衛星測地

以人造衛星為基準測定地麵點位坐標、確定地球形體和地球引力場及測繪地圖的技術。衛星測地的發展促使地學中出現一門新的分支學科──空間大地測量學。

基本介紹

• 中文名：衛星測地
• 類別：技術
• 分類：幾何方法和物理方法
• 包括：太空飛行器、地球觀測站

發展概況

利用觀測月球測地已經有幾百年的歷史。1957年第一顆人造地球衛星發射成功之後，人們考察地球引力場對衛星軌道攝動的影響，開始全球性測地工作。60年代各國相繼發射專門的測地衛星，用攝影測向法完成了大量測地工作。人們得以較精確地確定地心坐標系和引力場參數。60年代中期，通過回收衛星的攝影膠片，或由衛星將圖像變成電信息發回地面，再由接收設備恢復成圖像而達到各項測地目的。有些衛星還裝置無線電測高儀和重力梯度儀等，使衛星測地的內容更加豐富。70年代開始套用都卜勒法，不僅能測量陸地上固定點位的坐標，還能對陸上、海上和空中的動點定位。衛星裝上無線電測高儀可用於測量海水表面到衛星的高度，確定大地水準面形狀等。

中國在60年代初開始研究衛星測地，曾以攝影測向法聯測西沙群島與大陸統一的坐標；施測由37個點構成的全國都卜勒衛星三角網，建立了地心坐標系。

分類

衛星測地按原理分為幾何方法和物理方法兩大類。幾何方法的觀測量為地麵點到衛星的方向或距離，其特點是不需要知道衛星軌道參數，但必須同步觀測。這類方法有攝影測向法、雷射測距法、電脈衝測距法、積分都卜勒法等。物理方法又稱動力學法或軌道法，觀測量為方向、距離、距離差、衛星速度等，其特點是不一定需要同步觀測，但必須知道軌道參數或衛星瞬時位置，多採用都卜勒法。兩類方法只是計算處理的數學模型有所不同。衛星測地按觀測方法分為兩種類型：一種是觀測設備放在地麵點上，衛星只作為觀測對象；另一種是觀測設備安裝在衛星上，對地觀測。

幾何方法

以被動衛星為目標，幾個地球觀測站同時對衛星測向或測距，構成空間三角形，並由這些三角形構成空間三角網，從而計算出地麵點和衛星的三維坐標（見圖）。 衛星測地

圖中A、B、C為地面相隔很遠的三個點位，S1、S2、S3、S4為衛星瞬時位置。A、B、C三站同時觀測衛星得到它們到衛星的方向或距離。只要知道一個起始點A的坐標和基線AB的距離，就能逐步擴展到全球，布成覆蓋全球的衛星三角網，推算出各點的坐標。衛星三角網特別適合於洲際聯測和跨越海洋的島嶼測量。套用幾何法原理的有攝影測向法和雷射測距法。攝影測向法利用太陽光或雷射照明衛星，或在衛星上裝置閃光燈，由地球觀測站對衛星拍攝以恆星為背景的像片，利用恆星坐標計算出衛星方向餘弦，從而推算出衛星三角網各點的三維坐標。攝影測向的精度能達到 ±0.5角秒。雷射測距法是對準衛星發射雷射脈衝，由衛星上的反射鏡將脈衝反射回地面，接收系統收到信息後，記錄脈衝往返時間，從而計算地球觀測站到衛星的距離。

物理方法

利用已知的衛星軌道參數或衛星瞬時坐標，根據軌道攝動的理論以適當數學模型求解地麵點坐標、地球引力場參數和地球形體。套用物理法原理的主要是都卜勒法。衛星飛行的速度很大，產生明顯的都卜勒效應，地面接收機收到都卜勒頻率後，同時又能獲得衛星播發的軌道參數，因而能實時測定地麵點的坐標。

系統組成

衛星測地系統主要包括：太空飛行器（人造地球衛星）、地球觀測站、控制站和數據收集處理中心。

太空飛行器上採用的設備不一，其中常用的包括：①光信標機，它發出的長波光的瞬時信號能從地面接收到；②頻率高度穩定的無線電發射機，用於都卜勒測量；③轉發器，轉發來自地面的無線電信號，用以測距；④藉助雷射進行測量用的角反射器；⑤高精度時鐘（天文鐘）和信息存貯器，用於按程式接通太空飛行器上的儀器設備和確定地球觀測站的準確時間。

地球觀測站的測量設備包括：①攝影裝置，用來拍攝以星空為背景的太空飛行器；②用於都卜勒測量和測距的無線電設備；③測距用的雷射設備；④存貯數據的設備和時間校準設備。

控制站用於控制太空飛行器上各種儀器設備的工作。

數據收集處理中心設有大型計算機和通信設備，負責工作程式的編排、測地信息收集、存貯和用數學方法處理大量的數據。