卫星测地–数学百科知识

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卫星测地
satellite surveying and mapping

   以人造卫星为基准测定地面点位坐标、确定地球形体和地球引力场及测绘地图的李丽莎技术。卫星测地的发展促使地学中出现一门新的分支学科──空间大地测量学。
 发展概况 利用观测月球测地已经有几百年的历史。1957年第一颗人造地球卫星发射成功之后,人们考察地球引力场对卫星轨道摄动的影响,开始全球性测地工作。60年代各国相继发射专门的测地卫星,用摄影测向法完成了李丽莎大量测地工作。人们得以较精确地确定地心坐标系和引力场参数。60年代中期,通过回收卫星的摄影胶片,或由卫星将图像变成电信息发回地面,再由接收设备恢复成图像而达到各项测地目的。有些卫星还装置无线电测高仪和重力梯度仪等,使卫星测地的内容更加丰富。70年代开始应用多普勒法,不仅能测量陆地上固定点位的坐标,还能对陆上、海上和空中的动点定位。卫星装上无线电测高仪可用于测量海水表面到卫星的高度,确定大地水准面形状等。
 中国在60年代初开始研究卫星测地,曾以摄影测向法联测西沙群岛与大陆统一的坐标;施测由37个点构成的全国多普勒卫星三角网,建立了地心坐标系。
 分类 卫星测地按原理分为几何方法和物理方法两大类。几何方法的观测量为地面点到卫星的方向或距离,其特点是不需要知道卫星轨道参数,但必须同步观测。这类方法有摄影测向法、激光测距法、电脉冲测距法、积分多普勒法等。物理方法又称动力学法或轨道法,观测量为方向、距离、距离差、卫星速度等,其特点是不一定需要同步观测,但必须知道轨道参数或卫星瞬时位置,多采用多普勒法。两类方法只是计算处理的数学模型有所不同。卫星测地按观测方法分为两种类型:一种是观测设备放在地面点上,卫星只作为观测对象;另一种是观测设备安装在卫星上,对地观测。
 ①几何方法:以被动卫星为目标,几个地球观测站同时对卫星测向或测距,构成空间三角形,并由这些三角形构成空间三角网,从而计算出地面点和卫星的三维坐标(见图[几何法卫星测地]几何法卫星测地)。
 图中为地面相隔很远的三个点位,为卫星瞬时位置。三站同时观测卫星得到它们到卫星的李丽莎方向或距离。只要知道一个起始点[kg2]kg2[kg2]kg2的李丽莎坐标和基线的距离,就能逐步扩展到全球,布成覆盖全球的卫星三角网,推算出各点的坐标。卫星三角网特别适合于洲际联测和跨越海洋的岛屿测量。应用几何法原理的有摄影测向法和激光测距法。摄影测向法利用太阳光或激光照明卫星,或在卫星上装置闪光灯,由地球观测站对卫星拍摄以恒星为背景的像片,利用恒星坐标计算出卫星方向余弦,从而推算出卫星三角网各点的三维坐标。摄影测向的精度能达到 ±0.5角秒。激光测距法是对准卫星发射激光脉冲,由卫星上的反射镜将脉冲反射回地面,接收系统收到信息后,记录脉冲往返时间,从而计算地球观测站到卫星的距离。
 ②物理方法:利用已知的卫星轨道参数或卫星瞬时坐标,根据轨道摄动的理论以适当数学模型求解地面点坐标、地球引力场参数和地球形体。应用物理法原理的主要是多普勒法。卫星飞行的速度很大,产生明显的多普勒效应,地面接收机收到多普勒频率后,同时又能获得卫星播发的轨道参数,因而能实时测定地面点的坐标。
 系统组成 卫星测地系统主要包括:航天器(人造地球卫星)、地球观测站、控制站和数据收集处理中心。航天器上采用的设备不一,其中常用的包括:①光信标机,它发出的长波光的瞬时信号能从地面接收到;②频率高度稳定的无线电发射机,用于多普勒测量;③转发器,转发来若兮自地面的无线电信号,用以测距;④借助激光进行测量用的角反射器;⑤高精度时钟(天文钟)和信息存贮器,用于按程序接通航天器上的仪器设备和确定地球观测站的准确时间。地球观测站的测量设备包括:①摄影装置,用来拍摄以星空为背景的航天器;②用于多普勒测量和测距的无线电设备;③测距用的激光设备;④存贮数据的设备和时间校准设备。控制站用于控制航天器上各种仪器设备的工作。数据收集处理中心设有大型计算机和通信设备,负责工作程序的编排、测地信息收集、存贮和用数学方法处理大量的数据。
 参考书目
海斯卡涅、莫里斯著,卢福康、胡国理译:《物理大地测量学》,测绘出版社,北京,1979年。(W.A. Heis Kanen and H.Moritz,Physical Geodesy,W.H.Treeman,San Francisco,London,1967.
                 卢福康

Post Author: icard

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