行高精度定位的技術(shù)。確定衛(wèi)星軌道的地面衛(wèi)星跟蹤站必須為同一坐標(biāo)系統(tǒng)；遠(yuǎn)程導(dǎo)彈發(fā)射點、落點必須為同一個坐標(biāo)系；各板塊運動的監(jiān)測必須為同一個坐標(biāo)系；以監(jiān)測海平面上升為例，邊長一般為數(shù)千公里，要求精度厘米級（10-8相對精度），或毫米級（10-9相對精度）。常規(guī)測量邊長指導(dǎo)數(shù)十公里，精度10-5到10-6。無法滿足使用。,36/68,

21、4）要求提供精確的(似)大地水準(zhǔn)面差距,隨著GNSS等空間定位技術(shù)逐步取代傳統(tǒng)的經(jīng)典大地測量技術(shù)成為布設(shè)全球性或區(qū)域性的大地控制網(wǎng)的主要手段；人們對高精度的、高分辨率的大地水準(zhǔn)面差距N或高程異常的要求越來越迫切。,37/68,5）要求高精度的高分辨率的地球重力場模型,隨著空間技術(shù)和遠(yuǎn)程武器的發(fā)展，用戶對衛(wèi)星的定軌精度及軌道預(yù)報精度也提出了越來越高的要求。精密定軌和軌道預(yù)報（尤其是低軌衛(wèi)星）需要高精度的高分辨率的地球重力場模型來予以支

22、持。,38/68,6）要求出現(xiàn)一種全天候，更為快捷的、精確、簡便的全新的大地測量方法,傳統(tǒng)大地測量的改進措施都沒有突破“地面測量”這一老的作業(yè)模式，因而也無法從根本上解決大地測量所面臨的固有問題。例如：由于受到地球曲率的影響，“地面測量”是無法解決邊長受限制的問題的；由于信號全程都是在稠密的大氣層中傳播的，因而方向測量和距離測量的精度就將受到大氣折射和大氣延遲改正的精度限制，如果不能再大氣改正精度方面取得突破的話，那么大地測量的精度

23、也只能被限制在目前大約為10e-6左右的精度水平上，難以進一步提高。 大地測量界本身也期望能突破“地面測量”的老的作業(yè)模式的限制，能出現(xiàn)一種全天候的，更為快捷的、精確、簡便的全新的大地測量方法和技術(shù)。,39/68,2. 空間大地測量產(chǎn)生的可能性(續(xù)),1)空間技術(shù)的發(fā)展(09-17)我們可以按需要設(shè)計制造、發(fā)射不同功能、不同軌道的衛(wèi)星，并能精確控制姿態(tài)，精確測定衛(wèi)星軌道并進行預(yù)報，為衛(wèi)星定位技術(shù)的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。2)計算機技術(shù)的發(fā)

24、展對衛(wèi)星精密定軌和空間定位中對大量資料進行極其復(fù)雜的數(shù)學(xué)處理提供了可能性。,40/68,2. 空間大地測量產(chǎn)生的可能性（續(xù)）,3) 現(xiàn)代電子技術(shù)，尤其是超大規(guī)模集成電路技術(shù)大量電子元件濃縮在一塊小小的芯片上，便攜式GPS,VLBI,SLR;實現(xiàn)低能耗、低價格、小體積、輕便、質(zhì)量可靠，使空間 大地測量實用化。,41/68,2. 空間大地測量產(chǎn)生的可能性（續(xù)）,4）其他技術(shù)多路多址技術(shù)、編碼技術(shù)、擴頻技術(shù)、加密技術(shù)、解碼技術(shù)等通訊技

25、術(shù)，信號和濾波理論，系統(tǒng)和控制理論為衛(wèi)星通訊、衛(wèi)星信號處理奠定基礎(chǔ)；大氣科學(xué)的發(fā)展對為衛(wèi)星軌道計算機信號傳播延遲改正提供了基礎(chǔ)；天文學(xué)、傳統(tǒng)大地測量學(xué)、導(dǎo)航學(xué)等對空間大地測量學(xué)的產(chǎn)生積累了實際經(jīng)驗。,42/68,§1.3 空間大地測量的定義、任務(wù)及幾種主要技術(shù),1.什么是空間大地測量學(xué)定義1利用自然天體或人造天體；精確確定地球的：形狀，大小，外部重力場；以及它們隨時間的變化狀況；的一整套理論和方法(或一門科學(xué))

26、稱為空間大地測量學(xué)。,43/68,§1.3空間大地測量的定義、任務(wù)及幾種主要技術(shù)（續(xù)）,1. 空間大地測量學(xué)(續(xù))定義2;利用：自然天體，或人造天體研究地球的形狀及其隨時間的變化；地球外部重力場其隨時間的變化；地軸方向和地球自轉(zhuǎn)速度，及其隨時間變化；等狀況的一門科學(xué)。,44/68,2. 空間大地測量的主要任務(wù),空間大地測量要解決的問題和承擔(dān)的具體任務(wù)很多，但歸納起來大體上可分為兩類:建立和維持各種坐標(biāo)框架;

27、確定地球重力場。,45/68,2. 空間大地測量的主要任務(wù)(續(xù)),（1）建立和維持各種類型的坐標(biāo)框架坐標(biāo)系統(tǒng)由一系列的規(guī)定，協(xié)議等從理論上來加以定義的原點，軸指向，尺度（原點，長半軸，扁率）參考框架坐標(biāo)系統(tǒng)定義要依靠某些單位通過長期的觀測和數(shù)據(jù)處理后采用一定的形式來加以實現(xiàn)。坐標(biāo)系統(tǒng)的具體實現(xiàn)稱為參考（參考）框架。主要的兩種參考框架地球參考框架天球參考框架 地球坐標(biāo)系統(tǒng)和天球坐標(biāo)系統(tǒng)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 必須精確確定地球

28、定向參數(shù),46/68,（1）建立和維持各種類型坐標(biāo)框架,① 建立和維持地球參考框架A. 建立和維持全球性的地球參考框架技術(shù)資料VLBI，SLR，GPS，DORIS等空間大地測量技術(shù)的并址觀測資料；經(jīng)統(tǒng)一處理后來建立和維持；在大地測量和地球動力學(xué)等領(lǐng)域中被廣泛使用的、精度最高、全球性的地球參考框架是國際地球參考框架ITRF IERS給出了11個不同版本的ITRF：ITRF88、89、90、91、92、93、94、96、97、

29、2000和ITRF2005。,47/68,A. 建立和維持全球性的地球參考框架（續(xù)）,ITRF（續(xù)）此前ITRF框架是用組成該框架的各測站的三維坐標(biāo)以及它們的年變化率的形式來具體實現(xiàn)的。但從ITRF2005開始，框架則是用VLBI，SLR，GPS，DORIS等空間大地測量技術(shù)所給出的測站坐標(biāo)及地球定向參數(shù)的時間序列經(jīng)統(tǒng)一處理后來予以實現(xiàn)的。,48/68,B. 建立和維持區(qū)域性的地球參考框架,方法由于傳統(tǒng)大地測量的局限性，目前建立和

30、維持區(qū)域性的地球參考框架的任務(wù)主要也是由空間大地測量來承擔(dān)的大國或洲的范圍內(nèi)來建立和維持地球參考框架時可考慮綜合利用多種空間大地測量技術(shù)來實現(xiàn)；在缺乏（VLBI，SLR）等空間大地測量資料的情況下，也可僅用GNSS資料來予以實現(xiàn)。在更小的區(qū)域中來建立和維持地球參考框架（布設(shè)大地控制網(wǎng)），則：主要依靠GNSS技術(shù)來實現(xiàn)。在特殊情況下也不排除用傳統(tǒng)大地測量的方法來予以實現(xiàn)的可能性。,49/68,② 建立和維持國際天球參考框架,目

31、前國際天球參考框架ICRF； 由IERS利用VLBI技術(shù)所測定的河外射電源的方向來實現(xiàn)和維持的 ；國際天球參考框架ICRF可分為：BCRF：日心GCRF：地心,,,,50/68,③ 測定地球定向參數(shù),必要性自然天體、人造天體-天球坐標(biāo)系GCRS；地面測站-地球坐標(biāo)系ITRS；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換就需要知道轉(zhuǎn)換參數(shù)，于是精確測定ITRS和GCRS間的轉(zhuǎn)換參數(shù)也稱為空間大地測量的一項重要任務(wù)EOPs(歲差、章動，ERP(極移和地球自轉(zhuǎn))

32、),51/68,（2）測定地球重力場,意義：高分辨率高精度的地球重力場模型對于軍事部門、航空航天部門，以及大地測量，地球動力學(xué)等地學(xué)研究部門意義重大；傳統(tǒng)大地測量的局限性在20世紀(jì)50年代前測定地球重力場的工作進度緩慢 ；空間大地測量的誕生從根本上改變了這種狀況 根據(jù)衛(wèi)星的軌道攝動來反演地球重力場；利用衛(wèi)星測高技術(shù)來實際測定海洋地區(qū)的大地水準(zhǔn)面反演海洋地面的重力場 ；利用高-低模式和低-低模式的衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星以及衛(wèi)星重力梯度

33、測量技術(shù)來反演地球重力場 ；高分辨率、高精度、變化性,52/68,3. 幾種主要的空間大地測量技術(shù),（1）甚長基線干涉測量（VLBI）定義兩臺配備了高精度原子鐘，相距遙遠(yuǎn)的射電望遠(yuǎn)鏡A和B，同時對來自某一射電源的信號進行觀測;利用干涉測量的方法對兩臺分別記錄的信號進行相關(guān)處理以求得信號到達(dá)AB兩站的時延以及時延的變率;進而精確確定基線向量，以及從射電望遠(yuǎn)鏡至射電源的方向的一整套理論，方法和技術(shù)。,53/68,（1）甚長基線干涉

34、測量（VLBI）,應(yīng)用 建立和維持全球性的或區(qū)域性的地球參考框架，也可用于測定板塊運動和地殼形變等地球動力學(xué)現(xiàn)象；建立和維持國際天球參考框架ICRF的首選（唯一）方法 ；VLBI可以直接把天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系聯(lián)系起來 ；唯一可以定義UT1 的技術(shù)；與SLR一起為ITRF提供精確的尺度。,54/68,（2）激光測衛(wèi)/月（SLR/LLR）,SLR/LLR概念利用安置在地面測站上的激光測距儀對配備有后向反射棱鏡的衛(wèi)星/月球進行距

35、離測量；根據(jù)激光脈沖測距信號往返傳播的時間來測定從地面測站至衛(wèi)星/月球的距離的方法和技術(shù)稱為激光測衛(wèi)/月。,55/68,（2）激光測衛(wèi)/月（SLR/LLR）,SLR/LLR的應(yīng)用用SLR/LLR可精確測定地面測站的地心坐標(biāo)-建立地心坐標(biāo)系；SLR/LLR建立和維持地球參考框架，SLR測定板塊運動和地殼形變 ；SLR確定衛(wèi)星的軌道 ；測定的衛(wèi)星軌道及軌道攝動，可測定GM值等大地測量常數(shù)，可精確測定地球質(zhì)心的位置及其變化，還可精確

36、測定地球重力場中的中、低階項 ；SLR與VLBI一起為地球參考框架提供高精度的尺度基準(zhǔn) 。,56/68,（2）激光測衛(wèi)/月（SLR/LLR）,LLR的應(yīng)用可精確測定激光反射棱鏡的月面坐標(biāo)，為月球表面測量提供精確的控制點;測定月球的自由天平動和月球潮汐位系數(shù)；編制精確的月球星表。,57/68,（3）GPS（GNSS）,GNSS各種全球性的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)合稱GNSS； GPS-美國俄羅斯的GLONASS歐洲-Galileo

37、 中國-COMPASS。,58/68,（3）GPS（GNSS）,GNSS應(yīng)用于大地測量 建立和維持全球性的或區(qū)域性的地球參考框架 衛(wèi)星定軌 ；測定地球自轉(zhuǎn)參數(shù)解析UT1-UTC: 0.02 ms 極移 :±0.05 mas,59/68,（4）DORIS,DORIS法國研制組建的采用多普勒測量的方法來進行衛(wèi)星定軌和定位的綜合系統(tǒng)；在地面跟蹤站上安裝信號發(fā)射機，而衛(wèi)星上則安裝信號接收機 ；在全球較均勻地布設(shè)了70

38、多個地面站 。,60/68,（4）DORIS,DORIS應(yīng)用衛(wèi)星定軌確定的衛(wèi)星軌道的徑向誤差為±3 cm。與SLR、GPS等方法進行聯(lián)合定軌時，徑向誤差為1~2 cm建立和維持地球參考框架把地面站坐標(biāo)也當(dāng)作待定參數(shù)，采用自由網(wǎng)平差的方式把它們也估計出來的話，就能確定地面站的坐標(biāo) 。測定地球自轉(zhuǎn)參數(shù)利用DORS來測定極移時，在衛(wèi)星數(shù)較多的情況下所測定的極移值的精度可達(dá)亞毫角秒的水平,61/68,（5）利用衛(wèi)星軌道攝

39、動反演地球重力場,第一代衛(wèi)星重力技術(shù)人造地球衛(wèi)星受攝動力的影響地球形狀引力，氣阻力，太陽光壓力，日、月引力等；其軌道會產(chǎn)生攝動。反演出地球重力場若用以下方法來精確測定衛(wèi)星軌道攝影觀測，激光測距，多普勒測量等；進而求得軌道攝動量反演地球重力場。某一衛(wèi)星軌道一般只對地球重力場中的某些部分敏感，而對另一些部分則不很敏感；需要對具有不同軌道的多個衛(wèi)星進行觀測和分析；才能獲得完整的地球重力場模型；,62/68,（6）衛(wèi)星測高

40、,衛(wèi)星測高20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的一種衛(wèi)星重力學(xué)方法。衛(wèi)星測高則可以稱為第二代衛(wèi)星重力技術(shù)；建立的地球重力場模型，在分辨率和精度上有了明顯提高 。基本工作原理：用測高衛(wèi)星上配備的微波（激光）測高雷達(dá)來測定至海平面的垂直距離；并利用SLR、GPS、DORIS等來精確確定該衛(wèi)星的軌道；從而求得平均海面的形狀；經(jīng)潮汐、洋流、海面地形等改正后獲得海洋大地水準(zhǔn)面；并反求出地球重力場。,63/68,（7）衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星,第三代衛(wèi)星重力

41、技術(shù)采用兩種不同的模式：高-低模式和低-低模式 ①高軌衛(wèi)星跟蹤低軌衛(wèi)星模式 背景地理和政治方面的原因，在全球均勻布設(shè)地面定軌網(wǎng)困難；全球數(shù)十個地面站每隔1~2個小時就需對低軌衛(wèi)星進行一次觀測，工作負(fù)荷很大 ；方法低軌衛(wèi)星上配備GNSS接收機，將高軌道GNSS衛(wèi)星作為動態(tài)已知點，利用載波相位或偽距觀測值來確定低軌衛(wèi)星軌道；偽距-米級 ；載波相位-厘米級 ；,64/68,①高軌衛(wèi)星跟蹤低軌衛(wèi)星模式,應(yīng)用利用高軌衛(wèi)星跟蹤低

42、軌衛(wèi)星，精確測定低軌道的重力衛(wèi)星的軌道后：在已用加速度計和現(xiàn)有模型精確分離出其它攝動因素；根據(jù)單衛(wèi)星能量守恒定律來精確地計算地球重力場模型。例子CHAMP衛(wèi)星恢復(fù)的地球重力場模型的分辨率和精度均優(yōu)于用地面跟蹤資料求得的重力場模型；,65/68,② 低軌衛(wèi)星跟蹤低軌衛(wèi)星,原理兩個相距不太遠(yuǎn)的在低軌道上飛行的衛(wèi)星，分別用高精度的微波測距系統(tǒng)來精確確定兩個衛(wèi)星之間的距離和距離變化率；同時利用高軌道的GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)來精確確

43、定低軌衛(wèi)星的軌道；并根據(jù)上述資料求得兩衛(wèi)星處的瞬時的引力位差，進而求得地球重力場的方法和技術(shù)。,66/68,② 低軌衛(wèi)星跟蹤低軌衛(wèi)星（續(xù)）,典型例子 由美國NASA和德國空間飛行中心DLR聯(lián)合研制的GRACE衛(wèi)星； GPS確定衛(wèi)星軌道：4 cm；利用安裝在衛(wèi)星質(zhì)心處的Super STAR加速度計：精確測定和分離作用在衛(wèi)星上的非保守力（如大氣阻力、光壓力等）精確確定地球重力場；衛(wèi)星安裝了K波段干涉系統(tǒng)，高精度測定2衛(wèi)星間的距

44、離變化率。衛(wèi)星安裝星敏感器-姿態(tài)控制。GRACE比用CHAMP衛(wèi)星導(dǎo)得的重力場的精度要高一個數(shù)量級。,67/68,（8）衛(wèi)星重力梯度測量,原理利用安置在衛(wèi)星上的差分加速度計；來測定重力加速度在X，Y，Z三個方向上的加速度分量之差；來求得重力加速度分量在三個方向上的梯度即重力位的二階偏導(dǎo)數(shù)；進而來推求地球重力場的一種衛(wèi)星重力學(xué)方法。,68/68,（8）衛(wèi)星重力梯度測量（續(xù)）,實例2009年3月發(fā)射的GOCE衛(wèi)星；衛(wèi)星用GN

45、SS和SLR的方法來進行精密定軌；安裝恒星敏感器來控制姿態(tài)；安裝了一臺靜電重力梯度儀EGG，來測定在三個相互垂直方向上的重力分量的梯度； 提供最新的具有高空間分辨率和高精度的全球重力場和全球大地水準(zhǔn)面的模型 ；CHAMP、GRACE、GOCE是第三代衛(wèi)星重力技術(shù)中的三個子系統(tǒng)，功能互補。,GOCE衛(wèi)星,69/68,(9)衛(wèi)星定軌,幾何定軌動力學(xué)定軌幾何+動力學(xué),70/68,參考文獻,本章后,71/68,71/66,第一章結(jié)束