空间大地测量学

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大地测量学

大地测量学

大地测量学大地测量学是地球学科的重要分支,是测绘科学的基础学科,在测绘专业的课程设置中占有重要的地位和作用。

其主要测定地球大小;研究地球形状;测定地面点的几何位置,将地面点沿法线方向投影于地球椭球面上,用投影点在椭球面上的大地纬度和大地经度表示该点的水平位置,用地面点至投影点的法线距离表示该点的大地高程。

这点的几何位置也可以用一个以地球质心为原点的空间直角坐标系中的三维坐标来表示。

就其本质来说,他是一门地球信息学,即为人类的活动提供地球空间信息的学科。

大地测量学的的内容包括几何大地测量学、物理大地测量学、空间大地测量学。

几何大地测量学主要是研究确定地球形状、大小和确定地面点三维空间的理论及技术、因此有关精密的角度、距离测量、水准测量,地球椭圆球体的参数及模型,椭圆面上测量成果的计算、平差、投影变换以及大地控制网建立的原理和技术方法等,是几何大地测量学的基本内容。

物理大地测量学研究用武力方法(重力测量)确定地球的形状及外部重力场。

它的主要内容是重力测量及其归化、地球及外部重力场模型、大地测量边值问题、重力为理论、球谐函数、利用重力测量研究地球形状及椭圆球体参数等。

空间大地测量学是研究以卫星及其它空间探测器实施大地测量的理论和技术。

主要内容包括卫星多普勒技术,海洋卫星雷达测高,激光卫星测距以及卫星定位系统(GPS)和GLONASS,我国的“北斗”卫星定位导航系统,卫星定位定轨理论以及应用卫星及空间探测器在全国性大地测量控制网,全球性的地球动态参数求定和重力场模型的精华、地壳形变、板块运功的、海空导航、导弹制导等方面的研究。

因此较确切地讲。

空间大地测量学的开创。

使大地测量学迈入了以可变地球为研究对象,实施全球动态就对测量的现代大地测量新时期。

学科发展史——萌芽阶段在17世纪以前,大地测量只是处于萌芽状态。

公元前 3世纪,亚历山大的埃拉托斯特尼首先应用几何学中圆周上一段弧AB的长度S、对应的中心角r同圆半径R的关系,估计了地球的半径长度,由于圆弧的两端A和B大致位于同一子午圈上,以后在此基础上发展为子午弧度测量。

山东交通学院大地测量学基础重点(1)

山东交通学院大地测量学基础重点(1)

大地测量学基础1、大地测量学的定义与作用定义:在一定的时间与空间参考系统中,测量和描绘地球形状及其重力场并监测其变化,研究近地空间定位技术并为人类活动提供关于地球的空间信息的一门学科作用:大地测量学为地球科学研究提供时空坐标基础;大地测量学在防灾及环境监测中发挥着特殊作用;大地测量学是发展空间技术和国防建设的重要保障;建立大地控制网为测绘工程提供大地参考框架。

2、大地测量学的基本体系和内容基本体系:几何大地测量学物理大地测量学空间大地测量学内容:确定地球形状及外部重力场及其随时间的变化,建立统一的大地测量坐标系;研究月球及太阳系行星的形状及重力场;建立和维持国家天文大地水平控制网和精密水准网;研究高精度观测技术和方法;研究地球表面向椭球面或平面的投影数学变换及有关的大地测量计算。

3、大地测量学的发展简史及展望(以上三个课本第一章内容)发展简史:地球圆球阶段地球椭球阶段大地水准面阶段现代大地测量新时期展望:全球卫星导航定位系统(GNSS),激光测卫(SLR)以及甚长基线干涉测量(VLBI)是主导本学科发展的主要的空间大地测量技术;空间大地网在地球科学研究中发挥重要作用;精化地球重力场模型是大地测量学的重要发展目标;深空大地测量为空间探测提供定位技术保障,深空网的建设将是空间大地测量的重要内容。

4、岁差:地球绕地轴旋转,由于日月等天体的影响,地球的旋转轴在空间围绕黄极发生缓慢旋转,形成一个倒圆椎体,这种运动叫做岁差。

5、章动:地球受日月引力的影响,瞬时北天极将绕瞬时平北天极产生旋转,大致形成椭圆形轨迹,这种现象叫章动6、极移:地球自转轴处了章动、岁差的变化外,还存在着相对于地球体自身内部结构的相对位置变化,从而导致极点在地球表面上的位置随时间而变化,这种现象叫极移。

7、国际协议原点:国际上采用的5个纬度服务站以1900-1905年的平均纬度所确定的平级作为基准点8、恒星时:以春分点作为基本参考点,由春分点周日视运动确定的时间叫恒星时。

大地测量学的定义、作用、基本体系和基本内容

大地测量学的定义、作用、基本体系和基本内容

大地测量学的定义、作用、基本体系和基本内容
(1)大地测量学的定义:大地测量学是地球科学的一个分支学科,是研究和测定地球的形状、大小、重力场、整体与局部运动和测定地面点的几何位置以及它们的变化的理论和技术的学科。

(2)大地测量学作用主要有四方面:
A.大地测量学在国民经济各项建设和社会发展中发挥着基础先行性的重要保证作用。

B.大地测量学在防灾,减灾,救灾及环境监测、评价与保护中发挥着独具风格的特殊作用。

C.大地测量是发展空间技术和国防建设的重要保障。

D.大地测量在当代地球科学研究中的地位显得越来越重要。

(3)大地测量学的基本体系由三个基本分支构成:几何大地测量学、物理大地测量学、空间大地测量学。

(4)基本内容:
1.几何大地测量学也就是天文大地测量学。

其基本任务是确定地球的形状和大小及确定地面点的几何位置。

2.物理大地测量学也有称为理论大地测量学。

其基本任务是用物理的方法(重力测量)确定地球形状及其外部重力场。

3.空间大地测量学主要研究以人造卫星及其它空间探测器为代表的空间大地测量学的理论、技术和方法。

大地测量学基础

大地测量学基础

大地水准面
地球自然表面
大地测量学基础
基本概念:参考椭球面①
参考椭球面:一个以椭圆的短轴为旋转轴的 旋转椭球体的表面。 椭球体的大小和大地体十分接近。参考椭球 面可用数学模型表示。
1、代表地球的数学表面; 2、大地测量计算的基准面; 3、研究大地水准面的参考面; 4、地图投影的参考面。
大地测量学基础
大地测量学基础
地球自然表面
地球的形状和大小
水准面 大地水准面 参考椭球面
地球的形状是一个南北极稍扁的,类似于一个 椭圆绕其短轴旋转的椭球体。
测量工作的基准面是大地水准面,基准线是铅垂线
测量计算的基准面是参考椭球面,基准线是法线
大地测量学基础
基本概念:坐标系
坐标系指的是描述空间位置的表达形式,即采 用什么方法来表示空间位置。 人们为了描述空间位置,采用了多种方法,从 而也产生了不同的坐标系,如直角坐标系、极 坐标系等。 一个坐标系是由原点位置、轴的指向和定义在 坐标系下点位的参数(坐标分量)所确定的。 地面坐标系的指向可以用它们的极、平面和轴 来描述。
大地测量学基础
基本概念:水准面
水准面: 任何静止的液体表面称为水准面,是
一个处处与重力方向垂直的连续曲面。铅垂线和
水准面是测量工作所依据的线和面。随着高度的
不同,水准面有无数个。平均海水面是其中的一
个。
离心力
P


线

垂球

大地测量学基础
基本概念:大地水准面
大地水准面:平均海水面向陆地、岛屿延伸而形成的封 闭曲面。它所包围的形体叫大地体。 由于地球内部质量分布不均匀,使得地面上各点的铅垂 线方向产生不规则的变化,因而大地水准面实际上是一 个连续的封闭的但有微小起伏的不规则曲面,无法用数 学模型来表示。

(完整word版)大地测量学基础

(完整word版)大地测量学基础

大地测量学基础一、大地测量的基本概念1、大地测量学的定义它是一门量测和描绘地球表面的科学。

它也包括确定地球重力场和海底地形。

也就是研究和测定地球形状、大小和地球重力场,以及测定地面点几何位置的学科。

测绘学的一个分支。

主要任务是测量和描绘地球并监测其变化,为人类活动提供关于地球的空间信息。

是一门地球信息学科。

是一切测绘科学技术的基础.测绘学的一个分支。

研究和测定地球形状、大小和地球重力场,以及测定地面点几何位置的学科.大地测量学中测定地球的大小,是指测定地球椭球的大小;研究地球形状,是指研究大地水准面的形状;测定地面点的几何位置,是指测定以地球椭球面为参考的地面点的位置。

将地面点沿法线方向投影于地球椭球面上,用投影点在椭球面上的大地纬度和大地经度表示该点的水平位置,用地面点至投影点的法线距离表示该点的大地高程。

这点的几何位置也可以用一个以地球质心为原点的空间直角坐标系中的三维坐标来表示。

大地测量工作为大规模测制地形图提供地面的水平位置控制网和高程控制网,为用重力勘探地下矿藏提供重力控制点,同时也为发射人造地球卫星、导弹和各种航天器提供地面站的精确坐标和地球重力场资料. 内容和分支学科解决大地测量学所提出的任务,传统上有两种方法:几何法和物理法。

随着20世纪50年代末人造地球卫星的出现,又产生了卫星法。

所以现代大地测量学包括几何大地测量学、物理大地测量学和卫星大地测量学3个主要部分。

几何法是用一个同地球外形最为接近的几何体(即旋转椭球,称为参考椭球)代表地球形状,用天文大地测量方法测定这个椭球的形状和大小,并以它的表面为基础推算地面点的几何位置。

物理法是从物理学观点出发研究地球形状的理论。

用一个同全球平均海水面位能相等的重力等位面(大地水准面)代表地球的实际形状,用地面重力测量数据研究大地水准面相对于地球椭球面的起伏。

卫星法是利用卫星在地球引力场中的轨道运动,从尽可能均匀分布在整个地球表面上的十几个至几十个跟踪站,观测至卫星瞬间位置的方向、距离或距离差。

应用大地测量学第二章_大地测量基础知识

应用大地测量学第二章_大地测量基础知识

应用大地测量学
§2.2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ常用大地测量坐标系统
本节重点研究下列几个坐标系统:
➢天球坐标系 ➢地球坐标系
天文坐标系 大地坐标系 空间大地直角坐标系 地心坐标系
➢站心坐标系 ➢高斯平面直角坐标系
应用大地测量学
§2.2 常用大地测量坐标系统
§2.2.1 天球与天球坐标系 §2.2.2 地球坐标系(重点) §2.2.3 站心坐标系 §2.2.4 高斯平面直角坐标系(重点)
第二章 大地测量基础知识
第一节 大地测量的基准面和基准线 第二节 常用大地测量坐标系统(重点) 第三节 时间系统 第四节 地球重力场基本理论 第五节 高程系统(重点) 第六节 测定垂线偏差和大地水准面差距的基本 方法 第七节 关于确定地球形状的基本方法 第八节 空间大地测量简介
应用大地测量学
§2.1 大地测量的基准面和基准线
大地水准面所包围的形体—大地体,则是多年来大地测 量工作者研究的对象,认为它能代表地球的实际形状。
应用大地测量学
§2.1 大地测量的基准面和基准线
§2.1.1 水准面和大地水准面 §2.1.2 地球椭球与参考椭球面 §2.1.3 垂线偏差
应用大地测量学
§2.1.2 地球椭球与参考椭球面
1、地球椭球 大地体接近于一个具有极小扁率的旋转椭球。椭球面是 一个规则的数学曲面。一般用长半径a和扁率α(或长、短半 径a、b)表示椭球的形状和大小。 关系: α= (a – b )/ a
§2.2.2 地球坐标系
(二)大地坐标系 地面点在参考椭球面上的位置用大地经度L和大地纬度
B表示。若地面点不在椭球面上,它沿法线到椭球面的距 离称为大地高H大。
大地坐标系规定以椭球的赤道 为基圈,以起始子午线(过格 林尼治的子午线)为主圈。对 于任意一点P其大地坐标为 (L,B,H)

空间大地测量(二)

空间大地测量(二)

历书时系统(2)
• 这样定义的时间测量系统称为历书时(简写ET) • 1960年起,测量时间的标准是历书时秒 • 纽康给出的太阳几何平黄经的表达式为:
L 27941 48.04 129602768.13T 1.089T 2 dL / dT 129602768.13 1.089T
UT 2 UT 1 T 0 s.022sin 2 t 0 s.012 cos 2 t 0 s.006sin 4 t 0 s.007 cos 4 t
• T以年为单位,从贝赛尔年岁首起算。
世界时系统(7)
• 长期来,人们将地球自转看成是均匀的,包括哥 白尼。 • 1695年,哈雷在计算古代和中世纪的交食时发现 月球运动长期加速现象。 • 1754年,康德提出海洋潮汐摩擦会使地球自转速 度减慢的假说,可以解释哈雷发现的月球运动长 期加速现象,后续发现太阳、水星、金星也有类 似现象。
世界时系统(3)
• 由于真太阳时的不均匀性,1820年,法国科学院 提出秒长定义为:全年中所有真太阳日平均长度的 1/86400为1s,实际工作中无法实时得到秒长。 • 19世纪末。美国天文学家纽康(S.Newcomb)提出 用假想的太阳代替真太阳,简称平太阳。 • 1886年,在法国巴黎召开的国际讨论会同意采用 纽康方法定义平太阳日,从而产生了真正科学意义 上的平太阳时秒长。
原子时历史回顾(2)
• 普朗克建立了量子理论基础 • 爱因斯坦引进了光子受激发射概念 • 波尔运用光子理论解释原子结构并提出能级概念 • 赫兹奠定了无线电频率检测基础 • 布鲁格利、海森堡和薛定谔创立并发展了波动力学 • 施特恩和格拉赫发现了原子磁性和它的空间量子化 • 二次大战后,无线电技术蓬勃发展,频率测量可以达 到30GHz

大地测量学基础复习资料

大地测量学基础复习资料

1. 什么是大地测量学,现代大地测量学由哪几部分组成?谈谈其基本任务和作用?答:大地测量学----是测绘学科的分支,是测绘学科的各学科的基础科学,是研究地球的形状、大小及地球重力场的理论、技术和方法的学科。

大地测量学的主要任务:测量和描述地球并监测其变化,为人类活动提供关于地球的空间信息。

具体表现在(1)、建立与维护国家及全球的地面三维大地控制网。

(2)、测量并描述地球动力现象。

(3)、测定地球重力及随时空的变化。

大地测量学由以下三个分支构成:几何大地测量学,物理大地测量学及空间大地测量学。

几何大地测量学的基本任务是确定地球的形状和大小及确定地面点的几何位置。

作用:可以用来精密的测量角度,距离,水准测量,地球椭球数学性质,椭球面上测量计算,椭球数学投影变换以及地球椭球几何参数的数学模型物理大地测量学的基本任务是用物理方法确定地球形状及其外部重力场。

主要内容包括位理论,地球重力场,重力测量及其归算,推求地球形状及外部重力场的理论与方法等。

空间大地测量学主要研究以人造地球卫星及其他空间探测器为代表的空间大地测量的理论、技术与方法。

2. 什么是重力、引力、离心力、引力位、离心力位、重力位、地球重力场、正常重力、正常重力位、扰动位等概念,简述其相应关系。

答: 地球引力及由于质点饶地球自转轴旋转而产生的离心力的合力称为地球重力。

引力F 是由于地球形状及其内部质量分布决定的 , 其方向指向地心、大小2r m M G F ••= 离心力P 指向质点所在平行圈半径的外方向,其计算公式为ρω2m P = 引力位:将rM G V ⋅=式表示的位能称物质M 的引力位或位函数,引力位就是将单位质点从无穷远处移动到该点引力所做的功。

离心力位:()2222y x Q +=ω式称为离心力位函数 重力位:引力位V 和离心力位Q 之和,或把重力位写成+⋅=⎰rdm G W ()2222y x +ω 地球重力场:地球重力场是地球的种物理属性。

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那么,怎样提高射电望远镜的分辨率呢? 对单天线射电望远镜来说,天线的直径越大分辨率越高 。但是天线的直径难于作得很大,目前单天线的最大直径 小于300米,对于波长较长的射电波段分辨率仍然很低, 因此就提出了使用两架射电望远镜构成的射电干涉仪。对 射电干涉仪来说,两个天线的最大间距越大分辨率越高。 另外,在天线的直径或者两天线的间距一定时,接收的无 线电波长越短分辨率越高。
NIST Chip-Scale Atomic Clock
• On Aug. 30, 2004 • about the size of a grain of rice (1.5 millimeters on a side and 4 millimeters high), consume less than 75 thousandths of a watt (enabling the clock to be operated on batteries) and are stable to one part in 10 -10, equivalent to gaining or losing just one second every 300 years.
• the physics package will be integrated with an external oscillator and control circuitry into a finished clock about 1 cm3 in size.
Part 2. VLBI
-Very Long Baseline Interferometry
• Definition of Atomic Second :
地面状态的铯133原子对应于两个超精细能级跃迁 9 192 631 770个辐射周期的持续时间。
• 科学家当前正在研制更高精度的原子钟: 1 second in 10 billion years
Atomic Fountains(原子喷泉钟)
1968 -- NBS-4, the world’s most stable cesium clock, is completed. This clock was used into the 1990s as part of the NIST time system.
1972 -- NBS-5, an advanced cesium beam device, is completed and serves as the primary standard
The uncertainty of NIST-F1 is continually improving. In 2000 the uncertainty was about 1 x 10-15, but as of the summer of 2005, the uncertainty has been reduced to about 5 x 10-16, which means it would neither gain nor lose a second in more than 60 million years! It is now approximately ten times more accurate than NIST-7, a cesium beam atomic clock that served as the United State's primary time and frequency standard from 1993-1999.
分辨率
指区分两个彼此靠近射电源的能力,分辨率越高就 能将越近的两个射电源分开。利用射电望远镜进行 观测时其角分辨率可用下列公式来估算:

D
(2-1)
式中 为角分辨率, 为射电望远镜所接收的 无线电信号的波长,通常为13cm和3.6cm, D 为射 电望远镜接收天线的口径刘万科 博士
武汉大学测绘学院 卫星应用工程研究所 2008年09月
空间大地测量学
内 容 提 要
1. 原子钟(Atomic Clock) 2. 甚长基线干涉测量(VLBI) 3. 激光测卫(SLR) 4. 卫星测高(Satellite Altimetry)
5. 多普勒技术(Doppler Technique)
1993 -- NIST-7 comes on line; eventually, it achieves an uncertainty of 5 x 10-15, or 20 times more accurate than NBS-6.
1999 ---- NIST-F1 begins operation with an uncertainty of 1.7 x 1015, or accuracy to about one second in 20 million years, making it one of the most accurate clocks ever made (a distinction shared with similar standards in France and Germany).
NBS-1
1954 -- NBS-1 is moved to NIST’s new laboratories in Boulder, Colorado. 1955 --The National Physical Laboratory in England builds the first cesium-beam(铯原子束)clock used as a calibration source. 1958 -- Commercial cesium clocks become available, costing $20,000 each. 1959 -- NBS-1 goes into regular service as NIST's primary frequency standard. 1960 -- NBS-2 is inaugurated in Boulder; it can run for long periods unattended and is used to calibrate secondary standards.
/cesium/atomichistory.htm
1945 -- Isidor Rabi, a physics professor at Columbia University, suggests a clock could be made from a technique he developed in the 1930's called atomic beam magnetic resonance. 1949 -- Using Rabi’s technique, NIST (National Institute of Standards and Technology) announces the world’s first atomic clock using the ammonia molecule as the source of vibrations. 1952 -- NIST completes the first accurate measurement of the frequency of the cesium clock resonance. The apparatus for this measurement is named NBS-1.
6. 卫星跟踪卫星(SST)
Part 1. Atomic Clock
• The National Physics Laboratory in England developed the first accurate caesium atomic clock in 1955 • In 1967 the International Bureau of Weights and Measures (BIPM) adopted the atomic definition for an SI second
NBS-5
1975 -- NBS-6 begins operation; an outgrowth of NBS-5, it is one of the world’s most accurate atomic clocks, neither gaining nor losing one second in 300,000 years.
喷 泉 原 子 钟 内 部 构 造 图
Video Demonstration of How a Cesium Fountain Works
(喷泉钟的动画演示,请用鼠标点击上述画面)
NIST-F1 Cesium Fountain Atomic Clock
The Primary Time and Frequency Standard for the United States
Rubidium clock Hydrogen maser clock
Office of Naval Research ---'matchbox' atomic clock
• one second every 10,000 years
• Ultra-miniature Rubidium (Rb) Atomic Clock, 40 cm3
Galileo atomic clocks
Galileo satellites : rubidium atomic frequency standards and passive hydrogen masers. The stability of the rubidium clock is so good that it would lose only three seconds in one million years, while the passive hydrogen maser is even more stable and it would lose only one second in three million years.
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