空间大地测量学复习

第一章绪论1.什么是空间大地测量学利用自然天体或人造天体来精确测定测点的位置；精确确定地球的形状，大小，外部重力场以及它们随时间的变化状况的一整套理论和方法(或一门科学)称为空间大地测量学。2.空间大地测量的主要任务空间大地测量要解决的问题和承担的具体任务很多，但归纳起来大体上可分为两类:一类是建立和维持各种坐标框架;①建立和维持地球参考框架A：建立和维持全球性参考框架B：建立和维持区域性的地球参考框架②建立和维持国际天球参考框架目前国际天球参考框架ICRF是由IERS利用VLBI技术所测定的河外射电源的方向来判断和维持的；ICRF分为BCRF（日心，用于研究行星绕日）GCRF（地心，用于研究卫星绕地）③测定地球定向参数坐标转换需要知道转换参数，于是精确测定ITRS和GCRS间的转换参数是空间大地测量的一项主要任务。一类是确定地球重力场。意义：–高分辨率高精度的地球重力场模型对于军事部门、航空航天部门，以及大地测量，地球动力学等地学研究部门意义重大；•传统大地测量的局限性–在20世纪50年代前测定地球重力场的工作进度缓慢；•空间大地测量的诞生从根本上改变了这种状况–根据卫星的轨道摄动来反演地球重力场；–利用卫星测高技术来实际测定海洋地区的大地水准面反演海洋地面的重力场；–利用高-低模式和低-低模式的卫星跟踪卫星以及卫星重力梯度测量技术来反演地球重力场；–高分辨率、高精度、变化性3.传统大地测量的劣势：①测站间需保持通视a采用光电仪器，必须通视b需花费大量人力物力修建战标c边长受限制d工作难度大，效率低②无法同时精确确定点的三维坐标由于平面控制网和高程控制网是分别布设的（1）点的平面位置是由椭球面为基准面通过三角测量、导线测量得到（2）点的高程是以大地水准面或似大地水准面为基准面通过水准测量得到缺点：a增加了工作量b水准点一般沿道路、河流等高差起伏不大的地带布设，无精确的平面坐标c平面控制点在山区时，位于山头上，起高程使用三角高程测量求得，无精确的高程坐标。这种情况对分析和进一步测量带来困难。③观测受气候条件的影响④观测难以避免收到某些系统误差的影响⑤难以建立地心坐标系4.空间大地测量学的优势①能够提供更精确的地心坐标②能够提供全球统一的坐标③能够在长距离上进行高精度的测量④能够提供精确的（似）大地水准面差距⑤能够提供高精度的高分辨率的地球重力场模型⑥全天候测量，更快捷、精确、简便第二章：时间系统1.空间大地测量的两个基准空间基准：坐标系统时间基准：时间系统2：时间系统与时间框架时间系统定义了时间测量的标准，包括时刻的参考基准和时间间隔的尺度基准。时间框架通过守时、授时和时间频率测量比对在某一区域或者全球范围内实现和维持统一的时间系统。3.恒星时恒星时以春分点为参考点，春分点连续两次经过地方上子午圈的时间间隔成为一个恒星日，再均匀分割成小时、分和秒恒星时与地方上子午圈的时间有关，为地方时4.太阳时（1）真太阳时：太阳中心连续两次经过某地的上子午圈的时间间隔称为一个真太阳日，再均匀分割成小时、分、秒。（真太阳时不均匀，不具备作为一个时间系统的基本条件）（2）平太阳时：以地球自传为基础，以平太阳中心为参考点所建立的时间系统称为平太阳时。平太阳：建立的假太阳，其周年视运动轨迹位于赤道平面，而不是黄道平面，它在赤道上的运动角速度为恒定的，等于真太阳的平均角速度。5.历书时为了避免世界时的不均匀性，1960年起引入了一种以地球绕日公转周期为基础的均匀时间系统，称为历书时。6.历法历法是规定年月日的长度以及他们之间的关系，制定时间序列的一套法则。主要分为：阳历（回归年为基本单位）、阴历（朔望月）、阴阳历（以朔望月计月，以回归年计年）阳历分为：儒略历、格里历7：有哪些时间传递方法：•短波无线电时号•长波无线电时号•电视比对•搬运钟法•利用卫星进行时间比对•电话和计算机授时•网络时间戳服务8.空间大地测量中常用的时间系统有哪些？这些时间系统如何建立和维持？他们之间如何进行相互转换？（1）世界时系统：以地球自转作为时间基准的时间系统分为：恒星时和太阳时（2）力学时系统：天文学中，天体的星历是根据天体力学中的运动方程编算的，这些方程中时间T是一个独立的变量，该时间定义为力学时。以行星绕日为基准分类：历书时、地球动力学时、太阳系质心力学时（3）原子时系统：国际原子时、协调世界时、GPS时、GLONASS时第三章：坐标系统1.岁差岁差，更精确的讲是春分点岁差，是由于赤道平面和黄道平面的运动而引起的。其中由于赤道运动而引起的岁差称为赤道岁差，由于黄道运动而引起的岁差叫做黄道岁差。赤道岁差：由于太阳、月球以及行星对地球上赤道隆起部分的作用力矩而导致赤道平面的进动（或者说天极绕黄极在半径为ϵ的小圆上的顺时针方向旋转）称为赤道岁差。黄道岁差：除了赤道岁差之外，太阳系中的行星对地球和月球产生万有引力，还会影响地月系质心绕日公转的轨道平面，使黄道面产生变化，今儿使春分点产生移动，我们称这种岁差为黄道岁差。2.章动月球受到的地球、太阳、其他行星引力等影响，使得月球围绕地球旋转的轨道面变化、月地间的距离变化、地球自转轴在空间变化，其运动轨迹为一个椭圆。这种运动叫做章动3.天球坐标系用以描述自然天体和人造天体在空间的位置或方向的一种坐标系分类：战心天球坐标系（原点位于测站中心）地心天球坐标系（原点位于地心）太阳系质心天球（原点位于太阳系质心）4.历元平级5.固定平级6.地固坐标系参考椭球球心与地球质心重合，参考椭球面与全球大地水准面吻合好在此椭球上建立的大地坐标系，原点位于地球质心，Z轴指向北极点的空间直角坐标系，叫做地心坐标系。什么是岁差和章动？二者之间的异同。•试述岁差和章动对坐标框架建立和维持的影响。•如何测量岁差和章动？•论述极移和地球自转的地球物理机制。•综述岁差、章动、极移和自转的测量技术。•为何要建立天球坐标系？常用的天球坐标系都有哪些？第四章：VLBI原理及应用1.大气窗口正反演宇宙中大部分电磁波信号在通过地球大气层时，被吸收而无法到达地面。而穿透大气到达地面的信号只有：0.40～0.76μm的可见光，“可见光窗口”;0.76～2.50μm的近红外谱段3.50～4.20μm的中红外谱段,“红外窗口”其中“可见光窗口”和“无线电窗口”称为大气窗口2.VLBI的概念，基本组成，误差项，应用（1）定义：两台使用独立本振信号的射电望远镜A和B，同时对同一射电源进行观测，利用射电干涉测量原理测定信号到达A、B两站的时间延迟τ，以及延迟率dτ/dt；从而精确测定A到B基线向量、以及射电望远镜到射电源方向的一整套理论、方法和技术称为射电干涉测量。（2）VLBI系统的组成主要由天线、接收机、记录终端、氢原子钟、相关处理机等部分组成（3）VLBI的观测值（4）VLBI的误差项①时间延迟②台站坐标和延迟③对流层大气延迟④电离层延迟⑤射电源结构误差⑥系统设备引起的延迟（4）VLBI的应用①参考框架的维持与实现②用于电离层探测③用于卫星定位④在地球动力学的应用第五章：激光测卫和激光测月1.激光测卫的概念，组成（空间和地面），误差项（空间有哪些误差项，观测量的误差）观测量，应用（1）定义卫星激光测距：用安装在地面测站的激光测距仪向安装了后向反射棱镜的激光卫星发射激光脉冲信号，该信号被棱镜反射后返回测站，精确测定信号的往返传播时间，进而求出仪器到卫星质心间的距离。（2）主要包括地面部分和空间部分空间部分为带后向反射镜的卫星地面部分包括：①激光发生系统、激光光学发射和接收系统、光学系统转台、激光脉冲接收处理系统、时间间隔计数器、时间系统②标校系统、计算机控制记录系统、基石、电源系统、保护系统③最后为数据传输系统（3）误差项（4）应用①地球自转参数测定②人卫激光测距用于地球质心测定③用于地球低阶重力场测定④用于地心引力常数GM测定⑤其他方面：如卫星精密定轨、参与ITRF框架建立和维持、地球固体潮与海潮研究、作为其他精密定轨技术参考、站间时间同步比对、板块运动监测、广义相对论验证及相关常数解算等。2.激光测月的概念，组成（空间和地面），误差项（空间有哪些误差项，观测量的误差）观测量，应用（1）定义：用大功率激光测距仪向安置在月球表面上的反射棱镜发射激光脉冲信号，测定信号的往返传播时间，进而求出仪器到反射镜之间的距离的方法和技术成为激光测月（2）组成：（3）误差项：3）与月球相关的改正①月球激光后向反射镜改正②月球天平动改正③月球轨道改正（3）应用1）月球潮汐的测量2）月球液核的研究3）月面位置坐标4）引力常数变化测定5）等效原理第六章：卫星测高1.卫星测高的概念，组成（空间和地面），误差项（空间有哪些误差项，观测量的误差）观测量，应用（1）定义：卫星测高是以卫星为载体，借助于空间技术、电子和微波、激光等高新技术来量测全球海绵高。（3）误差①卫星轨道误差主要误差源：a地球重力场模型b大气传播延迟c光压d跟踪站坐标误差②环境误差A海况影响b电离层折射误差c对流层影响d逆气压改正③仪器误差a跟踪系统偏差b波形样本放大校准偏差c平均脉冲形状的不确定性与实践标志偏差（4）应用a在大地测量学中的应用1）测高数据剖面计算垂线偏差2）测高数据反演海洋重力异常3）测高数据计算海洋大地水准面的数学模型b在地球物理学中的应用利用测高数据可反演海底地形构造与深部地球物理特征。海洋大地水准面短波起伏可提供有关海底矿藏信息。海底地壳密度和海水密度的显著反差仅反映在海洋大地水准面的短波起伏中，由滤去长波的海洋大地水准面或由顾及了潮汐和大气压力影响的平均海面可以检测出海底地形。测高重力异常可以反映研究区域板块相互作用的特点，其高频成分可以刻画各海盆的构造特征。测高空间重力异常也可勾勒陆架构造及盆地分布，反演Moho面埋深，再从均衡重力异常/大地水准面起伏推算小尺度地幔流应力场利用地球物理方法可反演海底地球深部结构、研究地幔对流及板块运动等卫星测高数据可应用于研究海洋地壳构造高精度高分辨率重力异常在深部地质与地球物理研究方面，利用重力异常配合海洋地球物理数据资料，如地震体波、面波成像，及磁力异常的综合解释等，通过调和系数法来研究地壳与岩石圈的厚度与挠曲。③卫星测高在海洋学中的应用主要包括：海洋自身的研究和气候与海洋运动的相互影响。大洋环流由海水的水平压力梯度所引起，表现为海平面高相对于大地水准面的倾斜和起伏。稳态海面地形形成地转流，决定稳态平均洋流。由卫星测高能确定海面地形，这对于研究海洋环流特别有用。利用测高数据建立海潮模型是卫星测高的另一重要应用。④用于全球环境变化与检测第七章：重力卫星测量1.重力卫星测量的概念，组成（空间和地面），误差项（空间有哪些误差项，观测量的误差）观测量，应用（1）定义（2）应用①大地测量学②地震学③海洋学④地球物理学A