武漢大學測繪學院空間大地測量學考試復習要點整理

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上空間大地測量學:利用自然天體或人造天體精確確定點的位置，確定地球的形狀，大小，外部重力場，以及他們隨時間的變化狀況的一整套理論和方法空間大地測量兩個要素; 1, 必須利用空間的自然天體或人造天體所發(fā)出的信號來進行觀測或?qū)⑺麄冏鳛橛^測目標 2， 所做的工作必須屬于大地測量的范疇，如精確測定點的坐標及其變化率，確定地球重力場及其變化，確定地球的運動和相關參數(shù)?？臻g大地測量的主要任務：大體分為兩類：一類是建立和維持各種坐標框架，1，建立和維持地球參考框架 （1）建立和維持全球性的地球參考框架，（2）建立和維持區(qū)域性的地球參考框架 2，建立和維持國際天球參考框架 3，測定地球

2、定向參數(shù)。一類是確定地球重力場。空間大地測量技術：VLBI， 激光測月（SLR），GPS（GNSS），DORIS，利用衛(wèi)星軌道攝動反演地球重力場，衛(wèi)星測高，衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星，衛(wèi)星重力梯度測量時間間隔：事物運動處于兩個狀態(tài)之間所經(jīng)歷的時間過程，它描述了事物運動在時間上的連續(xù)狀態(tài) 時刻：發(fā)生某一現(xiàn)象的時間時間基準：時間測量的一個標準的公共尺度。時間的起算基準和尺度基準一起決定事件發(fā)生的時刻時間的尺度基準決定兩事件之間的時間間隔，也就是決定時段時間基準的條件 ：1 。運動是連續(xù)的、周期性的 2，運動周期必須穩(wěn)定 3，運動周期必須具有復現(xiàn)性，即要求在任何時間和地點都可以通過觀測和試驗來復現(xiàn)這種周期運動時間

3、基準有三種：1 地球自轉(zhuǎn)（建立世界時） 2，行星繞太陽公轉(zhuǎn)（歷書時） 3，電子，原子的諧波振蕩（原子時） 4，脈沖星發(fā)射周期性脈沖信號（脈沖星時）守時系統(tǒng)：被用來建立和維持時間頻率基準，確定任一時刻的時間方法：通過時間頻率測量和比對技術來評價和維持該系統(tǒng)的不同時鐘的穩(wěn)定度和準確度，并據(jù)此給予不同的權(quán)重，以便用多臺鐘來共同建立和維持時間系統(tǒng)的框架授時：通過授時設施（電話網(wǎng)絡無線電，電視，專用長波和短波電臺和衛(wèi)星等）向用戶傳遞準確的時間信息和頻率信息時鐘的主要技術指標：1 頻率準確度， 振蕩器所產(chǎn)生的實際震蕩頻率與其理論值得相對偏差 2 ，頻率漂移率 頻率準確度在單位時間內(nèi)的變化量 3，頻率穩(wěn)定度

4、（反映時鐘質(zhì)量的最主要的技術指標） 頻標在一定的時間間隔內(nèi)所輸出的平均頻率的隨機變化程度 頻率準確度和頻漂反映了鐘的系統(tǒng)誤差。頻率穩(wěn)定度反映了隨機誤差世界時系統(tǒng)： 以地球自轉(zhuǎn)作為時間基準的時間系統(tǒng)。分為恒星時和太陽時恒星時：以春分點作為參考點，春分點連續(xù)兩次經(jīng)過地方上子午圈的時間間隔為一個恒星日，再均勻分割成小時、分和秒。恒星時與地方上子午圈的時間有關，為地方時恒星時分為真恒星時和平恒星時，真恒星時也即真春分點的地方時角，LAST。平恒星時，LMST真太陽時：以太陽中心作為參考點。太陽中心連續(xù)兩次經(jīng)過某地的上子午圈的時間間隔稱為一個真太陽日；再均勻分割為小時、分、秒。大小相當于太陽中心相對于本

5、地子午圈的時角真太陽時不均勻原因：1，地球圍繞太陽的軌道為橢圓，近地點角速度大遠地點小， 2 ，黃道在赤道上的投影不均勻。建立平太陽時的原因：由于真太陽時的缺陷，建立以平太陽視運動為基準的平太陽時平太陽： 建立假太陽，其周年視運動軌跡位于赤道平面，而不是黃道平面，它在赤道上的運動角速度為恒定的，等于真太陽時的平均角速度，假太陽稱為平太陽平太陽：以地球自轉(zhuǎn)為基礎，以平太陽中心作為參考點所建立的時間系統(tǒng)民用時：將平太陽時的起始點從平正午移到平子夜的平太陽時世界時（UT）：將格林尼治零子午線處的民用時世界時是以地球自轉(zhuǎn)為基礎的，而地球自轉(zhuǎn)軸在地球的內(nèi)部位置在變化，即存在極移現(xiàn)象，地球自轉(zhuǎn)速度不均勻，

6、不嚴格滿足建立時間系統(tǒng)的基本條件.廣泛應用于天文學和人們?nèi)粘Ｉ?，但因為不均勻，無法應用于高科技，高精度的領域未經(jīng)任何改正的世界時 UT0，經(jīng)過極移改正入，的UT1，經(jīng)過極移和地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性改正Ts, UT2由于地球自轉(zhuǎn)的同時也存在繞太陽公轉(zhuǎn)， 太陽日大于恒星日，太陽時大于恒星時力學時系統(tǒng)：天文學中，天體的星歷是根據(jù)天體力學中的運動方程編算的，這些方程中，時間T是一個獨立的變量，該時間定義為力學時。以行星繞日公轉(zhuǎn)為基礎。力學時分類：歷書時（ET），地球動力學時（TDT），太陽系質(zhì)心力學時（TDB）歷書時：為了避免世界時的不均勻性，1960年引入了一種以地球繞日公轉(zhuǎn)周期為基礎的均勻時間系統(tǒng)

7、。 歷書時的起點，1900年1月0日12h.歷書時實際上是通過對月球的觀測得到的，將觀測得到的天體位置與用歷書時計算得到的天體歷表比較，就能內(nèi)插出觀測瞬間的歷書時歷書時的缺陷：1，太陽，月球，行星歷表中的位置與一些天文常數(shù)有關，每當這些天文常熟進行了修改，就會導致歷書時不連續(xù)。 2，由于月球的視面積很大，邊緣又很不規(guī)則，很難精確找準其中心的位置，所以求得的歷書時比理論精度要差很多 3，要經(jīng)過較長時間的觀測和數(shù)據(jù)處理才能得到準確的時間 4，由于星表本身的誤差，同一瞬間觀測月球與觀測行星得出的歷書時可能不相同原子時：以原子諧振信號周期為標準，并對 它進行連續(xù)記數(shù)的時標起點：1958年1月1日0h，

8、其值與UT2相同協(xié)調(diào)世界時（UTC）：世界時的應用比原子時更為廣泛，國際天文協(xié)會于20世紀60年代建立協(xié)調(diào)世界時，秒長嚴格等于原子時的秒長。協(xié)調(diào)世界時與世界時UT間的時刻差規(guī)定需要保持在0.9秒以內(nèi)，否則將采取閏秒的方式進行調(diào)整GPS時（GPST），時間為原子時，采用原子時的秒長，起點1980年1月6日0國際原子時IAT-GPST=19s相對論框架下的幾種時間系統(tǒng)：地球動力學時（TDT）：用于解算圍繞地球質(zhì)心旋轉(zhuǎn)的天體的運動方程，編算其星歷時所用的一種時間系統(tǒng)。建立在國際原子時TAI的基礎上，秒長與國際原子時的秒長相等。32.184太陽系質(zhì)心動力學時（TDB）：用于解算坐標原點位于太陽系質(zhì)心的

9、運動方程并編制其星表時所用的時間系統(tǒng)地心坐標時（TCG）：原點位于地心的天球坐標系中所用的第四維坐標-時間系統(tǒng)，它是把TDT從大地水準面上通過相對論轉(zhuǎn)換到地心時的類時變量質(zhì)心坐標時（TCB）：以太陽系質(zhì)心天球坐標系中的第四維坐標，它是用于計算行星繞日運動方程中的時間變量，也是編制行星星表時的獨立變量空間大地測量中的常用計時方法：歷法：規(guī)定年月日的長度以及他們之間的關系，指定時間序列的一套法則。分為陽歷，陰陽歷，陰歷。陽歷，以回歸年為基本單位。陰陽歷：以朔望月記月，以回歸年計年，二者兼顧陰歷：以朔望月為基本單位陽歷分為：儒略歷，格里歷。赤道歲差（日月歲差）：由于太陽、月球以及行星對地球上赤道隆起

10、部分的作用力矩而導致赤道平面的進動（或者說天極繞黃極在半徑為黃赤交角的小圓上順時針方向旋轉(zhuǎn)）稱為赤道歲差。 運動速度為 每年西移50.39秒黃道歲差(行星歲差)：除太陽和月球?qū)Φ厍虻娜f有引力外，其他行星對地球和月球產(chǎn)生萬有引力，影響地月系質(zhì)心繞日公轉(zhuǎn)的軌道平面，黃道面產(chǎn)生變化，使春分點產(chǎn)生移動。 春分點在天球赤道上面每年 東移0.1秒，還會使黃赤交角變化平天極：只考慮歲差運動時的天極平赤道：對平天極對應的天球赤道平春分點：平赤道與黃道的交點IAU1976，IAU2000，IAU2006歲差模型瞬時天球坐標系：以天球中心為原點，X軸指向瞬時的平春分點，Z軸指向瞬時的平北天極，Y軸垂直于X軸和Z軸

11、形成一個右手垂直直角坐標系歲差改正原因：恒星的位置是在天球坐標系中描述的，由于歲差的影響，不同時刻的瞬時天球坐標系不同，不同時刻的恒星位置無法相互比較，為了比較不同時刻的恒星的位置，必須把不同時刻恒星在不同瞬時坐標系下的位置歸算到統(tǒng)一的坐標系下（協(xié)議天球坐標系），就必須進行歲差改正章動：由于日月以及行星相對于地球的位置在不斷變化，導致黃道面產(chǎn)生周期性的變化，從而使得北天極，春分點，黃赤交角等在總歲差的基礎上產(chǎn)生額外的周期性的微小擺動，這種周期性的微小擺動稱為章動主要因素：月球繞地球公轉(zhuǎn)的白道平面之間的夾角會在18°17到28°35之間以18.6年周期變化真天極圍繞平天極做周

12、期性運動，真春分點、真赤道分別相對于平春分點、平赤道作相應的周期運動，引起的春分點在黃道上的位移為黃經(jīng)章動，所引起的黃赤交角的變化為交角章動。極移：由于地球內(nèi)部物質(zhì)（地幔對流）和表面上的物質(zhì)（海潮，洋流）的運動，使得地球相對于自轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生相對運動，引起地級的移動固定平緯：取6年內(nèi)測站的瞬時緯度的平均值作為測站的平均緯度，其數(shù)值在長時間內(nèi)將保持基本穩(wěn)定，稱為固定平緯歷元平緯：將某一歷元的緯度值扣除周期項的影響后取值作為該歷元的平均緯度。固定平極：由幾個緯度觀測臺站的固定平緯所確定的平均極，如國際協(xié)議原點CIO歷元平極：由一個或幾個觀測臺站的歷元平緯所確定的平極。我國的JYD1968.0極移的成分：

13、張德勒擺動（周期427天0.15秒），是彈性地球自轉(zhuǎn)的必然結(jié)果受迫擺動（周期1年，0.10秒）主要是由于季節(jié)性的天氣變化引起的微小擺動：周期1天，0.02秒天球坐標系：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系依據(jù)所選用的坐標原點不同：站心天球坐標系，原點位于測站中心。地心天球坐標系，原點位于地心，太陽系質(zhì)心天球，原點位于太陽系質(zhì)心基圈與基點：選取一個大圓作為基圈，該基圈的極點稱為基點，過基圈的兩個極點的大圓皆與基圈垂直主圈和副圈：選取一個過基圈的兩個極點的大圓作為主圈，其余的大圓稱為副圈主點;主圈與基圈的交點經(jīng)度：過任一天體S的副圈平面與主圈面之間的夾角。 緯度：從球心至天體的聯(lián)線

14、與基圈平面間的夾角瞬時天球赤道坐標系：坐標原點位于天球中心，Z軸指向瞬時北天極，X軸指向瞬時春分點，Y軸組成右手坐標系的空間直角坐標系。 天體的最終位置和方位不易用這種坐標系表示平天球赤道坐標系：只顧歲差運動不顧章動運動所建立的天球坐標系。Z軸指向歷元平天極，X軸和Y軸則位于與之相應的平天球赤道面上，X軸指向平春分點，組成右手坐標系協(xié)議天球坐標系：為了方便地表示天體在空間的位置和方位，編制天體的星歷表，就需要在空間建立一個固定的坐標系，該坐標系的三個坐標軸需指向三個固定的方向。2000年1月1日12h的平天球坐標系。Z軸指向J2000.0時的平北天極，X軸指向J2000.0時的春分點；Y軸垂直

15、于X，Z軸，構(gòu)成右手坐標系國際天球參考系統(tǒng)ICRS是根據(jù)一組定義和規(guī)定從理論上來加以確定的，該坐標系統(tǒng)還需要有具體的機構(gòu)通過一系列的觀測和數(shù)據(jù)處理并采用一定的形式來予以實現(xiàn)，坐標系統(tǒng)的具體實現(xiàn)稱為坐標框架。國際天球參考系ICRS是由國際地球自轉(zhuǎn)服務IERS所建立的國際天球參考框架ICRF來予以實現(xiàn)的。根據(jù)原點的不同分為BCRS（坐標原點位于太陽系質(zhì)心），GCRS（原點位于地球質(zhì)心）協(xié)議地球參考系（CTRS）：由一定的組織和機構(gòu)通過一系列的觀測和數(shù)據(jù)處理后用地球參考框架來具體實現(xiàn)。 目前，國際上常用的CTRS和CTRF有 國際地球參考系ITRS，國際參考框架ITRF，和WGS-84協(xié)議地球坐標系

16、，框架一個滿足下列條件：1，原點位于包括海洋和大氣層在內(nèi)的整個地球的質(zhì)量中心。2，尺度為廣義相對論意義上的局部地球框架內(nèi)的尺度。3 ，坐標軸的指向最初是BIH1984.0來確定的。4，坐標軸定向隨時間的變化滿足地殼無整體旋轉(zhuǎn)這一條件。甚長基線干涉測量（VLBI）。兩臺配備了高精度原子鐘、相距遙遠的射電望遠鏡A和B，同時對來自某一射電源的信號進行觀測，利用干涉測量的方法對2臺分別記錄的信號進行相關處理，以求得信號到達A,B兩站的時延以及時延的變化率，進而精確確定基線向量AB，以及從射電望遠鏡至射電源的方向的一整套理論、方法和技術稱為甚長基線干涉測量。大氣窗口：可見光窗口和無線電窗口減小波長的限制

17、：1 機動過程中天線的變形小于波長的1/10， 2天線的平整度高于觀測波長的1/20.聯(lián)線干涉測量原理：將兩臺相距為D的兩臺射電望遠鏡A和B用電纜線連接起來，共同使用一臺鐘，將接收到的信號混頻后變成中頻，然后通過電纜送往相關器經(jīng)行相處理，組成一臺虛擬的口徑為D的大射電望遠鏡。兩條纜線的作用是傳遞信號，傳遞本振信號和傳遞中頻信號甚長基線干涉測量的應用：1，能夠分辨出射電源精細結(jié)構(gòu)，2，對射電源位置以及望遠鏡兩端測站的相對位置非常敏感，能夠分辨他們之間位置的細微變化，3，在天體測量和大地測量中應用廣泛。大大提高了大地測量定位，參考框架的連接，地球自轉(zhuǎn)和極移監(jiān)測，估計地殼運動，繪制河外射電源圖像的精

18、度VLBI天線收到地球引力場的影響，觀測量同時涉及三個參考系:1 ,由射電源星表實現(xiàn)的射電天球參考系， 2， 由空間VLBI的軌道運動方程實現(xiàn)的動力學參考系。3 由地面測站網(wǎng)實現(xiàn)的低谷參考系空間甚長基線干涉測量：（SVLBI），將VLBI天線送往太空，大幅度延伸VLBI觀測基線長度，提高觀測分辨率。 由 SVLBI站，地面VLBI站，地面跟蹤站，相關處理中心 構(gòu)成VLBI系統(tǒng)構(gòu)成: 天線，接收機，記錄終端，氫原子鐘，相關處理機 SVLBI與地面VLBI的比較：1、空間VLBI站本振頻率的相頻率鎖定在地面跟蹤站的氫脈澤頻標上，這個頻標由跟蹤站通過S（或X）波段的向上無線電通道發(fā)送給空間VLBI站

19、。2、空間VLBI站接收到的射電信號及其他數(shù)據(jù)通過K（X、S）波段向下無線電通道發(fā)送給跟蹤站，并經(jīng)格式化后記錄到磁帶上。3、空間VLBI站上必須配備高精度的天線姿態(tài)調(diào)整、軌道控制和檢測系統(tǒng)。4、空間VLBI站的能源是通過接收太陽能來提供的。5、空間VLBI必須配備全球覆蓋的地面支持系統(tǒng)。衛(wèi)星測高原理：利用星載微波雷達測高儀，通過測定微波從衛(wèi)星到地球海洋表面再反射回來所經(jīng)過的時間來確定衛(wèi)星至海面星下點的高度，根據(jù)已知的衛(wèi)星軌道和各種改正來確定某種穩(wěn)態(tài)意義上或一定時間尺度平均意義上的海面相對于一個參考橢球的大地高或海洋大地水準面高。在理想的情況下，衛(wèi)星測高儀的測量值應該等于衛(wèi)星質(zhì)心到海洋表面的瞬間

20、距離，然而由于測高儀發(fā)射的脈沖信號在經(jīng)過海洋表面反射返回接收機之前受到多種因素的影響，包括衛(wèi)星軌道誤差，儀器誤差以及大氣對微波信號的散射和折射等，因此，必須對衛(wèi)星測高儀的測量值施以各項改正，才能得到衛(wèi)星質(zhì)心到海洋表面的瞬時距離衛(wèi)星軌道誤差： 主要誤差源分為四類： 地球重力場模型（主要誤差），大氣傳播延遲，光壓，跟蹤站坐標誤差。固體潮汐，海洋潮汐。環(huán)境誤差：海況（電磁偏差）影響，電離層折射誤差，對流層影響，逆氣壓改正儀器誤差：跟蹤系統(tǒng)偏差，波形樣本放大校準偏差，平均脈沖形狀的不確定性與時間標志偏差測高衛(wèi)星：GEOSAT,ERS1/2，Topex/Poseiden ,GFO,JASON-1, ENVISAT-1,ICEsat數(shù)據(jù)預處理：精化預處理包括 依據(jù)編輯準則的數(shù)據(jù)剔除和各項地球物理改正。衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)基準統(tǒng)一和參考框架轉(zhuǎn)換流程：通過對各類衛(wèi)星測高觀測數(shù)據(jù)進行預處理精化，包括數(shù)據(jù)的編輯，統(tǒng)一參考橢球和參考框架，部分消除殘余系統(tǒng)偏差，用共線法確定所有重復共線軌跡的時間平均海面高，以初步消弱軌道誤差和海洋時變等殘余系統(tǒng)誤差，并可顯著減小交叉點不符值；最后對所有各類測高軌跡進行近于全組合式擴大的多星組合交叉點平差，進一步消弱徑向軌道誤差，