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空间大地测量  

2014-03-07 14:31:08|  分类: 测天绘地 |  标签: |举报 |字号 订阅

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空间大地测量

 

    空间大地测量技术的观测对象是各种人造地球卫星信号或河外射电源信号,各种卫星大地测量技术所获得的观测值均与卫地距向量(测站至卫星的向量)有关。卫星大地测量方法有几何法和动力法之分,在几何法中是把卫星当做高空的观测对象,并不去顾及人造地球卫星复杂的轨道运动。而动力法则须研究卫星轨道随时间变化的规律,为此须建立卫星运动模型,设定力模型。

    目前,最精确有效、贡献最大的空间测量技术主要有:卫星激光测距、甚长基线干涉测量、卫星重力和卫星测高技术、全球卫星导航定位系统技术。

卫星激光测距

    由测距仪激光器产生并射出的激光脉冲抵达配备有后向反射棱镜的测距卫星又反射返回接收设备,即可精确测定往返传播的时间,而求得卫地距,这就是卫星激光测距(SLR)。这一技术始于20世纪60年代中期,目前精度已达约1cm

    SLR是目前精度最高的绝对(地心)定位技术,在定义全球地心参考系中起着决定性作用,也可精确测定地球自转参数,又是卫星重力技术确定全球重力场低阶(n<50)模型的主要工具,是建立大地测量参考框架(CISCTS)以及研究地球动力学问题的基本技术手段。

    可利用全球分布的多个激光测卫固定台站,对专用的装有激光反射器的卫星(如LageosGeos-123)做较长弧段的观测。我国已有5SLR固定站,上海、武汉和长春已拥有第三代卫星激光测距仪,测距精度优于厘米级。

甚长基线干涉测量

    甚长基线干涉测量(VLBI)的观测对象(射电源)是位于银河系以外的类星体,至今已发现类星体约有3000个,其直径只有一光年左右,但与地球却相距数万光年以上,因此地球至类星体的方向可视为固定不变,并完全可以认为同一类星体到地球上两地的射电源信号的方向互相平行。在两个VLBI台站上的射电望远镜,由各自采用的独立本振信号和记录磁带同时对某一射电源进行观测,按照射电干涉的原理经过对两测站接收信号的互相关处理,可得出射电信号到两接收天线的时间延迟和条纹率的实测值,经过一系列改正后得出几何时间延迟和几何条纹率,为了求定基线向量,至少要向不同的射电源测量三个时间延迟值。VLBI数据处理的结果可解出基线向量在地心坐标系中的三个分量。

我国的VLBI站点主要有上海、乌鲁木齐和昆明等,可用于天文研究、天体测量和测地学,也可用于深空探测卫星的事后精密定规研究。如在20071024日我国探测月球的"嫦娥1"卫星成功发射后,即由上海、北京、昆明和乌鲁木齐四地VLBI观测站构成VLBI测轨网,配合USB技术,进行全程测控,以满足"嫦娥1"月球探测器各飞行阶段的遥测、遥控、轨道测量和导航任务。

卫星重力和卫星测高技术

    为获得高精度、高分辨率的从静态到动态的全球重力场模型,近二十年来广泛采用卫星跟踪卫星,即SST和卫星重力梯度技术。SST技术是指两颗运行中的卫星之间的精密测距测速跟踪,由于有了GPS技术的支撑,遂演化成高低卫星之间的跟踪和低低卫星之间的跟踪。

    在前一个观测模式中,专用的低轨卫星载有高精度的加速度仪,用以测定低轨卫星因非保守力引起的摄动加速度,并载有GPS接收机,用以接收来自多颗GPS卫星(作为高轨卫星)的信号,由此而精密确定每一历元低轨卫星的轨道。

    在后一个观测模式中,相距200Km左右两颗低轨卫星都分别载有GPS接收机和加速度仪,各自与GPS卫星构成高低卫星之间的跟踪,于此同时两颗低轨卫星之间又互相以微米级的测距测速精度相互跟踪。

    卫星重力梯度技术是指在低轨卫星上载有高精度的超导重力梯度计,用以测定卫星处的重力梯度张量,由于重力梯度值是地球重力位的二阶导数,因此有助于恢复地球重力场的高阶部分(达180阶以上),解算精度可提高一个数量级。

卫星测高是利用安置在卫星上的雷达测高仪垂直向海面发射脉冲,这些脉冲被海面垂直反射至卫星,于是可根据脉冲往返行程的时间,推求卫星对瞬时海面的高度。用激光测卫或GPS测量等方法可对测高卫星精密定规,从而可算出卫星在所选定的平均地球椭球面上的大地高。

全球卫星导航定位系统技术

    目前主要的卫星导航定位系统有美国的全球定位系统GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的伽利略(GALILEO)和我国的北斗卫星导航定位系统,此外还有由法国建立的卫星多普勒定轨和无线电定位单向双频地基系统DORIS及德国建立的与DORIS类似的双向双频的地基系统PRARE

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