空間大地測(cè)量學(xué)復(fù)習(xí)

1、第一章 緒論1. 什么是空間大地測(cè)量學(xué)利用自然天體或人造天體來精確測(cè)定測(cè)點(diǎn)的位置；精確確定地球的形狀，大小，外部重力場(chǎng)以及它們隨時(shí)間的變化狀況的一整套理論和方法(或一門科學(xué))稱為空間大地測(cè)量學(xué)。2. 空間大地測(cè)量的主要任務(wù)空間大地測(cè)量要解決的問題和承擔(dān)的具體任務(wù)很多，但歸納起來大體上可分為兩類:一類是建立和維持各種坐標(biāo)框架;建立和維持地球參考框架A：建立和維持全球性參考框架B：建立和維持區(qū)域性的地球參考框架 建立和維持國(guó)際天球參考框架目前國(guó)際天球參考框架ICRF是由IERS利用VLBI技術(shù)所測(cè)定的河外射電源的方向來判斷和維持的；ICRF分為 BCRF（日心，用于研究行星繞日）GCRF（地心，用

2、于研究衛(wèi)星繞地）測(cè)定地球定向參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換需要知道轉(zhuǎn)換參數(shù)，于是精確測(cè)定ITRS和GCRS間的轉(zhuǎn)換參數(shù)是空間大地測(cè)量的一項(xiàng)主要任務(wù)。一類是確定地球重力場(chǎng)。意義：高分辨率高精度的地球重力場(chǎng)模型對(duì)于軍事部門、航空航天部門，以及大地測(cè)量，地球動(dòng)力學(xué)等地學(xué)研究部門意義重大；傳統(tǒng)大地測(cè)量的局限性在20世紀(jì)50年代前測(cè)定地球重力場(chǎng)的工作進(jìn)度緩慢；空間大地測(cè)量的誕生從根本上改變了這種狀況根據(jù)衛(wèi)星的軌道攝動(dòng)來反演地球重力場(chǎng)；利用衛(wèi)星測(cè)高技術(shù)來實(shí)際測(cè)定海洋地區(qū)的大地水準(zhǔn)面反演海洋地面的重力場(chǎng)；利用高-低模式和低-低模式的衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星以及衛(wèi)星重力梯度測(cè)量技術(shù)來反演地球重力場(chǎng)；高分辨率、高精度、變化性3. 傳統(tǒng)大地測(cè)

3、量的劣勢(shì)：測(cè)站間需保持通視 a 采用光電儀器，必須通視 b 需花費(fèi)大量人力物力修建戰(zhàn)標(biāo) c 邊長(zhǎng)受限制 d 工作難度大，效率低無(wú)法同時(shí)精確確定點(diǎn)的三維坐標(biāo) 由于平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)是分別布設(shè)的 （1）點(diǎn)的平面位置是由橢球面為基準(zhǔn)面通過三角測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量得到 （2）點(diǎn)的高程是以大地水準(zhǔn)面或似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面通過水準(zhǔn)測(cè)量得到缺點(diǎn)：a 增加了工作量 b 水準(zhǔn)點(diǎn)一般沿道路、河流等高差起伏不大的地帶布設(shè)，無(wú)精確的平面坐標(biāo) c 平面控制點(diǎn)在山區(qū)時(shí)，位于山頭上，起高程使用三角高程測(cè)量求得，無(wú)精確的高程坐標(biāo)。這種情況對(duì)分析和進(jìn)一步測(cè)量帶來困難。觀測(cè)受氣候條件的影響觀測(cè)難以避免收到某些系統(tǒng)誤差的影響難以建立

4、地心坐標(biāo)系4. 空間大地測(cè)量學(xué)的優(yōu)勢(shì)能夠提供更精確的地心坐標(biāo)能夠提供全球統(tǒng)一的坐標(biāo)能夠在長(zhǎng)距離上進(jìn)行高精度的測(cè)量能夠提供精確的（似）大地水準(zhǔn)面差距能夠提供高精度的高分辨率的地球重力場(chǎng)模型全天候測(cè)量，更快捷、精確、簡(jiǎn)便第二章：時(shí)間系統(tǒng)1.空間大地測(cè)量的兩個(gè)基準(zhǔn) 空間基準(zhǔn)：坐標(biāo)系統(tǒng) 時(shí)間基準(zhǔn)：時(shí)間系統(tǒng)2：時(shí)間系統(tǒng)與時(shí)間框架時(shí)間系統(tǒng)定義了時(shí)間測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)，包括時(shí)刻的參考基準(zhǔn)和時(shí)間間隔的尺度基準(zhǔn)。時(shí)間框架通過守時(shí)、授時(shí)和時(shí)間頻率測(cè)量比對(duì)在某一區(qū)域或者全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)和維持統(tǒng)一的時(shí)間系統(tǒng)。3.恒星時(shí) 恒星時(shí)以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過地方上子午圈的時(shí)間間隔成為一個(gè)恒星日，再均勻分割成小時(shí)、分和秒 恒

5、星時(shí)與地方上子午圈的時(shí)間有關(guān)，為地方時(shí)4.太陽(yáng)時(shí) （1）真太陽(yáng)時(shí)：太陽(yáng)中心連續(xù)兩次經(jīng)過某地的上子午圈的時(shí)間間隔稱為一個(gè)真太陽(yáng)日，再均勻分割成小時(shí)、分、秒。（真太陽(yáng)時(shí)不均勻，不具備作為一個(gè)時(shí)間系統(tǒng)的基本條件） （2）平太陽(yáng)時(shí)：以地球自傳為基礎(chǔ)，以平太陽(yáng)中心為參考點(diǎn)所建立的時(shí)間系統(tǒng)稱為平太陽(yáng)時(shí)。 平太陽(yáng)：建立的假太陽(yáng)，其周年視運(yùn)動(dòng)軌跡位于赤道平面，而不是黃道平面，它在赤道上的運(yùn)動(dòng)角速度為恒定的，等于真太陽(yáng)的平均角速度。5.歷書時(shí) 為了避免世界時(shí)的不均勻性，1960年起引入了一種以地球繞日公轉(zhuǎn)周期為基礎(chǔ)的均勻時(shí)間系統(tǒng)，稱為歷書時(shí)。6.歷法 歷法是規(guī)定年月日的長(zhǎng)度以及他們之間的關(guān)系，制定時(shí)間序列的一套

6、法則。 主要分為：陽(yáng)歷（回歸年為基本單位）、陰歷（朔望月）、陰陽(yáng)歷（以朔望月計(jì)月，以回歸年計(jì)年） 陽(yáng)歷分為：儒略歷、格里歷7：有哪些時(shí)間傳遞方法：短波無(wú)線電時(shí)號(hào)長(zhǎng)波無(wú)線電時(shí)號(hào)電視比對(duì)搬運(yùn)鐘法利用衛(wèi)星進(jìn)行時(shí)間比對(duì)電話和計(jì)算機(jī)授時(shí)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間戳服務(wù)8.空間大地測(cè)量中常用的時(shí)間系統(tǒng)有哪些？這些時(shí)間系統(tǒng)如何建立和維持？他們之間如何進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換？ （1）世界時(shí)系統(tǒng)：以地球自轉(zhuǎn)作為時(shí)間基準(zhǔn)的時(shí)間系統(tǒng) 分為：恒星時(shí)和太陽(yáng)時(shí) （2）力學(xué)時(shí)系統(tǒng)：天文學(xué)中，天體的星歷是根據(jù)天體力學(xué)中的運(yùn)動(dòng)方程編算的，這些方程中時(shí)間T是一個(gè)獨(dú)立的變量，該時(shí)間定義為力學(xué)時(shí)。 以行星繞日為基準(zhǔn) 分類：歷書時(shí)、地球動(dòng)力學(xué)時(shí)、太陽(yáng)系質(zhì)心力學(xué)時(shí)

7、 （3）原子時(shí)系統(tǒng)：國(guó)際原子時(shí)、協(xié)調(diào)世界時(shí)、GPS時(shí)、GLONASS時(shí)第三章：坐標(biāo)系統(tǒng)1.歲差歲差，更精確的講是春分點(diǎn)歲差，是由于赤道平面和黃道平面的運(yùn)動(dòng)而引起的。其中由于赤道運(yùn)動(dòng)而引起的歲差稱為赤道歲差，由于黃道運(yùn)動(dòng)而引起的歲差叫做黃道歲差。赤道歲差：由于太陽(yáng)、月球以及行星對(duì)地球上赤道隆起部分的作用力矩而導(dǎo)致赤道平面的進(jìn)動(dòng)（或者說天極繞黃極在半徑為的小圓上的順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)）稱為赤道歲差。黃道歲差：除了赤道歲差之外，太陽(yáng)系中的行星對(duì)地球和月球產(chǎn)生萬(wàn)有引力，還會(huì)影響地月系質(zhì)心繞日公轉(zhuǎn)的軌道平面，使黃道面產(chǎn)生變化，今兒使春分點(diǎn)產(chǎn)生移動(dòng)，我們稱這種歲差為黃道歲差。2.章動(dòng) 月球受到的地球、太陽(yáng)、其他

8、行星引力等影響，使得月球圍繞地球旋轉(zhuǎn)的軌道面變化、月地間的距離變化、地球自轉(zhuǎn)軸在空間變化，其運(yùn)動(dòng)軌跡為一個(gè)橢圓。這種運(yùn)動(dòng)叫做章動(dòng)3.天球坐標(biāo)系 用以描述自然天體和人造天體在空間的位置或方向的一種坐標(biāo)系 分類：戰(zhàn)心天球坐標(biāo)系（原點(diǎn)位于測(cè)站中心） 地心天球坐標(biāo)系（原點(diǎn)位于地心） 太陽(yáng)系質(zhì)心天球（原點(diǎn)位于太陽(yáng)系質(zhì)心）4.歷元平級(jí)5.固定平級(jí)6.地固坐標(biāo)系 參考橢球球心與地球質(zhì)心重合，參考橢球面與全球大地水準(zhǔn)面吻合好在此橢球上建立的大地坐標(biāo)系，原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，Z軸指向北極點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)系，叫做地心坐標(biāo)系。什么是歲差和章動(dòng)？二者之間的異同。試述歲差和章動(dòng)對(duì)坐標(biāo)框架建立和維持的影響。如何測(cè)量歲差和章動(dòng)

9、？論述極移和地球自轉(zhuǎn)的地球物理機(jī)制。綜述歲差、章動(dòng)、極移和自轉(zhuǎn)的測(cè)量技術(shù)。為何要建立天球坐標(biāo)系？常用的天球坐標(biāo)系都有哪些？第四章：VLBI原理及應(yīng)用1.大氣窗口正反演宇宙中大部分電磁波信號(hào)在通過地球大氣層時(shí)，被吸收而無(wú)法到達(dá)地面。而穿 透大氣到達(dá)地面的信號(hào)只有：0.400.76m的可見光，“可見光窗口”;0.762.50m的近紅外譜段3.504.20m的中紅外譜段,“紅外窗口” 其中“可見光窗口”和“無(wú)線電窗口”稱為大氣窗口2.VLBI的概念，基本組成，誤差項(xiàng)，應(yīng)用（1）定義： 兩臺(tái)使用獨(dú)立本振信號(hào)的射電望遠(yuǎn)鏡A和B，同時(shí)對(duì)同一射電源進(jìn)行觀測(cè)，利用射電干涉測(cè)量原理測(cè)定信號(hào)到達(dá)A、B兩站的時(shí)間延

10、遲，以及延遲率d/dt；從而精確測(cè)定A到B基線向量、以及射電望遠(yuǎn)鏡到射電源方向的一整套理論、方法和技術(shù)稱為射電干涉測(cè)量。（2）VLBI系統(tǒng)的組成 主要由天線、接收機(jī)、記錄終端、氫原子鐘、相關(guān)處理機(jī)等部分組成（3）VLBI的觀測(cè)值 （4）VLBI的誤差項(xiàng) 時(shí)間延遲 臺(tái)站坐標(biāo)和延遲 對(duì)流層大氣延遲 電離層延遲 射電源結(jié)構(gòu)誤差 系統(tǒng)設(shè)備引起的延遲（4）VLBI的應(yīng)用 參考框架的維持與實(shí)現(xiàn) 用于電離層探測(cè) 用于衛(wèi)星定位 在地球動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用第五章：激光測(cè)衛(wèi)和激光測(cè)月1.激光測(cè)衛(wèi)的概念，組成（空間和地面），誤差項(xiàng)（空間有哪些誤差項(xiàng)，觀測(cè)量的誤差）觀測(cè)量，應(yīng)用（1）定義 衛(wèi)星激光測(cè)距：用安裝在地面測(cè)站的激光

11、測(cè)距儀向安裝了后向反射棱鏡的激光衛(wèi)星發(fā)射激光脈沖信號(hào)，該信號(hào)被棱鏡反射后返回測(cè)站，精確測(cè)定信號(hào)的往返傳播時(shí)間，進(jìn)而求出儀器到衛(wèi)星質(zhì)心間的距離。（2）主要包括地面部分和空間部分 空間部分為帶后向反射鏡的衛(wèi)星 地面部分包括：激光發(fā)生系統(tǒng)、激光光學(xué)發(fā)射和接收系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺(tái)、激光脈沖接收處理系統(tǒng)、時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器、時(shí)間系統(tǒng)標(biāo)校系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制記錄系統(tǒng)、基石、電源系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)最后為數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（3）誤差項(xiàng) （4）應(yīng)用 地球自轉(zhuǎn)參數(shù)測(cè)定 人衛(wèi)激光測(cè)距用于地球質(zhì)心測(cè)定 用于地球低階重力場(chǎng)測(cè)定 用于地心引力常數(shù)GM測(cè)定 其他方面：如衛(wèi)星精密定軌、參與ITRF框架建立和維持、地球固體潮與海潮研究、作為其他精

12、密定軌技術(shù)參考、站間時(shí)間同步比對(duì)、板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、廣義相對(duì)論驗(yàn)證及相關(guān)常數(shù)解算等。2.激光測(cè)月的概念，組成（空間和地面），誤差項(xiàng)（空間有哪些誤差項(xiàng)，觀測(cè)量的誤差）觀測(cè)量，應(yīng)用（1）定義：用大功率激光測(cè)距儀向安置在月球表面上的反射棱鏡發(fā)射激光脈沖信號(hào)，測(cè)定信號(hào)的往返傳播時(shí)間，進(jìn)而求出儀器到反射鏡之間的距離的方法和技術(shù)成為激光測(cè)月（2）組成：（3）誤差項(xiàng)： 3）與月球相關(guān)的改正 月球激光后向反射鏡改正 月球天平動(dòng)改正 月球軌道改正（3）應(yīng)用1）月球潮汐的測(cè)量2）月球液核的研究3）月面位置坐標(biāo)4）引力常數(shù)變化測(cè)定5）等效原理第六章：衛(wèi)星測(cè)高1.衛(wèi)星測(cè)高的概念，組成（空間和地面），誤差項(xiàng)（空間有哪些誤差

13、項(xiàng)，觀測(cè)量的誤差）觀測(cè)量，應(yīng)用（1）定義： 衛(wèi)星測(cè)高是以衛(wèi)星為載體，借助于空間技術(shù)、電子和微波、激光等高新技術(shù)來量測(cè)全球海綿高。（3）誤差衛(wèi)星軌道誤差 主要誤差源：a地球重力場(chǎng)模型 b大氣傳播延遲 c光壓 d跟蹤站坐標(biāo)誤差環(huán)境誤差 A海況影響 b 電離層折射誤差 c對(duì)流層影響 d逆氣壓改正儀器誤差 a 跟蹤系統(tǒng)偏差 b波形樣本放大校準(zhǔn)偏差 c平均脈沖形狀的不確定性與實(shí)踐標(biāo)志偏差（4）應(yīng)用a 在大地測(cè)量學(xué)中的應(yīng)用 1）測(cè)高數(shù)據(jù)剖面計(jì)算垂線偏差 2）測(cè)高數(shù)據(jù)反演海洋重力異常 3）測(cè)高數(shù)據(jù)計(jì)算海洋大地水準(zhǔn)面的數(shù)學(xué)模型b 在地球物理學(xué)中的應(yīng)用l 利用測(cè)高數(shù)據(jù)可反演海底地形構(gòu)造與深部地球物理特征。l 海

14、洋大地水準(zhǔn)面短波起伏可提供有關(guān)海底礦藏信息。l 海底地殼密度和海水密度的顯著反差僅反映在海洋大地水準(zhǔn)面的短l 波起伏中，由濾去長(zhǎng)波的海洋大地水準(zhǔn)面或由顧及了潮汐和大氣壓力影響的平均海面可以檢測(cè)出海底地形。l 測(cè)高重力異?？梢苑从逞芯繀^(qū)域板塊相互作用的特點(diǎn)，其高頻成分l 可以刻畫各海盆的構(gòu)造特征。l 測(cè)高空間重力異常也可勾勒陸架構(gòu)造及盆地分布，反演Moho面埋深，再?gòu)木庵亓Ξ惓?大地水準(zhǔn)面起伏推算小尺度地幔流應(yīng)力場(chǎng)l 利用地球物理方法可反演海底地球深部結(jié)構(gòu)、研究地幔對(duì)流及板塊運(yùn)動(dòng)等l 衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)可應(yīng)用于研究海洋地殼構(gòu)造l 高精度高分辨率重力異常在深部地質(zhì)與地球物理研究方面，利用重力異常配合海洋地球物理數(shù)據(jù)資料，如地震體波、面波成像，及磁力異常的綜合解釋等，通過調(diào)和系數(shù)法來研究地殼與巖石圈的厚度與撓曲。 衛(wèi)星測(cè)高在海洋學(xué)中的應(yīng)用主要包括：l 海洋自身的研究和氣候與海洋運(yùn)動(dòng)的相互