[科普中国]-卫星大地测量

简述

卫星大地测量是指应用观测人造地球卫星的方法解决大地测量问题的测量技术。它是现代大地测量的重要组成部分，主要内容有：测定地面、水域、空间点的位置；测定地球形状、大小和地球重力场；测定地面点位置和地球重力场随时间的变化。

卫星大地测量技术包括：全球定位系统、卫星激光测距、卫星测高、卫星重力梯度测量、双向无线电卫星定位等。与传统大地测量比较，其优点是：全球、全天候连续地实时定位；操作方便、观测时间短；提供三维坐标，定位精度高；各测站问不需通视，节省建立觇标经费。

卫星大地测量技术根据观测目标的不同可分为如下3种类型：卫星地面跟踪观测；卫星对地观测；卫星对卫星观测。1

发展阶段卫星大地测量的进展可以分为如下的三个阶段：

(1)第一阶段：1958～1970年

此阶段为卫星观测的基本方法、计算和卫星轨道的开发研究阶段。该阶段以用摄影机进行光学照相测定方位为其特征。其主要成果有：地球位的首项函系数的确定；发表了第一批地球模型——Smithsonian天文物理观象台的标准地球模型（SAO SEⅠ至SAO SEⅢ），和NASA戈达德空间飞行中心的戈达德地球模型（GEM）；通过用BC4摄影机对PAGEOS卫星的观测资料，建立了一个纯几何的全球范围卫星观测网。

(2)第二阶段：从1970～1980年

该阶段属于科学规划的阶段。研制了新的技术并取得进展，尤其是激光测月及卫星测高；子午卫星系统（TRANSIT）用于大地测量中的多普勒定位；进一步完善了全球大地水准面和坐标的测定，得出改进的地球模型（例如：GEM 10、GRIM）；观测精度的提高使对地球动力学现象（地球自转、极移、地壳运动）的测量成为可能；多普勒测量用于全球范围的大地测量控制网的建立和运行（例如EDOC、D6DOC和ADOS）。

(3)第三阶段：1980年以后

为在大地测量、地球动力学测量中卫星技术实际应用阶段。该阶段尤其是在两个方面特别显著。第一个方面是：卫星方法越来越多地被测量界用来取代常规方法，该方面获得的重要成果是NAVSTAR全球定位系统（GPS），这一成果开辟了测量与制图全新的前景；第二方面是观测精度提高，成果之一是监测地球极移和地球自转的传统天文技术几乎完全被卫星方法取代，地壳运动测量计划正在全球范围内执行。2

方法卫星大地测量从原理上可分为几何法和动力法。

将卫星作为高空目标，由几个地面站同步观测，即可按三维三角测量方法计算这些地面点之间的相对位置。这种方法不涉及卫星的运动，称为卫星大地测量几何法。这种方法用于建立全球、区域、国家、重大工程的卫星大地网，求定测站点的大地坐标

如果把卫星作为运动的天体，并利用卫星离地球较近的特点，将它作为地球引力场的敏感器进行轨道摄动观测，就可以推求地球形状和地球重力场参数，同时还可以精确计算卫星轨道和确定地面观测站的地心坐标。这种方法称为卫星大地测量动力法。3

作用卫星大地测量是大地测量的新分支，就是利用卫星信息实现大地测量的目的。其作用分为如下几方面：

①精确测定地面点地心（质心）坐标系内的坐标，从而能够将全球大地网联成整体，建成全球统一的大地测量坐标系统。

②精确测量地球的大小和形状、地球外部引力场、地极运动、大陆板块间的相对运动以及大地水准面的形状，为大地测量和其他科学技术服务。

③广泛地应用于空中和海上导航，地质矿产勘探及军事等方面。4

卫星大地测量的成果对于全球、国家、区域及重大工程定位；监测包括全球板块运动及大构造运动在内的地壳运动、获取地震信息；监测地球自转位置和转速的变化、极地冰盖变化；精密测定低轨道卫星的轨道；精化重力场模型及大地水准面；研究大气和海洋的相互作用、海平面变化；研究测定电离层电子的浓度及变化；研究潮汐诱发地球、月亮、太阳和行星之间角动量交换等方面都产生了重要作用。1