试析测量空间大地测量新技术及运用如何
最后更新时间：2024-03-14
作者：用户投稿
本站原创
点赞:26905
浏览:121361
本站原创
点赞:26905
浏览:121361
论文导读：全天候、全天时提供卫星导航信息服务。卫星定位技术已经被广泛应用于测绘的各个方面,并已完全取代常规测距、测角技术建立大地控制网。我国于2000年建成中国地壳运动监测网络工程，通过该工程对地壳位移的监测,科学地判定地震活动趋势，该网络已在国家年度地震会商、国务院抗震救灾指挥、预测21世纪我国可能发生的地震等业务
摘要：本文简要介绍了甚长基线干涉测量（VLBI）技术、卫星激光测距(SLR) 技术、卫星雷达测高技术、多普勒定轨和无线电定位系统（DORIS）、精密测距及其变率测量系统(PRARE) 以及合成孔径雷达干涉测量(InSAR) 等空间定位测量技术，重点阐述了GPS 技术及应用。
关键词：空间定位技术；GPS技术；
1GPS新技术及应用
当前的GPS是一种卫星无线电定位、导航与授时系统，是通过发射电磁脉冲并且测量它们到达待定点的时延来实现定位的，这种方法的精度受到信号功率和带宽的限制。为了克服这些缺点，美国的研究人员正在研究一种基于量子的定位系统，称为量子定位系统(QPS)。QPS的特点之一是定位精度高，另一个是具有很高的安全性。这项研究采用具有量子特性的激光取代电磁脉冲，如取得成功，将使当前GPS系统产生革命性的突破。提高GPS系统抗干扰能力可利用伪GPS星座、研发新型抗干扰GPS 接收机如GSTAR、用功率更大的军码（M码）和用更先进的加密技术对军码实施保护等。
由于常规实时动态定位技术（RTK）作用距离有限，为了拓展该技术的应用，网络RTK技术便应运而生。网络RTK又称多基准站RTK, 与常规RTK相比，该技术具有覆盖面广、定位精度高，可实时提供cm级定位的特点。由于GPS在实时动态定位技术方面的进展,其精度已可达cm级, 因此使导航学发生了革命性的变化, 并已对地面、水域和空域交通的智能管理方面发挥重要作用。GPS动态定位技术方面的进展, 也使卫星影像和INSAR技术在冰原和地表上的应用开创了一个新的篇章, 拓宽了冰川学中对冰面形变的定量、定性、定时的量测手段。常规的地面差分GPS也发展了, 首先是地面差分GPS发展为机载差分GPS；其次是进一步发展为星载差分GPS，已用于支持T/P卫星海洋测高任务和Micro-Lab-1任务。星载差分GPS把常规的差分GPS技术发展为全球差分GPS技术，它不仅成功地支持了T/P卫星的精密定轨，也精化了全球重力场模型。由于T/P卫星轨道高度高约1300 km，GPS星座的高度为20000 km，所以T/P卫星的差分GPS实际上是高低模式的卫星跟踪，这样的跟踪数据有助于改进重力场模型。 MicroLab-1任务收集的大量数据， 证实了GPS掩蔽观测技术是检验全球气候信号有价值的新方法，为GPS用于气象学展示了极有希望的前景。此外，星载差分GPS还可提供高分辨率的三维电离层影像。
常规差分GPS差分改正数的有效范围受到了限制，为了克服此缺点，提出了广域差分 GPS。它把GPS观测的主要误差来源分开了，并建立了它们的模型，所产生的各改正数对全球大部分都是有效的，可以通过地球同步卫星传播。为了提高系统可用性和可靠性，可以利用地球同步卫星来增强广域差分系统，即地球同步卫星在发播广域差分三类改正数的同时，还能发播新增的C/A码伪距信号，以增加天空中GPS卫星测距信号源，称为WAAS。我国近年来不断加强卫星技术与应用方面的科学研究并取得重大进展，可以充分利用现有的同步通信卫星播发类似 GPS 测距信号达到增强 WADGPS的目的。
为了实现GPS的科学期望，成立了国际GPS服务机构IGS, 它的主要目标是：同VLBI和SLR一道建立国际地球参考标价（ITRF）；以高时间分辨率精密而持久地监测地球参数 （与国际地球自转局IERS合作）；通过GPS卫星精密定轨支持区域和局部地球动力学研究；支持GPS科学任务。美国大地测量局（NGS）已建立了国家连续运作的基准CORS），其目的在于提高人们利用GPS数据，以cm级精度在整个美国及其领地测定点位的能力。
2000年, 我国建成了由2颗卫星组成的区域性“北斗”导航试验卫星系统。该系统是我国自行研制的第一代区域性有源3维双向卫星导航定位通信系统。它能够在任何时间、任何地点为用户确定所在的地理经纬度, 全天候、全天时提供卫星导航信息服务。卫星定位技术已经被广泛应用于测绘的各个方面, 并已完全取代常规测距、测角技术建立大地控制网。我国于2000年建成中国地壳运动监测网络工程，通过该工程对地壳位移的监测, 科学地判定地震活动趋势，该网络已在国家年度地震会商、国务院抗震救灾指挥、预测21世纪我国可能发生的地震等业务中得到实际应用。
我国地震科学家应用卫星定位技术,精确测定出了我国大陆地壳81个点的运动方向和速度：相对于欧亚板块, 中国大陆板块每年以5mm的速度向东运动。应用卫星定位技术, 我国学者获得了国内第一张大尺度、高精度、高分辨率的现今地壳运动速率图。卫星定位观测研究成果, 为板块构造理论、地震预报等提供了最为宝贵的基础资料,有利于提高我国地震监测预报水平,并将在国防建设以及国家基础测绘工作中发挥作用。卫星导航定位技术已经广泛应用于移动目标的定位、监控、指挥、调度系统, 在汽车导航和交通管理中, 可以实现车辆跟踪、提供出行路线规划和导航、信息查询、话务指挥、紧急援助等许多功能。
全球GPS网的一项重要应用，是支持低轨道卫星（LEO）的科学任务。在这些LEO上安装GPS接收机，就可以测定它们的精确轨道，不必采用通常的地面站跟踪方法。这些LEO可以是海洋测高卫星，还可以是研究高层大气物理的卫星，或者是大气层探测卫星。这些观测结果不仅提高了轨道精度，而且提供了地球重力场短波成分；高层大气物理研究提供的高分辨率三维电离层影像是对地球物理学的贡献；大气层探测可以得出大气层密度、气压、温度和水汽分布的精密剖面，使GPS的应用进入了气象学领域。2002年上海开始采用GPS技术进行天气预报，整个上海市和长江三角洲共布设了19个GPS观测站，上海市区实现了半小时天气预报。
2其他空间大地测量技术及应用
（1）甚长基线干涉测量（VLBI），是利用电磁波干涉测量在多个测站上同步接收河外射电源发射的无线电信号进行测站间时间延迟干涉处理以测定测站间相对位置以及从测站到射电源的方向的技术与方法。最近10年来，VLBI观测结果的可靠性和重要性得到了愈来愈广泛的承认。该技术在大地测量和天体测量中，主要用于建立和维持天体参考系和地球参考系，监测地球自转变化和极移，监测全球板块运动和区域性地壳形变，并为其他大地测量技术提供高精度标准。目前，该技术被认为是全球尺度相对定位、确定日长、极移以及连接天体参考框架最精密可靠的技术手段。
（2）卫星激光测距或激光测卫（SLR）, 利用激光测距仪在地面上跟踪观测装有激光反射棱镜的卫星，测定测站到卫星距离的技术和方法。如今已达到1～2 cm的测距精度，它已成为当前卫星精密定轨定位中观测精度最高的观测技术。它除了可以用于地球自转研究外，还用于一些缓慢变化的地球动力学现象，如板块运动、由于地球惯性张量变化引起的重力时变、地球质心变化以及地球动力扁率J2的长期变化的研究。
（3）卫星测高（satellite altimetry），是通过SLR、GPS和DORIS等手段精确确定测高卫星的运行轨道，同时利用安置在卫星上的测高仪测定卫星到瞬时海面（或平坦地面）的垂直距离来测定地球重力场，研究海洋学、地球物理学中各种物理现象的技术和方法。该技术是目前研究和监测海面地形与中尺度海洋现象及其动力学的重要手段之一。其应用论文导读：和统一的全球高程基准等。（4）合成孔径雷达干涉测量（InSAR）,通过装有两个侧视天线或采用重复轨道法，对同一地区采用干涉法记录相位和图像的回波信号，通过一系列必要的后处理，可获得地面三维几何和物理特征的合成孔径雷达。该技术是新出现的卫星大地测量技术，在地学中有多方面的应用，如建立数字高程模型、监测地面形变、监
领域还包括利用卫星测高数据反演海潮模型，推算大洋环流和中尺度海洋现象，测定有效的波高和海面风速，用于监测冰面的变迁，建立全球数字高程模型和统一的全球高程基准等。
（4）合成孔径雷达干涉测量（InSAR）,通过装有两个侧视天线或采用重复轨道法，对同一地区采用干涉法记录相位和图像的回波信号，通过一系列必要的后处理，可获得地面三维几何和物理特征的合成孔径雷达。该技术是新出现的卫星大地测量技术，在地学中有多方面的应用，如建立数字高程模型、监测地面形变、监测冰川与河流的运动等。采用D-InSAR技术其形变监测精度可达cm级甚至mm 级，因此被广泛用于地震监测、火山研究、冰川研究和地面沉降监测等。 随着InSAR软件的普及，其应用将会更加广泛。
（5）由卫星集成的多普勒定轨和无线电定位系统（DORIS），是由法国研制的多功能系统，主要用于美法合作的T/P 海洋学计划的精密定轨，也用于绝对定位和相对定位以及地壳运动监测。该技术可提供三类数据：DORIS地面站的精密绝对单点定位、SPOT-2和T/P卫星的精密定轨、地球自转参数。根据已处理的数据结果表明，绝对单点定位内符合中误差为：纬度10cm, 经度20cm, 高程20 cm。定轨精度为亚分米级，极移的每周日估值的中误差为1-2''×10ˉ³。
（6）精密测距及其变率测量系统（PRARE），是德国研制的一种精密、双向（s/x带）卫星跟踪系统。它也是多功能系统，可以测定时钟参数、轨道根数、站坐标和地球自转参数。这一系统也有一个全球跟踪网，包括大约30个自动地面站，其中一个主站、一个控制站和一个校准站。PRARE安置在ERS-1和ERS-2卫星上，用于与SLR定轨结果进行比较，目前还处于试验阶段。
结语
通过对GPS新技术及应用的介绍和对其他空间大地测量新技术的说明，体现了空间大地测量的飞速发展给国民经济建设带来的前所未有的便利和巨大的经济效益。通过本文的叙述，希望能够对将来的空间定位技术及应用有所启发和促进。
参考文献
陈俊勇. 现代大地测量在大地基准、卫星重力以及相关研究领域的进展[J].测绘通报，2008.
胡明城. 现代大地测量学的理论及其应用[M].北京:测绘出版社，2005
[3] 张小红，李征航，汪志明，等. GPS定位技术在不同领域的应用[J].测绘信息与工程， 2007.
源于：标准论文格式范例www.7ctime.com
摘要：本文简要介绍了甚长基线干涉测量（VLBI）技术、卫星激光测距(SLR) 技术、卫星雷达测高技术、多普勒定轨和无线电定位系统（DORIS）、精密测距及其变率测量系统(PRARE) 以及合成孔径雷达干涉测量(InSAR) 等空间定位测量技术，重点阐述了GPS 技术及应用。
关键词：空间定位技术；GPS技术；
1GPS新技术及应用
当前的GPS是一种卫星无线电定位、导航与授时系统，是通过发射电磁脉冲并且测量它们到达待定点的时延来实现定位的，这种方法的精度受到信号功率和带宽的限制。为了克服这些缺点，美国的研究人员正在研究一种基于量子的定位系统，称为量子定位系统(QPS)。QPS的特点之一是定位精度高，另一个是具有很高的安全性。这项研究采用具有量子特性的激光取代电磁脉冲，如取得成功，将使当前GPS系统产生革命性的突破。提高GPS系统抗干扰能力可利用伪GPS星座、研发新型抗干扰GPS 接收机如GSTAR、用功率更大的军码（M码）和用更先进的加密技术对军码实施保护等。
由于常规实时动态定位技术（RTK）作用距离有限，为了拓展该技术的应用，网络RTK技术便应运而生。网络RTK又称多基准站RTK, 与常规RTK相比，该技术具有覆盖面广、定位精度高，可实时提供cm级定位的特点。由于GPS在实时动态定位技术方面的进展,其精度已可达cm级, 因此使导航学发生了革命性的变化, 并已对地面、水域和空域交通的智能管理方面发挥重要作用。GPS动态定位技术方面的进展, 也使卫星影像和INSAR技术在冰原和地表上的应用开创了一个新的篇章, 拓宽了冰川学中对冰面形变的定量、定性、定时的量测手段。常规的地面差分GPS也发展了, 首先是地面差分GPS发展为机载差分GPS；其次是进一步发展为星载差分GPS，已用于支持T/P卫星海洋测高任务和Micro-Lab-1任务。星载差分GPS把常规的差分GPS技术发展为全球差分GPS技术，它不仅成功地支持了T/P卫星的精密定轨，也精化了全球重力场模型。由于T/P卫星轨道高度高约1300 km，GPS星座的高度为20000 km，所以T/P卫星的差分GPS实际上是高低模式的卫星跟踪，这样的跟踪数据有助于改进重力场模型。 MicroLab-1任务收集的大量数据， 证实了GPS掩蔽观测技术是检验全球气候信号有价值的新方法，为GPS用于气象学展示了极有希望的前景。此外，星载差分GPS还可提供高分辨率的三维电离层影像。
常规差分GPS差分改正数的有效范围受到了限制，为了克服此缺点，提出了广域差分 GPS。它把GPS观测的主要误差来源分开了，并建立了它们的模型，所产生的各改正数对全球大部分都是有效的，可以通过地球同步卫星传播。为了提高系统可用性和可靠性，可以利用地球同步卫星来增强广域差分系统，即地球同步卫星在发播广域差分三类改正数的同时，还能发播新增的C/A码伪距信号，以增加天空中GPS卫星测距信号源，称为WAAS。我国近年来不断加强卫星技术与应用方面的科学研究并取得重大进展，可以充分利用现有的同步通信卫星播发类似 GPS 测距信号达到增强 WADGPS的目的。
为了实现GPS的科学期望，成立了国际GPS服务机构IGS, 它的主要目标是：同VLBI和SLR一道建立国际地球参考标价（ITRF）；以高时间分辨率精密而持久地监测地球参数 （与国际地球自转局IERS合作）；通过GPS卫星精密定轨支持区域和局部地球动力学研究；支持GPS科学任务。美国大地测量局（NGS）已建立了国家连续运作的基准CORS），其目的在于提高人们利用GPS数据，以cm级精度在整个美国及其领地测定点位的能力。
2000年, 我国建成了由2颗卫星组成的区域性“北斗”导航试验卫星系统。该系统是我国自行研制的第一代区域性有源3维双向卫星导航定位通信系统。它能够在任何时间、任何地点为用户确定所在的地理经纬度, 全天候、全天时提供卫星导航信息服务。卫星定位技术已经被广泛应用于测绘的各个方面, 并已完全取代常规测距、测角技术建立大地控制网。我国于2000年建成中国地壳运动监测网络工程，通过该工程对地壳位移的监测, 科学地判定地震活动趋势，该网络已在国家年度地震会商、国务院抗震救灾指挥、预测21世纪我国可能发生的地震等业务中得到实际应用。
我国地震科学家应用卫星定位技术,精确测定出了我国大陆地壳81个点的运动方向和速度：相对于欧亚板块, 中国大陆板块每年以5mm的速度向东运动。应用卫星定位技术, 我国学者获得了国内第一张大尺度、高精度、高分辨率的现今地壳运动速率图。卫星定位观测研究成果, 为板块构造理论、地震预报等提供了最为宝贵的基础资料,有利于提高我国地震监测预报水平,并将在国防建设以及国家基础测绘工作中发挥作用。卫星导航定位技术已经广泛应用于移动目标的定位、监控、指挥、调度系统, 在汽车导航和交通管理中, 可以实现车辆跟踪、提供出行路线规划和导航、信息查询、话务指挥、紧急援助等许多功能。
全球GPS网的一项重要应用，是支持低轨道卫星（LEO）的科学任务。在这些LEO上安装GPS接收机，就可以测定它们的精确轨道，不必采用通常的地面站跟踪方法。这些LEO可以是海洋测高卫星，还可以是研究高层大气物理的卫星，或者是大气层探测卫星。这些观测结果不仅提高了轨道精度，而且提供了地球重力场短波成分；高层大气物理研究提供的高分辨率三维电离层影像是对地球物理学的贡献；大气层探测可以得出大气层密度、气压、温度和水汽分布的精密剖面，使GPS的应用进入了气象学领域。2002年上海开始采用GPS技术进行天气预报，整个上海市和长江三角洲共布设了19个GPS观测站，上海市区实现了半小时天气预报。
2其他空间大地测量技术及应用
（1）甚长基线干涉测量（VLBI），是利用电磁波干涉测量在多个测站上同步接收河外射电源发射的无线电信号进行测站间时间延迟干涉处理以测定测站间相对位置以及从测站到射电源的方向的技术与方法。最近10年来，VLBI观测结果的可靠性和重要性得到了愈来愈广泛的承认。该技术在大地测量和天体测量中，主要用于建立和维持天体参考系和地球参考系，监测地球自转变化和极移，监测全球板块运动和区域性地壳形变，并为其他大地测量技术提供高精度标准。目前，该技术被认为是全球尺度相对定位、确定日长、极移以及连接天体参考框架最精密可靠的技术手段。
（2）卫星激光测距或激光测卫（SLR）, 利用激光测距仪在地面上跟踪观测装有激光反射棱镜的卫星，测定测站到卫星距离的技术和方法。如今已达到1～2 cm的测距精度，它已成为当前卫星精密定轨定位中观测精度最高的观测技术。它除了可以用于地球自转研究外，还用于一些缓慢变化的地球动力学现象，如板块运动、由于地球惯性张量变化引起的重力时变、地球质心变化以及地球动力扁率J2的长期变化的研究。
（3）卫星测高（satellite altimetry），是通过SLR、GPS和DORIS等手段精确确定测高卫星的运行轨道，同时利用安置在卫星上的测高仪测定卫星到瞬时海面（或平坦地面）的垂直距离来测定地球重力场，研究海洋学、地球物理学中各种物理现象的技术和方法。该技术是目前研究和监测海面地形与中尺度海洋现象及其动力学的重要手段之一。其应用论文导读：和统一的全球高程基准等。（4）合成孔径雷达干涉测量（InSAR）,通过装有两个侧视天线或采用重复轨道法，对同一地区采用干涉法记录相位和图像的回波信号，通过一系列必要的后处理，可获得地面三维几何和物理特征的合成孔径雷达。该技术是新出现的卫星大地测量技术，在地学中有多方面的应用，如建立数字高程模型、监测地面形变、监
领域还包括利用卫星测高数据反演海潮模型，推算大洋环流和中尺度海洋现象，测定有效的波高和海面风速，用于监测冰面的变迁，建立全球数字高程模型和统一的全球高程基准等。
（4）合成孔径雷达干涉测量（InSAR）,通过装有两个侧视天线或采用重复轨道法，对同一地区采用干涉法记录相位和图像的回波信号，通过一系列必要的后处理，可获得地面三维几何和物理特征的合成孔径雷达。该技术是新出现的卫星大地测量技术，在地学中有多方面的应用，如建立数字高程模型、监测地面形变、监测冰川与河流的运动等。采用D-InSAR技术其形变监测精度可达cm级甚至mm 级，因此被广泛用于地震监测、火山研究、冰川研究和地面沉降监测等。 随着InSAR软件的普及，其应用将会更加广泛。
（5）由卫星集成的多普勒定轨和无线电定位系统（DORIS），是由法国研制的多功能系统，主要用于美法合作的T/P 海洋学计划的精密定轨，也用于绝对定位和相对定位以及地壳运动监测。该技术可提供三类数据：DORIS地面站的精密绝对单点定位、SPOT-2和T/P卫星的精密定轨、地球自转参数。根据已处理的数据结果表明，绝对单点定位内符合中误差为：纬度10cm, 经度20cm, 高程20 cm。定轨精度为亚分米级，极移的每周日估值的中误差为1-2''×10ˉ³。
（6）精密测距及其变率测量系统（PRARE），是德国研制的一种精密、双向（s/x带）卫星跟踪系统。它也是多功能系统，可以测定时钟参数、轨道根数、站坐标和地球自转参数。这一系统也有一个全球跟踪网，包括大约30个自动地面站，其中一个主站、一个控制站和一个校准站。PRARE安置在ERS-1和ERS-2卫星上，用于与SLR定轨结果进行比较，目前还处于试验阶段。
结语
通过对GPS新技术及应用的介绍和对其他空间大地测量新技术的说明，体现了空间大地测量的飞速发展给国民经济建设带来的前所未有的便利和巨大的经济效益。通过本文的叙述，希望能够对将来的空间定位技术及应用有所启发和促进。
参考文献
陈俊勇. 现代大地测量在大地基准、卫星重力以及相关研究领域的进展[J].测绘通报，2008.
胡明城. 现代大地测量学的理论及其应用[M].北京:测绘出版社，2005
[3] 张小红，李征航，汪志明，等. GPS定位技术在不同领域的应用[J].测绘信息与工程， 2007.
源于：标准论文格式范例www.7ctime.com