卫星测地

卫星测地（ satellite surveying and mapping ），以人造卫星为基准测定地面点位坐标、确定地球形体和地球引力场及测绘地图的技术。卫星测地的发展促使地学中出现一门新的分支学科──空间大地测量学。

发展概况

利用观测月球测地已经有几百年的历史。1957年第一颗人造地球卫星发射成功之后，人们考察地球引力场对卫星轨道摄动的影响，开始全球性测地工作。60年代各国相继发射专门的测地卫星，用摄影测向法完成了大量测地工作。人们得以较精确地确定地心坐标系和引力场参数。60年代中期，通过回收卫星的摄影胶片，或由卫星将图像变成电信息发回地面，再由接收设备恢复成图像而达到各项测地目的。有些卫星还装置无线电测高仪和重力梯度仪等，使卫星测地的内容更加丰富。70年代开始应用多普勒法，不仅能测量陆地上固定点位的坐标，还能对陆上、海上和空中的动点定位。卫星装上无线电测高仪可用于测量海水表面到卫星的高度，确定大地水准面形状等。

中国在60年代初开始研究卫星测地，曾以摄影测向法联测西沙群岛与大陆统一的坐标；施测由37个点构成的全国多普勒卫星三角网，建立了地心坐标系。

分类

卫星测地按原理分为几何方法和物理方法两大类。几何方法的观测量为地面点到卫星的方向或距离，其特点是不需要知道卫星轨道参数，但必须同步观测。这类方法有摄影测向法、激光测距法、电脉冲测距法、积分多普勒法等。物理方法又称动力学法或轨道法，观测量为方向、距离、距离差、卫星速度等，其特点是不一定需要同步观测，但必须知道轨道参数或卫星瞬时位置，多采用多普勒法。两类方法只是计算处理的数学模型有所不同。卫星测地按观测方法分为两种类型：一种是观测设备放在地面点上，卫星只作为观测对象；另一种是观测设备安装在卫星上，对地观测。

①几何方法：以被动卫星为目标，几个地球观测站同时对卫星测向或测距，构成空间三角形，并由这些三角形构成空间三角网，从而计算出地面点和卫星的三维坐标（见图）。

图中A、B、C为地面相隔很远的三个点位，S1、S2、S3、S4为卫星瞬时位置。A、B、C三站同时观测卫星得到它们到卫星的方向或距离。只要知道一个起始点A的坐标和基线AB的距离，就能逐步扩展到全球，布成覆盖全球的卫星三角网，推算出各点的坐标。卫星三角网特别适合于洲际联测和跨越海洋的岛屿测量。应用几何法原理的有摄影测向法和激光测距法。摄影测向法利用太阳光或激光照明卫星，或在卫星上装置闪光灯，由地球观测站对卫星拍摄以恒星为背景的像片，利用恒星坐标计算出卫星方向余弦，从而推算出卫星三角网各点的三维坐标。摄影测向的精度能达到 ±0.5角秒。激光测距法是对准卫星发射激光脉冲，由卫星上的反射镜将脉冲反射回地面，接收系统收到信息后，记录脉冲往返时间，从而计算地球观测站到卫星的距离。

②物理方法：利用已知的卫星轨道参数或卫星瞬时坐标，根据轨道摄动的理论以适当数学模型求解地面点坐标、地球引力场参数和地球形体。应用物理法原理的主要是多普勒法。卫星飞行的速度很大，产生明显的多普勒效应，地面接收机收到多普勒频率后，同时又能获得卫星播发的轨道参数，因而能实时测定地面点的坐标。

系统组成

卫星测地系统主要包括：航天器（人造地球卫星）、地球观测站、控制站和数据收集处理中心。航天器上采用的设备不一，其中常用的包括：①光信标机，它发出的长波光的瞬时信号能从地面接收到；②频率高度稳定的无线电发射机，用于多普勒测量；③转发器，转发来自地面的无线电信号，用以测距；④借助激光进行测量用的角反射器；⑤高精度时钟（天文钟）和信息存贮器，用于按程序接通航天器上的仪器设备和确定地球观测站的准确时间。地球观测站的测量设备包括：①摄影装置，用来拍摄以星空为背景的航天器；②用于多普勒测量和测距的无线电设备；③测距用的激光设备；④存贮数据的设备和时间校准设备。控制站用于控制航天器上各种仪器设备的工作。数据收集处理中心设有大型计算机和通信设备，负责工作程序的编排、测地信息收集、存贮和用数学方法处理大量的数据。