地球重力測(cè)量衛(wèi)星簡(jiǎn)介(共6頁(yè))

1、地氣重力測(cè)量衛(wèi)星(wixng)簡(jiǎn)介摘要(zhiyo)：現(xiàn)代大地測(cè)量(d d c ling)的基本目標(biāo)之一就是獲得高精度和高分辨率的地球重力場(chǎng)模型，衛(wèi)星重力計(jì)劃就是基于這一目標(biāo)實(shí)施的。本文首先介紹了衛(wèi)星重力學(xué)原理，隨后對(duì)已經(jīng)成功發(fā)射的三顆地球重力衛(wèi)星（CHAMP、GRACE和GOCE）以及正在進(jìn)行中的三個(gè)工程計(jì)劃作詳細(xì)闡述，最后重點(diǎn)討論了地球重力場(chǎng)模型在測(cè)繪學(xué)科中的應(yīng)用研究進(jìn)展。 關(guān)鍵詞：衛(wèi)星重力測(cè)量；CHAMP；GRACE；GOCE；GRACE Follow-On1 引言衛(wèi)星重力測(cè)量技術(shù)是繼美國(guó)GPS系統(tǒng)成功構(gòu)建后在大地測(cè)量鄰域的又一項(xiàng)創(chuàng)新，引起了測(cè)繪學(xué)、地球物理學(xué)、災(zāi)害地質(zhì)學(xué)、礦產(chǎn)地質(zhì)學(xué)等一

2、系列學(xué)科的革命，也是21世紀(jì)眾多科學(xué)家關(guān)注的熱點(diǎn)1。地球重力場(chǎng)是地球系統(tǒng)物質(zhì)屬性產(chǎn)生的一個(gè)最基本的物理場(chǎng)，反映由地球各圈層相互作用和動(dòng)力過(guò)程決定的物質(zhì)空間分布、運(yùn)動(dòng)和變化，承載地球系統(tǒng)演化進(jìn)程中的一切與其重力場(chǎng)作用機(jī)制相關(guān)信息，地球重力場(chǎng)的時(shí)空演化是地球系統(tǒng)動(dòng)力過(guò)程的歷史再現(xiàn)。伴隨著計(jì)算機(jī)、微電子和航天技術(shù)等的迅猛發(fā)展，地球重力場(chǎng)的研究正經(jīng)歷著一場(chǎng)大的變革，觀測(cè)研究對(duì)象已由傳統(tǒng)的局部地表、低近地空間擴(kuò)展到全球范圍、深空宇宙的各種動(dòng)力現(xiàn)象和過(guò)程，發(fā)展為以動(dòng)態(tài)觀、整體論的方法描述地球的重力場(chǎng)，并引發(fā)了相關(guān)學(xué)科的交叉融合和催生新的學(xué)科領(lǐng)域2。衛(wèi)星重力探測(cè)技術(shù)從第一代光學(xué)攝影技術(shù)發(fā)展到第二代多種技術(shù)地

3、面跟蹤和衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入以星載GPS精密跟蹤定軌為主的測(cè)高衛(wèi)星和重力衛(wèi)星的第三代，其重要特征是更低的近極近圓軌道，連續(xù)的厘米級(jí)精度衛(wèi)星定軌，實(shí)測(cè)重力場(chǎng)參數(shù)（如重力梯度）的星載設(shè)備，這些新技術(shù)的應(yīng)用大大突破了傳統(tǒng)重力測(cè)量的局限性3。2 衛(wèi)星重力學(xué)原理早在70年代初，利用衛(wèi)星技術(shù)及星載重力儀研究重力場(chǎng)的概念就已提出，進(jìn)入80年代，許多歐美學(xué)者開(kāi)始針對(duì)不同的專用重力衛(wèi)星觀測(cè)方案開(kāi)始了數(shù)值模擬計(jì)算，同時(shí)專用重力觀測(cè)的衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)和衛(wèi)星的試驗(yàn)也逐步開(kāi)始，經(jīng)前后二十多年的反復(fù)論證和試驗(yàn)，最終，衛(wèi)-衛(wèi)跟蹤和衛(wèi)星重力梯度兩種觀測(cè)模式為國(guó)際大地測(cè)量界普遍接受4。當(dāng)今，全球重力場(chǎng)研究的熱點(diǎn)是將中、低

4、頻重力位模型提高到厘米級(jí)，已發(fā)射的地球重力衛(wèi)星共有CHAMP、GRACE和GOCE三顆衛(wèi)星5。2.1 衛(wèi)-衛(wèi)跟蹤技術(shù)衛(wèi)-衛(wèi)跟蹤技術(shù)是指空間的兩顆衛(wèi)星之間的精密測(cè)距測(cè)速跟蹤，隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，又演化為高低衛(wèi)-衛(wèi)跟蹤和低低衛(wèi)-衛(wèi)跟蹤。高低衛(wèi)-衛(wèi)跟蹤利用低軌衛(wèi)星（高度400500km左右）上的星載GPS接收機(jī)與GPS衛(wèi)星構(gòu)成對(duì)低軌衛(wèi)星的空間跟蹤網(wǎng)，同時(shí)低軌衛(wèi)星上載有高精度加速計(jì)以補(bǔ)償?shù)蛙壭l(wèi)星的非保守力攝動(dòng)（主要是大氣阻力影響），其跟蹤精度達(dá)到毫米級(jí)，恢復(fù)低階重力場(chǎng)精度可以較現(xiàn)有模型提高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，對(duì)應(yīng)的低階大地水準(zhǔn)面精度達(dá)到毫米級(jí)。低低衛(wèi)-衛(wèi)跟蹤技術(shù)是指兩顆低軌衛(wèi)星，相距200km左右，以微

5、米級(jí)的測(cè)距測(cè)速精度相互跟蹤，同時(shí)與GPS衛(wèi)星構(gòu)成空間跟蹤網(wǎng)，因此低低衛(wèi)-衛(wèi)跟蹤相當(dāng)于兩顆高低衛(wèi)-衛(wèi)跟蹤再加上兩顆低軌衛(wèi)星之間的跟蹤，觀測(cè)值大大增加，其恢復(fù)低階重力場(chǎng)精度可以提高2個(gè)數(shù)量級(jí)以上，且中波長(zhǎng)的地球重力場(chǎng)測(cè)定精度也相應(yīng)提高一個(gè)數(shù)量級(jí)上4,5。低低衛(wèi)-衛(wèi)跟蹤可采用微波或激光測(cè)距的方式，后者的技術(shù)難度較大但精度更高。此外，由于衛(wèi)-衛(wèi)跟蹤衛(wèi)星的壽命設(shè)計(jì)達(dá)5年左右，因此可以精確測(cè)定中低階地球重力場(chǎng)隨時(shí)間的變化。2.2 衛(wèi)星(wixng)重力梯度技術(shù)衛(wèi)星重力梯度技術(shù)是指在低軌衛(wèi)星上載有高精度的超導(dǎo)(cho do)重力梯度計(jì)，測(cè)定空間在軌衛(wèi)星處的重力梯度張量，然后(rnhu)求介邊值問(wèn)題反演出地球

6、重力場(chǎng)。由于觀測(cè)量梯度值為地球重力位的二階導(dǎo)數(shù)，因此衛(wèi)星重力梯度觀測(cè)有能力恢復(fù)地球重力場(chǎng)的高階部分（達(dá)180階以上），其精度可提高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。為了減小各種噪聲的影響，衛(wèi)星梯度儀一般放置在低溫超導(dǎo)的環(huán)境中，但是由于體積的限制，這類衛(wèi)星的壽命僅1年左右，一般用于確定靜態(tài)重力場(chǎng)的研究。近年來(lái)，人們也致力于長(zhǎng)壽命超導(dǎo)重力梯度儀的研制，以便用于重力場(chǎng)時(shí)變的觀測(cè)研究4,6。3 地球重力測(cè)量衛(wèi)星當(dāng)前已經(jīng)成功發(fā)射的地球重力測(cè)量衛(wèi)星有CHAMP、GRACE和GOCE三顆衛(wèi)星，這三顆衛(wèi)星的成功發(fā)射昭示著人類將迎來(lái)一個(gè)前所未有的衛(wèi)星重力探測(cè)時(shí)代6,7,8。3.1 高低衛(wèi)-衛(wèi)跟蹤衛(wèi)星CHAMPCHAMP衛(wèi)星是由德

7、國(guó)地球科學(xué)中心（GFZ）獨(dú)立研制的，并于2000年7月15日成功發(fā)射，它的成功發(fā)射標(biāo)志著衛(wèi)星重力學(xué)研究邁出了重要的一步。CHAMP衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命是5年，圓形近極軌道，傾角83，偏心率0.004，近地點(diǎn)約470km，主要目的為：1）確定全球中長(zhǎng)波長(zhǎng)靜態(tài)重力場(chǎng)和隨時(shí)間的變化；2）測(cè)定全球磁場(chǎng)和電場(chǎng)；3）大氣和電離層探測(cè)。作為重力場(chǎng)的測(cè)定，低軌衛(wèi)星上的星載雙頻GPS接收機(jī)，以接收高軌GPS衛(wèi)星信號(hào)精密確定低軌衛(wèi)星的軌道。利用衛(wèi)星的質(zhì)量中心安裝了三軸加速度計(jì)測(cè)量非保守力，如大氣阻力、太陽(yáng)光壓等，其測(cè)量精度在衛(wèi)星軌道的切向可達(dá)5*10-9m/s2，在軌道徑向和法向?yàn)?*10-8m/s2，星載設(shè)備還有SL

8、R反射棱鏡和地磁探測(cè)儀。盡管CHAMP衛(wèi)星的定位技術(shù)采用了Turbo Rogue接收儀利用加速度計(jì)測(cè)量非保守力和軌道低等優(yōu)點(diǎn)，但重力場(chǎng)的衰減問(wèn)題阻礙了其高空間分辨率，據(jù)估計(jì)，CHAMP衛(wèi)星恢復(fù)重力場(chǎng)的空間分辨率可達(dá)500km，在此分辨率下將比現(xiàn)有重力場(chǎng)模型的精度提高12個(gè)量級(jí)，即大于1000km的中長(zhǎng)波大地水準(zhǔn)面測(cè)定精度可達(dá)到1cm。3.2 低低衛(wèi)-衛(wèi)跟蹤衛(wèi)星GRACEGRACE衛(wèi)星是由美歐合作的并于2002年3月18日成功發(fā)射的，其軌道高度約500km，采用近極圓軌道設(shè)計(jì)，壽命約35年。GRACE衛(wèi)星主要搭載的設(shè)備有：星載GPS接收機(jī)，進(jìn)行低星與GPS高星之間的跟蹤測(cè)量；三軸加速度計(jì)，用以測(cè)

9、量非保守力；K波段微波儀，進(jìn)行低低衛(wèi)-衛(wèi)跟蹤測(cè)量。其主要目標(biāo)是：1）測(cè)定中長(zhǎng)波地球重力場(chǎng)，5000km長(zhǎng)大地水準(zhǔn)面精度達(dá)0.01mm。5005000km波長(zhǎng)大地水準(zhǔn)面精度為0.010.1mm，比CHAMP的精度提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)；2）監(jiān)測(cè)1530天或更長(zhǎng)時(shí)間尺度長(zhǎng)波重力場(chǎng)的時(shí)間變化，大地水準(zhǔn)面年變化的測(cè)定精度為0.01mm/年；3）探測(cè)大氣、電離層環(huán)境。由于GRACE是由兩個(gè)相同的CHAMP衛(wèi)星組成的，均由星載GPS接收機(jī)準(zhǔn)確確定其軌道位置，在同一軌道平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，前后間距約為220km，沿軌跡方向兩顆衛(wèi)星的距離變化，由K波段微波測(cè)量裝置以微米級(jí)精度實(shí)時(shí)測(cè)得（精度約為m級(jí)），可以測(cè)定中長(zhǎng)波地球重力場(chǎng)

10、的靜態(tài)部分。GRACE研究?jī)?nèi)容涉及到海平面變化及海洋環(huán)流、陸地水儲(chǔ)量變化、冰蓋變化等方面。3.3 重力梯度衛(wèi)星(wixng)GOCE2005年，歐洲(u zhu)空間局發(fā)射的載有高精度重力梯度計(jì)的GOCE衛(wèi)星，將進(jìn)行衛(wèi)星重力梯度測(cè)量(cling)，其軌道高度約285km，8個(gè)月的觀測(cè)時(shí)間，傾角為96.5，偏心率小于0.001，星載設(shè)備主要有重力梯度儀、GPS/GLONASS接收機(jī)、無(wú)阻力控制系統(tǒng)、太陽(yáng)能電池板和傳感器以及激光反射器等。CHAMP、GRACE和GOCE衛(wèi)星各有所長(zhǎng)，它們的相繼發(fā)射不是相互競(jìng)爭(zhēng)而是互補(bǔ)的。CHAMP是衛(wèi)星重力測(cè)量計(jì)劃成功實(shí)施的先行者，GRACE的優(yōu)越性體現(xiàn)于可高精度

11、探測(cè)地球重力場(chǎng)的中長(zhǎng)波信號(hào)及時(shí)變，而GOCE擅長(zhǎng)于感測(cè)中短波靜態(tài)地球重力場(chǎng)。但是仍無(wú)法滿足本世紀(jì)相關(guān)學(xué)科對(duì)全頻段靜態(tài)和時(shí)變地球重力場(chǎng)精度進(jìn)一步提高的迫切需求7。因此，尋求新型、高效、高精度、高空間分辨率和全頻段的下一代衛(wèi)星重力測(cè)量計(jì)劃不僅是當(dāng)前國(guó)際眾多科研機(jī)構(gòu)競(jìng)相制定的遠(yuǎn)景規(guī)劃和首要執(zhí)行的研究任務(wù)，而且是本世紀(jì)國(guó)際大地測(cè)量學(xué)、地球物理學(xué)、空間科學(xué)、天文學(xué)、國(guó)防建設(shè)等交叉領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和亟待解決的前沿性科學(xué)難題之一。為此，美國(guó)NASA又提出了下一代專用于中、短波靜態(tài)和中、長(zhǎng)波時(shí)變地球重力場(chǎng)精密探測(cè)的GRACE Follow-On衛(wèi)星重力測(cè)量計(jì)劃；歐洲ESA正在開(kāi)展下一代E.MOTION（Eart

12、h System Mass Transport Mission）衛(wèi)星重力測(cè)量計(jì)劃的需求論證；我國(guó)也正在計(jì)劃構(gòu)建獨(dú)立自主的重力雙星系統(tǒng)Post-GRACE，實(shí)現(xiàn)我國(guó)高精度和高空間分辨率的衛(wèi)星重力測(cè)量，并開(kāi)展基于精確時(shí)變地球重力場(chǎng)信號(hào)的全球變化科學(xué)研究，解決當(dāng)前GRACE全球重力場(chǎng)模型與我國(guó)現(xiàn)有地球重力場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果之間的差異問(wèn)題6。3.4 GRACE Follow-On衛(wèi)星重力測(cè)量計(jì)劃GRACE Follow-On衛(wèi)星重力測(cè)量計(jì)劃是專門(mén)用于中、短波靜態(tài)和中、長(zhǎng)波時(shí)變地球重力場(chǎng)精密探測(cè)的，GRACE Follow-On雙星預(yù)期采用近圓、近極和超低軌道設(shè)計(jì)，利用激光干涉測(cè)距儀高精度測(cè)量星間距離和星間速度

13、，利用高軌GPS衛(wèi)星對(duì)低軌雙星精密跟蹤定位，利用非保守力補(bǔ)償系統(tǒng)高精度消除雙星受到的非保守力，利用恒星敏感器測(cè)量衛(wèi)星和載荷的空間三維姿態(tài)。由于激光具有超短波長(zhǎng)和極好的波長(zhǎng)穩(wěn)定性，因此，利用激光干涉測(cè)距儀獲得的星間距離和星間速度精度至少比K波段微波測(cè)距儀高3個(gè)數(shù)量級(jí)。下一代GRACE Follow-On衛(wèi)星重力測(cè)量計(jì)劃不僅可以更高精度探測(cè)靜態(tài)地球重力場(chǎng)，同時(shí)致力于精密探測(cè)時(shí)變地球重力場(chǎng)信息。GRACE Follow-On得到的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)(dngti)地球重力場(chǎng)的精度比GRACE至少高一個(gè)(y )數(shù)量級(jí)。主要原因如下：第一(dy)，GRACE Follow-On(200300km)衛(wèi)星軌道高度低于

14、GRACE(400500km)。GRACE衛(wèi)星采用加速度計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量非保守力，在數(shù)據(jù)后處理中再扣除非保守力。由于非保守力隨著衛(wèi)星軌道高度降低而急劇增加，因此，GRACE衛(wèi)星無(wú)法采用超低軌道設(shè)計(jì)。GRACE Follow-On衛(wèi)星將采用非保守力補(bǔ)償系統(tǒng)(Drag-free)精確屏蔽作用于衛(wèi)星的非保守力，因此可實(shí)質(zhì)性降低衛(wèi)星軌道高度，進(jìn)而有效抑制地球重力場(chǎng)信號(hào)隨軌道高度的衰減。第二，GRACE Follow-On衛(wèi)星關(guān)鍵載荷測(cè)量精度高于GRACE。GRACE衛(wèi)星采用K波段測(cè)距儀測(cè)量星間距離(10m)和星間速度(1m/s)，采用加速度計(jì)測(cè)量衛(wèi)星受到的非保守力(10-10m/s2)。GRACE Foll

15、ow-On衛(wèi)星基于激光干涉測(cè)距儀高精度測(cè)量星間距離(10nm)和星間速度(1nm/s)，基于非保守力補(bǔ)償系統(tǒng)消除作用于衛(wèi)星的非保守力(10-13m/s2)效應(yīng)。第三，GRACE Follow-On星間距離短于GRACE。適當(dāng)增加星間距離有利于提高長(zhǎng)波地球重力場(chǎng)的精度，適當(dāng)縮短星間距離有利于提高短波地球重力場(chǎng)的精度。GRACE Follow-On(50km)衛(wèi)星較GRACE(220km)縮短了星間距離，進(jìn)一步提高了中高頻地球重力場(chǎng)的感測(cè)精度。3.5 E.MOTION衛(wèi)星重力測(cè)量計(jì)劃歐洲ESA 也正在開(kāi)展下一代E.MOTION( Earth System Mass Transport Missio

16、n)衛(wèi)星重力測(cè)量計(jì)劃的需求論證。預(yù)計(jì)于2018年發(fā)射，采用鐘擺式軌道，其軌道高度約373km，軌道重復(fù)周期為28.92天，傾角為7590，星間距離為200km，衛(wèi)星壽命大于7年，星載設(shè)備主要有激光干涉測(cè)距儀，用于測(cè)量星間距離和星間速度；非保守力補(bǔ)償系統(tǒng)，用于精密測(cè)量和補(bǔ)償作用于衛(wèi)星的非保守力；GNSS接收機(jī)，用于精密測(cè)量衛(wèi)星的軌道位置和軌道速度；姿態(tài)和軌道控制器，用于精密控制衛(wèi)星的三維姿態(tài)和軌道高度等。3.6 我國(guó)下一代Post-GRACE衛(wèi)星重力測(cè)量工程我國(guó)下一代Post-GRACE衛(wèi)星重力測(cè)量工程以全球重力場(chǎng)的科學(xué)應(yīng)用研究、航空航天和國(guó)防建設(shè)需求、以及星載激光干涉測(cè)距、非保守力補(bǔ)償和空間加

17、速度計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)需求為牽引，獨(dú)立自主構(gòu)建我國(guó)基于衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星觀測(cè)模式的重力雙星系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)高精度和高空間分辨率的衛(wèi)星重力測(cè)量，并開(kāi)展基于精確時(shí)變地球重力場(chǎng)信號(hào)的全球變化科學(xué)研究6,9。Post-GRACE工程旨在最大程度地提高重力衛(wèi)星的觀測(cè)精度和時(shí)空分辨率，以及有效拓展和提升重力衛(wèi)星在全球變化及區(qū)域響應(yīng)科學(xué)研究中的應(yīng)用范疇和能力；解決當(dāng)前GRACE全球重力場(chǎng)模型與我國(guó)現(xiàn)有地球重力場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果之間的差異問(wèn)題，為我國(guó)近地衛(wèi)星定軌和遠(yuǎn)程武器命中提供精確的重力信息；建立高精度的陸地和海洋統(tǒng)一垂直基準(zhǔn)面，支持我國(guó)新一的島礁調(diào)查測(cè)繪工程建設(shè)。Post-GRACE工程的成功實(shí)施，不僅可滿足我國(guó)日益增長(zhǎng)和迫切

18、的科學(xué)和國(guó)防需求，同時(shí)對(duì)我國(guó)將來(lái)高精度和高空間分辨率的月球衛(wèi)星重力測(cè)量計(jì)劃，以及太陽(yáng)系火星、金星、水星等行星衛(wèi)星重力測(cè)量探測(cè)計(jì)劃的成功實(shí)施積累成果經(jīng)驗(yàn)。Post-GRACE重力衛(wèi)星軌道參數(shù)見(jiàn)表1。Post-GRACE衛(wèi)星(wixng)重力測(cè)量工程的科學(xué)目標(biāo)為：1）在200階處（空間(kngjin)分辨率100km），靜態(tài)大地水準(zhǔn)面測(cè)量(cling)精度為13cm，靜態(tài)重力異常精度(13)*10-5ms-2；2）時(shí)變地球重力場(chǎng)空間分辨率優(yōu)于300km，月大地水準(zhǔn)面精度優(yōu)于1mm。表 SEQ 表格 * ARABIC 1 Post-GRACE重力衛(wèi)星軌道參數(shù)Tab.1 Orbital paramet

19、ers of Post-GRACE gravity satellite參數(shù)指標(biāo)發(fā)射時(shí)間20202030年軌道高度300400km星間距離50100km軌道傾角8790跟蹤模式SST-HL/LL衛(wèi)星壽命510年4地球重力場(chǎng)在測(cè)繪中的應(yīng)用研究進(jìn)展地球重力場(chǎng)信息應(yīng)用范圍很廣，如在測(cè)繪、地球動(dòng)力學(xué)解釋、地震監(jiān)測(cè)、海洋動(dòng)力環(huán)境、導(dǎo)彈發(fā)射、水下導(dǎo)航等領(lǐng)域都有實(shí)際的應(yīng)用。下面我們僅對(duì)在測(cè)繪中的應(yīng)用研究作敘述7。GPS重力相結(jié)合的高程測(cè)量方法是GPS 出現(xiàn)之后逐漸發(fā)展到比較成熟的測(cè)定地面海拔高程（正高或正常高）的一種新技術(shù)方法。眾所周知，地面點(diǎn)平面位置和高程是工程建設(shè)最基礎(chǔ)的三維空間信息，其精確快速測(cè)量是歷次

20、世界測(cè)繪技術(shù)進(jìn)步所要解決的核心問(wèn)題。衛(wèi)星定位技術(shù)引發(fā)了平面定位革命，實(shí)現(xiàn)了平面位置的高效測(cè)定。但諸如水利等各類工程建設(shè)所需的海拔高程，仍需采用傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量，因此衛(wèi)星定位的革命性進(jìn)程尚未完成。用衛(wèi)星定位代替精密水準(zhǔn)測(cè)定海拔高程成為亟待攻克的技術(shù)難題10。建立精密大地水準(zhǔn)面（海拔高程基準(zhǔn)面）模型是當(dāng)前突破這一難題的唯一途徑。1828 年高斯提出以大地水準(zhǔn)面作為海拔高程起算面。它被定義為，一個(gè)與平均海水面最為密合的重力等位面，但是，由于技術(shù)水平的局限，長(zhǎng)期停留在理論研究階段，一直無(wú)法實(shí)用化。上世紀(jì)80 年代，GPS 技術(shù)的出現(xiàn)，帶來(lái)了平面定位的革命。但GPS 測(cè)定的大地高，是相對(duì)于參考橢球的高度，

21、不能標(biāo)示水的流向，不能直接用于工程，工程中使用的海拔高，是地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的高度，他們兩者之間的差距就是大地水準(zhǔn)面距離地球橢球的高度。如果能精確確定大地水準(zhǔn)面，就可以用GPS 直接測(cè)定海拔高，徹底實(shí)現(xiàn)平面與高程“三維一體”定位。至此，大地水準(zhǔn)面從理論研究進(jìn)入到工程應(yīng)用階段，成為國(guó)家測(cè)繪基礎(chǔ)設(shè)施。正因?yàn)槿绱?，?guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)上世紀(jì)90年代明確提出“確定1 厘米精度大地水準(zhǔn)面”是21 世紀(jì)大地測(cè)量發(fā)展的一個(gè)全局性戰(zhàn)略目標(biāo)，也是當(dāng)今大地測(cè)量學(xué)科面臨的世紀(jì)性挑戰(zhàn)。在此領(lǐng)域，自從GPS 出現(xiàn)以后，我國(guó)開(kāi)展了持續(xù)不斷的研究，從最初的確定重力大地水準(zhǔn)面的移去恢復(fù)法、將重力大地水準(zhǔn)面和GPS 水準(zhǔn)幾何大地水準(zhǔn)面進(jìn)行多項(xiàng)式擬合法，到現(xiàn)今的確定大地水準(zhǔn)面的赫爾默特凝聚法、將重力大地水準(zhǔn)面和GPS 水準(zhǔn)幾何大地水準(zhǔn)面進(jìn)行球冠諧融合法等方面提出了多項(xiàng)精密確定大地水準(zhǔn)面的理論和技術(shù)創(chuàng)新，并完成了工程化軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大地水準(zhǔn)面從米級(jí)到分米級(jí)、到厘米級(jí)、再到亞厘米級(jí)精度三次重大技術(shù)突破，使衛(wèi)星定位技術(shù)具有精密測(cè)定海拔高程的能力，革新了傳統(tǒng)高程測(cè)量方法，建立了“衛(wèi)星定位大地水準(zhǔn)面”的工程化精密三維定位新模式7。參考文獻(xiàn)1 徐海軍(hijn),張永志,段虎榮等.衛(wèi)星重力