第八章空間大地測量簡介中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院

應(yīng)用大地測量學(xué)

第八章空間大地測量傳統(tǒng)大地測量：經(jīng)緯儀、全站儀、水準(zhǔn)測量、三角測量等現(xiàn)代大地測量（空間大地測量）：全球衛(wèi)星導(dǎo)航、激光測距、衛(wèi)星遙感影像等第八章空間大地測量第一節(jié)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第二節(jié)衛(wèi)星激光測距第三節(jié)甚長基線干涉測量第四節(jié)衛(wèi)星測高第五節(jié)多里斯系統(tǒng)第六節(jié)衛(wèi)星多普勒技術(shù)第八章空間大地測量第一節(jié)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第二節(jié)衛(wèi)星激光測距第三節(jié)甚長基線干涉測量第四節(jié)衛(wèi)星測高第五節(jié)多里斯系統(tǒng)第六節(jié)衛(wèi)星多普勒技術(shù)§8.1全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

應(yīng)用大地測量學(xué)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem，簡稱為GNSS）是一種通過衛(wèi)星發(fā)射的信號來提供定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)的技術(shù)，GNSS廣泛應(yīng)用于交通、通信、地理測量、軍事、農(nóng)業(yè)多個(gè)領(lǐng)域。GNSS主要包括以下幾個(gè)系統(tǒng)，美國的GPS、中國的BDS、歐盟的GALILEO、印度的IRNSS以及日本的QZSS。

應(yīng)用大地測量學(xué)§8.1.1BDS系統(tǒng)的組成、信號結(jié)構(gòu)§8.1.2BDS定位基本原理（重點(diǎn)）§8.1全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

應(yīng)用大地測量學(xué)§8.1.1BDS系統(tǒng)的組成、信號結(jié)構(gòu)§8.1.2BDS定位基本原理（重點(diǎn)）§8.1全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)§8.1.1BDS系統(tǒng)的組成、信號結(jié)構(gòu)

應(yīng)用大地測量學(xué)系統(tǒng)概述：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)測量為例,BDS是中國自主研發(fā)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng),起始于上世90紀(jì)年代,經(jīng)過多年的發(fā)展與完善,已于2020年底完成組網(wǎng),形成全球性、全天候、連續(xù)的衛(wèi)星無線電導(dǎo)航系統(tǒng).BDS可以向全球用戶提供高精度的三維空間位置、速度和時(shí)間信息,其定位精度、實(shí)時(shí)性和可靠性在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

應(yīng)用大地測量學(xué)BDS系統(tǒng)組成：衛(wèi)星星座地面監(jiān)控系統(tǒng)用戶接收機(jī)§8.1.1BDS系統(tǒng)的組成、信號結(jié)構(gòu)

應(yīng)用大地測量學(xué)衛(wèi)星星座：其空間星座由5顆地球靜止軌道(GEO)衛(wèi)星、27顆中圓地球軌道(MEO)衛(wèi)星和3顆傾斜地球同步軌道(IGSO)衛(wèi)星組成.§8.1.1BDS系統(tǒng)的組成、信號結(jié)構(gòu)圖8-1-1BDS衛(wèi)星星座

應(yīng)用大地測量學(xué)地面監(jiān)控部分：由多個(gè)地面站組成,主要功能包括:衛(wèi)星監(jiān)測站:負(fù)責(zé)對衛(wèi)星進(jìn)行持續(xù)跟蹤與狀態(tài)監(jiān)測,多個(gè),分布在中國及全球范圍;主控站:管理衛(wèi)星的軌道與狀態(tài),計(jì)算并發(fā)送必要的數(shù)據(jù)給衛(wèi)星,１個(gè),位于中國;信息注入站:向衛(wèi)星注入更新的數(shù)據(jù)和軌道信息,分布在多個(gè)地點(diǎn)。地面監(jiān)控系統(tǒng)確保衛(wèi)星的精確運(yùn)行和服務(wù)質(zhì)量?！?.1.1BDS系統(tǒng)的組成、信號結(jié)構(gòu)用戶接收機(jī)：接收BDS衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號,獲取定位信息及相關(guān)觀測量,通過數(shù)據(jù)處理軟件,用戶接收機(jī)能夠計(jì)算出其位置,提供實(shí)時(shí)的定位服務(wù).圖8-1-2用戶接收機(jī)

應(yīng)用大地測量學(xué)BDS信號結(jié)構(gòu)：1.頻率分配：北斗三號：B1/B2/B3頻段提供

B1I(1561.098MHz)、B1C(1575.420MHz)、B2a(1176.450MHz)、B2b(1207.140MHz)、B3I(1268.520MHz)

五個(gè)公開信號。B1I：兼容性最廣，支持三代、二代衛(wèi)星。B1C/B2a：高精度主力頻段，新一代移動設(shè)備支持。北斗二號：提供B1I/B2I/B3I三個(gè)頻段，基礎(chǔ)定位功能。調(diào)制方式：采用

BPSK（二進(jìn)制相移鍵控）

和

QPSK（正交相移鍵控），兼顧抗干擾性與傳輸效率。

信號組成：導(dǎo)航數(shù)據(jù)：衛(wèi)星位置、時(shí)間、狀態(tài)等信息。載波信號：通過無線電波傳輸導(dǎo)航數(shù)據(jù)，確保定位解算精度§8.1.1BDS系統(tǒng)的組成、信號結(jié)構(gòu)

應(yīng)用大地測量學(xué)增強(qiáng)功能：區(qū)域增強(qiáng)服務(wù)：基于地面基站的差分定位，實(shí)現(xiàn)亞米級/厘米級精度，適用于測繪、農(nóng)業(yè)與工程。短消息通信：應(yīng)急通信能力：在無網(wǎng)絡(luò)區(qū)域支持短報(bào)文收發(fā)，用于偏遠(yuǎn)地區(qū)緊急聯(lián)絡(luò)。多模定位兼容：可與GPS/Galileo/GLONASS互操作，顯著提升復(fù)雜環(huán)境下的定位穩(wěn)定性和精度。實(shí)時(shí)動態(tài)定位（RTK）：利用基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)校正數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)厘米級動態(tài)定位精度，用于測繪、工程施工與農(nóng)機(jī)導(dǎo)航。廣域增強(qiáng)（CORS系統(tǒng)）：基于多基準(zhǔn)站連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，支持流動站全天候高精度定位，覆蓋范圍更廣?！?.1.1BDS系統(tǒng)的組成、信號結(jié)構(gòu)

應(yīng)用大地測量學(xué)§8.1.1BDS系統(tǒng)的組成、信號結(jié)構(gòu)§8.1.2BDS定位基本原理§8.1全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)§8.1.2BDS定位基本原理

應(yīng)用大地測量學(xué)定位原理：以BDS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)天線之間距離(或距離差)的觀測量為基礎(chǔ),根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬間坐標(biāo)按距離交會定位原理確定用戶接收機(jī)天線中心的三維坐標(biāo)(x,y,z)。BDS定位的關(guān)鍵技術(shù)是測定用戶接收機(jī)天線至BDS衛(wèi)星之間的空中距離.§8.1.2BDS定位基本原理

應(yīng)用大地測量學(xué)設(shè)在地面上有三個(gè)以上已知坐標(biāo)的衛(wèi)星跟蹤站點(diǎn)P1、P2、P3和待定點(diǎn)P(用戶接收機(jī)),在三個(gè)跟蹤站點(diǎn)和P點(diǎn)上對衛(wèi)星Si進(jìn)行同步觀測,測得距離S1i、S2i、S3i和SPi,則可由三個(gè)距離S1i、S2i、S3i確定出衛(wèi)星Si的空間位置,這樣衛(wèi)星S1、S2、S3的空間位置已經(jīng)知道.接收機(jī)P點(diǎn)同時(shí)也測量了SP1、SP2、SP3三個(gè)距離,則待定點(diǎn)P的空間位置可由三個(gè)衛(wèi)星的空間位置和距離SP1、SP2、SP3按式(8-1-4)解算出來.圖8-1-3BDS定位原理§8.1.2BDS定位基本原理

應(yīng)用大地測量學(xué)(8-1-4)式中,(xS1,yS1,zS1)、(xS２,yS２,zS２)、(xS３,yS３,zS３)分別為已知衛(wèi)星點(diǎn)S１、S２、S３的三維直角坐標(biāo),(xP,yP,zP)為地面待定點(diǎn)P的三維直角坐標(biāo).借助于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式,可以將空間三維直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)(X,Y)和高程(H).§8.1.2BDS定位基本原理

應(yīng)用大地測量學(xué)絕對定位：絕對定位也叫單點(diǎn)定位。其方法為用一臺BDS接收機(jī)同時(shí)接收4顆以上的BDS衛(wèi)星的信號，如果按偽距法測定接收機(jī)至衛(wèi)星的距離，則同時(shí)解算出接收機(jī)的三維直角坐標(biāo)和時(shí)鐘鐘差4個(gè)參數(shù).由于受衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星信號傳播誤差以及接收機(jī)設(shè)備本身的誤差的影響，單點(diǎn)定位有數(shù)米的誤差。因此，單點(diǎn)定位主要用于車船導(dǎo)航.§8.1.2BDS定位基本原理

應(yīng)用大地測量學(xué)相對定位：相對定位有靜態(tài)、動態(tài)之分。靜態(tài)相對定位的精度可以達(dá)到毫米量級，故靜態(tài)相對定位廣泛用于大地測量、精密工程測量、地球動力學(xué)研究等各種精密定位。動態(tài)相對定位指一臺接收機(jī)固定在一個(gè)基準(zhǔn)站點(diǎn)上，另一臺接收機(jī)在運(yùn)動中與基準(zhǔn)站點(diǎn)接收機(jī)對衛(wèi)星進(jìn)行同步觀測，同時(shí)還接收來自基準(zhǔn)站上接收機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過接收機(jī)內(nèi)部計(jì)算機(jī)的計(jì)算便可實(shí)時(shí)地測定出相對于基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)差，其定位精度可達(dá)厘米級。BDS相對定位是至少用兩臺接收機(jī)，同步觀測相同的BDS衛(wèi)星，確定兩臺接收機(jī)天線之間的相對位置(坐標(biāo)差)。相對定位是在兩個(gè)或兩個(gè)以上的測站上同步觀測相同的衛(wèi)星，將測站對衛(wèi)星的觀測值求差，用求差后的觀測值解算兩點(diǎn)之間的坐標(biāo)差(又叫基線向量)。由于求差后的觀測值有效地消除了衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星信號傳播誤差，從而提高了定位的精度。按載波相位法進(jìn)行相對定位的定位精度是目前BDS定位中精度最高的一種定位方法.第八章空間大地測量第一節(jié)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第二節(jié)衛(wèi)星激光測距第三節(jié)甚長基線干涉測量第四節(jié)衛(wèi)星測高第五節(jié)多里斯系統(tǒng)第六節(jié)衛(wèi)星多普勒技術(shù)

應(yīng)用大地測量學(xué)§8.2.1衛(wèi)星激光測距基本原理§8.2.2激光測距衛(wèi)星與人工激光測距儀分類§8.2.3SLR的用途、現(xiàn)狀及前景§8.2衛(wèi)星激光測距§8.2

衛(wèi)星激光測距

應(yīng)用大地測量學(xué)衛(wèi)星激光測距(SatelliteLaserRanging,SLR)是20世紀(jì)60年代中期興起的一項(xiàng)空間大地測量技術(shù)。它是利用激光測距儀在地面上跟蹤觀測裝有激光反射器的衛(wèi)星，測定地面站至衛(wèi)星空間距離求得地面站空間位置的一種技術(shù)和方法。它是目前各種空間觀測技術(shù)中單點(diǎn)采樣和絕對定位精度最高的技術(shù)之一。用于全球地心坐標(biāo)系的建立和維護(hù)、地球板塊運(yùn)動監(jiān)測、地球自轉(zhuǎn)參數(shù)的精確測量等諸多方面.

應(yīng)用大地測量學(xué)§8.2衛(wèi)星激光測距§8.2.1衛(wèi)星激光測距基本原理§8.2.2激光測距衛(wèi)星與人工激光測距儀分類§8.2.3SLR的用途、現(xiàn)狀及前景§8.2.1衛(wèi)星激光測距原理

應(yīng)用大地測量學(xué)衛(wèi)星激光測距(SLR)的基本工作原理是激光測距儀跟蹤激光衛(wèi)星后,激光測距儀向激光衛(wèi)星發(fā)射激光脈沖,測量地面觀測站激光脈沖發(fā)射時(shí)刻與經(jīng)衛(wèi)星反射后再接收到激光脈沖信號的時(shí)間差Δt,根據(jù)光速c計(jì)算出測站至衛(wèi)星的距離d。

應(yīng)用大地測量學(xué)§8.2衛(wèi)星激光測距§8.2.1衛(wèi)星激光測距基本原理§8.2.2激光測距衛(wèi)星與人工激光測距儀分類§8.2.3SLR的用途、現(xiàn)狀及前景§8.2.2激光測距衛(wèi)星

應(yīng)用大地測量學(xué)凡是安裝了后向反射棱鏡,可對其進(jìn)行激光測距的衛(wèi)星稱為激光測距衛(wèi)星。激光測距衛(wèi)星可以分為兩類:一類是專提供激光測距用的衛(wèi)星,如Lageos衛(wèi)星、Starlette衛(wèi)星等;另一類衛(wèi)星則有不同的用途,如應(yīng)用技術(shù)衛(wèi)星ATSG6、海洋衛(wèi)星SeasatG1、海洋地形試驗(yàn)衛(wèi)星Topex/Poseidom、部分GPS衛(wèi)星等。這些衛(wèi)星之所以安裝激光反射棱鏡,主要是把激光測距也作為一種定軌的手段.§8.2.2激光測距衛(wèi)星

應(yīng)用大地測量學(xué)主要的專用激光測距衛(wèi)星有以下幾種：1、Starlette衛(wèi)星：該衛(wèi)星是由法國航天局CNES于1975年2月6日發(fā)射的,該衛(wèi)星由20個(gè)三角平面組成正20面體,直徑為24cm,質(zhì)量為47.295kg。離地面較近，主要用于研究地球重力場，建立海潮和固體潮模型.2、Lageos衛(wèi)星：Lageos衛(wèi)星是由美國航空航天局NASA研制發(fā)射的，其中LageosG1是1976年5月4日發(fā)射的，LageosG2是1992年10月23日發(fā)射的。其主要用途有:①測定板塊運(yùn)動和區(qū)域性地殼運(yùn)動.②測定極移和地球自轉(zhuǎn)不均勻.③建立大地測量的參考框架.④研究地球重力場的中、長波項(xiàng).§8.2.2激光測距衛(wèi)星

應(yīng)用大地測量學(xué)主要的專用激光測距衛(wèi)星有以下幾種：3、EGS(Ajisai)衛(wèi)星：Ajisai是日本國家宇宙開發(fā)局1986年8月12日發(fā)射的。該衛(wèi)星由于距離地面較近，面質(zhì)比又較大，故受到的太陽光壓攝動和大氣阻力攝動較大，軌道不如Lageos穩(wěn)定.該衛(wèi)星的優(yōu)點(diǎn)是亮度大,目視星等達(dá)1.5~3.5，肉眼易見。此外Ajisai衛(wèi)星表面除安置有立體角后向反射棱鏡外，還安裝了318塊平面鏡,能反射太陽光.當(dāng)衛(wèi)星以40圈/min的速度快速自轉(zhuǎn)時(shí)會產(chǎn)生閃光現(xiàn)象，約半秒鐘一次，每次閃光時(shí)間持續(xù)時(shí)間約為5ms。該衛(wèi)星除供激光測距外，還可用于人衛(wèi)攝影觀測以測定衛(wèi)星的方向.4、Etalon衛(wèi)星：EtalonG1和EtalonG2是蘇聯(lián)于1989年1月和5月發(fā)射的。該衛(wèi)星的用途是確定太陽光壓，以提高GLONASS衛(wèi)星的預(yù)報(bào)精度，以及測定地球重力場低階項(xiàng)系數(shù)?！?.2.2激光測距衛(wèi)星

應(yīng)用大地測量學(xué)人衛(wèi)激光測距儀的結(jié)構(gòu)與分類：整個(gè)測距儀是由激光器、望遠(yuǎn)鏡、光電頭、脈沖測量系統(tǒng)、時(shí)頻系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)等部分組成的.；人衛(wèi)激光測距儀根據(jù)其構(gòu)造及精度大體可以分為三代:第一代人衛(wèi)激光測距儀所產(chǎn)生的脈沖寬度在10~40ns,測距精度約為1~6m.多數(shù)采用帶調(diào)Q開關(guān)的紅寶石激光器.第二代測距儀的脈沖寬度為2~5ns,測距精度為30~100cm.采用改進(jìn)了的脈沖分析方法。第三代測距儀的脈沖寬度為0.1~0.2ns,測距精度為1~3cm,多數(shù)采用鎖模Nd:YAG激光器。第三代儀器一般均能在計(jì)算機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星的自動跟蹤和單光子檢測技術(shù).

應(yīng)用大地測量學(xué)§8.2衛(wèi)星激光測距§8.2.1衛(wèi)星激光測距基本原理§8.2.2激光測距衛(wèi)星與人工激光測距儀分類§8.2.3SLR的用途、現(xiàn)狀及前景§8.2.3SLR的用途、現(xiàn)狀及前景

應(yīng)用大地測量學(xué)SLR的用途：①目前激光測衛(wèi)技術(shù)仍是測定點(diǎn)的絕對坐標(biāo)的一種重要手段,在定義全球地心坐標(biāo)系中起決定性作用,也是建立和維持全球性的或區(qū)域性的參考框架的一種重要方法.②是測定極移、地球自轉(zhuǎn)不均勻及板塊運(yùn)動和地殼形變等地球動力學(xué)現(xiàn)象的重要手段之一.③是確定地球重力場的低階球諧函數(shù)系數(shù)的重要手段.④是精確確定衛(wèi)星軌道的重要手法.§8.2.3SLR的用途、現(xiàn)狀及前景

應(yīng)用大地測量學(xué)SLR的現(xiàn)狀及前景：目前全球約有50個(gè)SLR固定臺站以及少量的流動臺站，測距精度已達(dá)到1~3cm。少數(shù)臺站已達(dá)到亞厘米級的精度水平。1981年以來,我國在上海、武漢、長春、北京、昆明等地先后建立了SLR站。測距精度也從早期的米級、分米級提高至目前的亞厘米級水平，并實(shí)現(xiàn)了白天觀測。我國還自行研制了流動型SLR站TROSG1。在北京觀測的52天中共獲得344圈觀測數(shù)據(jù)。獲取率比同期許多固定站還多。測定LageosＧ１衛(wèi)星的平均標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)精度為９mm,達(dá)到了ILRS的標(biāo)準(zhǔn)(±10mm)。該流動站的工作溫度為-20℃~+45℃，測程達(dá)20000km。預(yù)計(jì)在不久的將來，激光測距的精度還可能有較大的提高,達(dá)到毫米級的測距精度。此外也有人提出在衛(wèi)星上安裝激光測距儀,在地面上安裝廉價(jià)的反射棱鏡以組成空基激光測距系統(tǒng)的建議。如能實(shí)現(xiàn)，將進(jìn)一步推動激光測距技術(shù)在大地測量中的廣泛應(yīng)用。第八章空間大地測量第一節(jié)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第二節(jié)衛(wèi)星激光測距第三節(jié)甚長基線干涉測量第四節(jié)衛(wèi)星測高第五節(jié)多里斯系統(tǒng)第六節(jié)衛(wèi)星多普勒技術(shù)§8.3甚長甚線干涉測量

應(yīng)用大地測量學(xué)甚長基線干涉測量技術(shù)(VeryLongBaselineInterferometer,VLBI)是20世紀(jì)60年代后期發(fā)展起來的射電干涉觀測技術(shù)。它能把相距幾千甚至上萬公里的兩臺射電望遠(yuǎn)鏡組合成一個(gè)分辨率非常高的射電干涉測量系統(tǒng)。兩臺站之間的連線成為基線?！?.3甚長甚線干涉測量

應(yīng)用大地測量學(xué)一、儀器設(shè)備１、天線由于來自河外射電源的信號十分微弱，故射電望遠(yuǎn)鏡通常均需配備大口徑的拋物面天線,如25m口徑的天線，36m口徑的天線等。目前VLBI觀測的信號波長通常為3.6cm和13cm，天線上還需配備相應(yīng)的饋線。流動型

VLBI站的天線的口徑較小，一般為3~5m.拋物面天線的基座一般采用地平式。天線可繞縱軸和水平軸旋轉(zhuǎn)，對準(zhǔn)不同方位角和不同高度角的射電源。２、數(shù)據(jù)接收和處理系統(tǒng)接收系統(tǒng)的作用是:將天線搜集到的十分微弱的射電信號通過高頻放大器進(jìn)行放大，然后再與本機(jī)振蕩器所產(chǎn)生的射頻信號一起進(jìn)入混頻器?；祛l后的信號通過濾波后獲得差頻信號，其頻率一般為100~500MHz。數(shù)據(jù)處理一般采用MarkⅢ型數(shù)據(jù)處理器，其主要工作是進(jìn)行相關(guān)處理以求得時(shí)間延遲r及延遲率i，最后求解基線向量及其他待定參數(shù)?！?.3甚長甚線干涉測量

應(yīng)用大地測量學(xué)一、儀器設(shè)備３、氫原子鐘及時(shí)間對比設(shè)備用于空間大地測量的VLBI測定時(shí)延r的精度應(yīng)優(yōu)于0.1ns,鐘的頻率穩(wěn)定度應(yīng)達(dá)到10-14只有氫原子鐘才能達(dá)到這樣的穩(wěn)定度。VLBI觀測時(shí)要求兩地的氫原子鐘精確同步,誤差不大于１μs。采用電視同步，LoranGC時(shí)間同步均能滿足上述要求.用GPS共視法進(jìn)行時(shí)間比對時(shí)，其時(shí)間精度可以達(dá)到0.01μs。４、水汽輻射計(jì)無線電信號通過位于大氣層底部的中性大氣層時(shí)會產(chǎn)生對流層延遲。在監(jiān)測站上配備一臺水汽輻射計(jì)用以測定信號傳播路徑上的實(shí)際水汽含量是解決上述問題的一種途徑。最近的研究結(jié)果表明，沒有水汽輻射計(jì)時(shí)，在平差計(jì)算中引入天頂方向?qū)α鲗友舆t修正參數(shù)，或用隨機(jī)模型來描述對流層延遲隨時(shí)間變化也能取得較好的效果.§8.3甚長甚線干涉測量

應(yīng)用大地測量學(xué)二、基本原理甚長基線干涉測量(VLBI)的基本原理是在相距甚遠(yuǎn)的兩個(gè)測站上各安裝一架射電望遠(yuǎn)鏡，同時(shí)觀測銀河外同一射電源信號,分別記錄射電微波噪聲信號,通過對兩個(gè)觀測站所記錄的射電信號進(jìn)行相關(guān)干涉處理，求得同一射電信號波到兩個(gè)測站的時(shí)間差，解算出測站點(diǎn)間的基線。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與測量原理如圖8-3-1所示.圖8-3-1§8.3甚長甚線干涉測量

應(yīng)用大地測量學(xué)（8-3-1）

§8.3甚長甚線干涉測量

應(yīng)用大地測量學(xué)（8-3-3）（8-3-2）

§8.3甚長甚線干涉測量

應(yīng)用大地測量學(xué)二、基本原理設(shè)b為天線1至天線2的地球坐標(biāo)系中的基線矢量，矢量b＝(ΔX,ΔY,ΔZ)，基線矢量為B,射電源S的方向矢量K，用矢量形式表示時(shí)間延遲，則有:

§8.3甚長甚線干涉測量

應(yīng)用大地測量學(xué)二、基本原理時(shí)間延遲和延遲率是VLBI用于大地測量所采用的主要觀測量?？紤]歲差、章動、地球周日自轉(zhuǎn)和極移，可以將矢量b轉(zhuǎn)換為矢量為B.。為簡明起見，若僅考慮地球自轉(zhuǎn)影響,則:第八章空間大地測量第一節(jié)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第二節(jié)衛(wèi)星激光測距第三節(jié)甚長基線干涉測量第四節(jié)衛(wèi)星測高第五節(jié)多里斯系統(tǒng)第六節(jié)衛(wèi)星多普勒技術(shù)§8.4衛(wèi)星測高

應(yīng)用大地測量學(xué)衛(wèi)星測高基本原理如圖8-4-1所示，衛(wèi)星向海面(或地面)發(fā)射雷達(dá)脈沖，經(jīng)海面返回到衛(wèi)星，觀測記錄了往返傳播時(shí)間Δt，信號傳播速度為c，則測高儀的觀測值h′＝c

Δt/２。設(shè)衛(wèi)星相對于參考橢球面的高度為h，平均海面至大地水準(zhǔn)面的高為H,大地水準(zhǔn)面至參考橢球面高為N,ΔH為瞬時(shí)海面對平均海面高差(潮汐效應(yīng))。d為軌道誤差(計(jì)算值與真實(shí)值之差)，則有:§8.4衛(wèi)星測高

應(yīng)用大地測量學(xué)衛(wèi)星測高精度的主要誤差項(xiàng)：由于海水面有良好的反射特性，衛(wèi)星測高特別適用于海洋測高。對式(8-4-1)，除有衛(wèi)星軌道誤差外，還有儀器誤差、信號傳播誤差、瞬時(shí)海面與大地水準(zhǔn)面的偏差。軌道誤差的來源主要來自用于軌道計(jì)算的地球重力場模型的精度;其次是跟蹤站和跟蹤系統(tǒng)的誤差以及軌道計(jì)算中的模型誤差。跟蹤站的地心坐標(biāo)應(yīng)用SLR、GNSS、VLBI等技術(shù)精確測定，目前的精度可達(dá)幾個(gè)厘米。即使如此，剩余的軌道誤差仍比測高儀的精度大得多。１、軌道誤差（１)地球重力場模型的誤差（２)跟蹤系統(tǒng)的誤差２．信號傳播誤差（１)儀器誤差(２)大氣延遲誤差３．瞬時(shí)海面與大地水準(zhǔn)面間的偏差§8.4衛(wèi)星測高

應(yīng)用大地測量學(xué)衛(wèi)星測高的用途：１．測定大地水準(zhǔn)面和地球重力場２．地球物理學(xué)研究３．海洋學(xué)研究第八章空間大地測量第一節(jié)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第二節(jié)衛(wèi)星激光測距第三節(jié)甚長基線干涉測量第四節(jié)衛(wèi)星測高第五節(jié)多里斯系統(tǒng)第六節(jié)衛(wèi)星多普勒技術(shù)§8.5多里斯系統(tǒng)

應(yīng)用大地測量學(xué)多里斯系統(tǒng)(DopplerOrbitographyandRadiopositioningIntegratedbySatellite,DORIS)全稱為多普勒雷達(dá)和無線電定位組合系統(tǒng)，DORIS最初由法國國家空間研究中心（CNES）于1980年代開發(fā),目的是支持衛(wèi)星的軌道確定和精確定位。DORIS的絕對定位精度優(yōu)于2cm，且其全球跟蹤網(wǎng)均勻，其可以用于全球動力學(xué)研究和地球自轉(zhuǎn)參數(shù)的計(jì)算。其也可用于長期的連續(xù)監(jiān)測，例如監(jiān)測火山活動和地表形變，也可以與inSAR技術(shù)共同生成DEM.。我國于2011年8月6日發(fā)射的海洋二號(HYG2)衛(wèi)星配備了該系統(tǒng)，且其配有雷達(dá)高度計(jì)、雷達(dá)散射計(jì)、微波輻射計(jì)和校正輻射計(jì)等，與GNSS和SLR技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用,使定軌精度有了顯著提高.§8.5多里斯系統(tǒng)

應(yīng)用大地測量學(xué)系統(tǒng)組成：DORIS分為兩部分:空間部分是衛(wèi)星上配備普勒接收機(jī)、全方位輻射天線和一臺高穩(wěn)定度的振蕩器，這些衛(wèi)星會定期向地面接收站發(fā)送信號。地面部分由分布在全球的50個(gè)固定跟蹤站(常設(shè)信標(biāo)站)組成，其利用IERS地球參考框架的VLBI和SL站。通常位于具有良好視野的地點(diǎn)，接收站配備有高靈敏度的接收設(shè)備，能夠捕捉并分析來自衛(wèi)星的信號.工作原理：DORIS使用發(fā)射到地球表面的無線電信號，并通過多顆DORIS衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。利用多普勒頻移的測量，可以計(jì)算出衛(wèi)星與地面接收站之間的相對速度，從而推算出位置。該系統(tǒng)采用了精密的頻率測量技術(shù)，確保了高精度的數(shù)據(jù)獲取。第五節(jié)多里斯系統(tǒng)

應(yīng)用大地測量學(xué)技術(shù)優(yōu)勢：DORIS能夠提供厘米級的定位精度，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的GNSS。其高頻率測量和多普勒效應(yīng)利用使其在動態(tài)測量方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。DORIS的全球衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)確保了對地球表面的全面覆蓋，使得不同地區(qū)都能獲得精確的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用冗余設(shè)計(jì)和多路徑信號處理技術(shù),增強(qiáng)了在復(fù)雜環(huán)境中的信號可靠性。主要應(yīng)用：１、地球科學(xué)研究DORIS為地球物理研究提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持，例如監(jiān)測地殼運(yùn)動、海平面變化和氣候變化等,在地球重力場測量、地震研究等方面有著重要的應(yīng)用.２、衛(wèi)星軌道的確定，該系統(tǒng)能夠?yàn)樾l(wèi)星的軌道提供精確的測量,確保衛(wèi)星在預(yù)定軌道上運(yùn)行，這對各種科學(xué)衛(wèi)星和地球觀測衛(wèi)星的有效運(yùn)行至關(guān)重要.３、海洋學(xué)和氣象學(xué)DORIS提供的高精度數(shù)據(jù)能夠幫助科學(xué)家監(jiān)測海洋流動、海面溫度和氣象變化，數(shù)據(jù)可用于改進(jìn)天氣預(yù)報(bào)和氣候模型。未來發(fā)展：隨著衛(wèi)星技術(shù)的進(jìn)步，DORIS系統(tǒng)將不斷進(jìn)行技術(shù)升級，以提高其數(shù)據(jù)精度和處理能力。新一代衛(wèi)星將配備更先進(jìn)的傳感器和通信技術(shù)，以增強(qiáng)系統(tǒng)的性能。DORIS的應(yīng)用范圍正在不斷拓展，未來可能會涉及更多領(lǐng)域，如交通監(jiān)控、災(zāi)害預(yù)警等。數(shù)據(jù)共享和合作研究將進(jìn)一步推動該系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展。第八章空間大地測量第一節(jié)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第二節(jié)衛(wèi)星激光測距第三節(jié)甚長基線干涉測量第四節(jié)衛(wèi)星測高第五節(jié)多里斯系統(tǒng)第六節(jié)衛(wèi)星多普勒技術(shù)§8.6衛(wèi)星多普勒技術(shù)

應(yīng)用大地測量學(xué)衛(wèi)星多普勒技術(shù)是一種利用多普勒效應(yīng)進(jìn)行衛(wèi)星定位和軌道測量的先進(jìn)技