VLBI空间大地测量技术原理简介与技术应用
摘要：深长基线干涉测量(VLBI)是重要的空间大地测量技术，本文主要简要介绍了VLBI的大地测量原理，以及VLBI在大地测量方面的一些应用。
关键词：VLBI
1.前言
空间大地测量在近20多年中获得了长足的发展，以VLBI、SLR、GPS、LLRDORIS 等为主要标志的空间测量技术大大推动了大地测量学的发展，也大大富了大地测量学，特别是空间大地测量学的研究内容。这些手段的应用将大加强大地测量控制网的强度和可靠性，尤其是在大尺度范围内，可大大改善度系统误差和其它系统误差的积累。VLBI极高的相对精度和分辨率，大大提高了如大地测量定位、参考框架的连接、地球自转和极移监测、估计地壳运动和绘制河外射电源图像等许多任务的精度水平。
2. VLBI大地测量原理
甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry，VLBI )是本世纪六十年代末发展起来的一种全新的空间大地测量技术，它通过测定来自河外射电源的信号在两个接收天线之间的传播延时来精确求定地面点间的相对位置。VLBI 测量的几何原理如下图所示：
图2-1 VLBI几何原理图
射电源辐射出的电磁波通过地球大气到达地面，由基线两端的天线接收。由于地球自转，电磁波的波前到达两个天线的几何程差(除以光速就是时间延迟差)是不断改变的。两路信号相关的结果就得到干涉条纹。天线输出的信号进行低噪
声高频放大后，经变频相继转换为中频信号和视频信号。
由于两天线到某一射电源的距离不同，有一路程差L ，则射电信号的同一波前到达两天线的时间也不相同，有一时间延迟g τ根据图2-1的几何关系：
g
C L τ?=
（1）
其中C 为真空中的光速。 若设_B 为天线1到天线2的基线矢量，K 为被观测的射电源方向的单位矢量，则有：
??? ???-=-K B C g 1τ
（2）
其对时间的倒数即为延迟率：
??? ?????-=-K B t C g 1.τ
（3）
式(2)就是VLBI 从纯几何关系出发推出的时间延迟(几何延迟)。而实际 上，由于基线矢量随着地球自转在不断变化，射电源与测站之间也不是理想的 真空，在实际观测值中不可被免地包含了其它成份，因此vLBI 观测到的延迟 和延迟率比(2)、(3)式复杂的多，它们可以表示为:
++++=p i c g τττττ
（4）
++++=p i c g .....τττττ
（5）
式中c τ为两测站时钟的同步误差，i τ为两测站由于放大器、馈源、混濒 器等的不同而引起的时间延迟，p τ为大气层、电离层、行星之间等离子体等 引起的传播介质延迟。上述公式中与天线有关的参数都是在地心天球坐标系中描述的但这些通常是在地球坐标系给出的，所以必须通过必要的坐标旋转将它们转
换到地天球坐标系中。目前VLBI的参数解算是在历元JZOco.O对应的协议惯性参考系(CTS)中描述的，因此解算时必须通过一系列坐标转换将它从[CTS]转换到[CIS].两类坐标的转换关系为:
[CIS]=PNSW[CTS] (6) 式中P为岁差矩阵，是将瞬时平天球坐标系转换到历元JZ000.0对应的[CIS];N为章动矩阵，是将真天球坐标系转换到瞬时平天球坐标系;S为地球
自转矩阵，是将瞬时极地球坐标系转换到真天球坐标系。W为极移矩阵，是将
历元平地球坐标系[CTS]转换到瞬时极地球坐标系。
3.VLBI技术应用
3.1 VBLI建立地球参考框架
VLBI空间大地测量技术提供了大量的观测数据，目前国际上对这些复杂数据的分析是由各数据分析中心来完成的，它们的目的是利用VLBI等空间技术建立协议地球参考框架(CTRF)。由VLBI CTRF通常表示为VTRF。
VTRF，它是由VLBI技术实现的参考框架，VLBI应用于大地测量，通过测量来自河外射电源的射电信号在两个测站间的时间延迟，来确定地面测站间的相对位置。由河外射电源可近似构成一个理想的惯性天球参考框架，于是VTRF便可直接与之相连。但VLBI站的地心坐标不能直接得到，因为VLBI观测值对地心并不敏感。严格意义上讲，仅利用VLBI技术是不能建立一个原点在地球质心的CTRF。实际中，通常采用VLBI-SLR并置观测，用SLR技术确定其地心坐标，这种方法的缺点是，若起始点坐标有误差将会传递到整个VTRF的网点。归纳起来，VTRF的特点是:
1)其原点是任意的，可以通过一组特选的射电望远镜所采用的地心坐标来确定。
2)其尺度通过电磁波在真空中的传播速度C的选择来确定。由于国际计量协会决定以S1秒定义米长，即“米长是1/299792458秒内在真空中通过的光程。”这样光速C被唯一地确定，相应地VLBI的尺度也随之被唯一确定。
3)其定向通过地球定向参数来确定。
VLBI是目前测定长基线最精密的技术，其缺点是仪器较庞大，价格太昂贵.因此建立并维持一个VTRF的花费也相当高.另一方面，目前的全球VLBI固定台
站分布也不均匀(现正通过流动站加以改善)，这也是VLBI所建立的高精度地球参考框架的一个缺点。
3.2空间VBLI在大地测量研究的应用
空间甚长基线干涉测量技术(SVLBI)是地面VLBI测量在空间的延伸，地基VLBI技术本质上是一个纯粹的几何测量技术，因为观测量对地球重力场不敏感。因此，地基VLBI既不能提供地心坐标系，也不能提供与地球重力场有关的信息。但是空间VLBI观测量中包含方向信息，而且观测量由于卫星运动对地球重力场敏感，我们有可能从这些观测量中估计一定的球谐系数，因此空间VLBI可以改进我们对地球重力场的认识。同时，空间VLBI对连接大地测量和地球动力学中使用的不同参考框架有重要意义。而且与现有的其他大地测量技术相比较，空间VLBI克服了现代卫星跟踪技术基本上观测距离和距离差而不包含直接的方向信息的缺陷。空间VLBI时间延迟和时间延迟率观测量包含方向信息。空间VLBI 观测量还可以独自使用或者同其他大地测量观测量联合使用，来估计大地测量和地球动力学的其他参数，包括测站坐标和偏差、射电源坐标以及时钟参数等。4.本文总结与自我评价
本文在参阅了教材与相关论文的基础上，简要介绍了VLBI大地测量原理，加深对VLBI定义和相关技术应用的理解。简要概括VLBI建立大地测量参考框架，并详细论述了VTRF的特点；另外空间VLBI作为地面VLBI测量在空间的延伸，它在大地测量和地球动力学方面很有应用潜力，这里概括性地介绍了其在大地测量研究方面的应用。
通过本次作业，我不仅加深了对《空间大地测量》第二章VBLI原理及应
用的理解，同时我从图书馆、网上下载看了多篇论文，丰富了自己的专业知识，进一步熟悉了解了论文材料的组织，论文结构的安排，论文结果的分析等等，受益匪浅。总而言之，魏老师布置安排的这四次作业，我都尽量严格要求自己努力认真去完成，虽然由于个人能力、知识储备等方面的限制，作业中存在不足之处，多谢魏老师的不吝指正和耐心批阅。
参考文献：
[1]李征航，魏二虎等.空间大地测量学[M].武汉：武汉大学出版社，2010
[2] 魏二虎.我国空间VLBI系统的有关设计和模拟计算研究[D].武汉:武汉大
学,2006
[3] 杨元喜.VBLI、SLR、GPS综合数据处理与坐标转换若干问题研究[D].解放
军信息工程大学测绘学院,2001
空间大地测量学 1、试述VLBI原理及其应用。（VLBI，very long baseline interferometry)缩写甚长基线干涉测量技术。 简单来说，VLBI就是把几个小望远镜联合起来，达到一架大望远镜的观测效果。这是因为，虽然射电望远镜能“看到”光学望远镜无法看到的电磁辐射，从而进行远距离和异常天体的观测，但如果要达到足够清晰的分辨率，就得把望远镜的天线做成几百公里，甚至地球那么大。上世纪50年代，剑桥大学的天文学家马丁〃赖尔建成了第一台射电干涉仪，使不同望远镜接收到的电磁波可以叠加成像，在此基础上 ，VLBI得以发展。1974年，赖尔以此获得了诺贝尔奖。 原理：射电源辐射出的电磁波﹐通过地球大气到达地面﹐由基线两端的天线接收。由于地球自转﹐电磁波的波前到达两个天线的几何程差(除以光速就是时间延迟差)是不断改变的。两路信号相关的结果就得到干涉条纹。天线输出的信号﹐进行低噪声高频放大后﹐经变频相继转换为中频信号和视频信号。在要求较高的工作中﹐使用频率稳定度达10 的氢原子钟﹐控制本振系统﹐并提供精密的时间信号，由处理机对两个“数据流”作相关处理﹐用寻找最大相关幅度的方法﹐求出两路信号的相对时间延迟和干涉条纹率。如果进行多源多次观测﹐则从求出的延迟和延迟率可得到射电源位置和基线的距离﹐以及根据基线的变化推算出的极移和世界时等参数。参数的精度主要取决于延迟时间的测量精度。因为﹐理想的干涉条纹仅与两路信号几何程差产生的延迟有关﹐而实际测得的延迟还包含有传播介质(大气对流层﹑电离层等)﹑接收机﹑处理机以及钟的同步误差产生的随机
延迟﹐这就要作大气延迟和仪器延迟等项改正﹐改正的精度则关系到延迟的测量精度。目前延迟测量精度约为0.1毫微秒。 中国科学院的VLBI网是测轨系统的一个分系统，它目前由北京、上海、昆明和乌鲁木齐的四个望远镜以及位于上海的天文台的数据处理中心组成。这样一个网所构成的望远镜分辨率相当于口径为3000多公里的巨大的综合望远镜，测角精度可以达到百分之几角秒，甚至更高。 VLBI测轨分系统的具体任务是获得卫星的VLBI测量数据，包括时延、延迟率和卫星的角位置，并参与轨道的确定和预报。具体的任务，比如说完成卫星在24小时、48小时周期的调相轨道段的测轨任务。完成卫星在地月转移轨道段、月球捕获轨道段以及环月轨道段的测轨任务。并且还要参加调相轨道、地月转移轨道、月球捕获轨道段的准实时轨道的确定和预报。 VLBI测轨分系统从2007年10月27日起，即卫星24小时的调相轨道段的第一天正式实施对嫦娥一号卫星的测量任务。现在已经完成了24小时、48小时调相轨道、地月转移轨道段和月球捕获轨道段的第一天总共十天的测量任务。 其他应用 VLBI分系统的各测站数据处理中心设备工作正常，VLBI测量数据及时传输到北京的航天飞控中心，数据资料很好，满足了工程的要求，为嫦娥一号卫星的精确定轨作出了贡献。
第一章 1.大地测量学是通过在广大的地面上建立大地控制网，精确测定大地控制网点的坐标，研究测定地球形状、大小和地球重力场的理论、技术与方法的学科。 2.大地测量的基本任务 (1)技术任务:精确测定大地控制点的位置及其随时间的变化也就是它的运动速度场，建立精密的大地控制网，作为测图的控制，为国家经济建设和国防建设服务。 (2)科学任务:测定地球形状、大小和重力场，提供地球的数学模型，为地球及其相关科学服务。 3.大地测量的作用 (1)为地形测图与大型工程测量提供基本控制； (2)为城建和矿山工程测量提供起始数据； (3)为地球科学的研究提供信息； (4)在防灾、减灾和救灾中的作用； (5)发展空间技术和国防建设的重要保障。 4.大地测量学的主要研究内容 大地测量、椭球测量学、天文测量大地重力学、卫星大地测量学、惯性大地测量学 第二章 1.大地水准面:设想海洋处于静止平衡状态时，将它延伸到大陆下面且保持处处与铅垂线正交的包围整个地球的封闭的水准面. 特点：重力方向不规则变化:原因是地表起伏不平、地壳内部物质密度分布不均匀 大地水准面处处与铅垂线正交，所以大地水准面是一个无法用数学公式表示的不规则曲面。 2.参考椭球:把形状和大小与大地体相近，且两者之间相对位置确定的旋转椭球称为参考椭球。参考椭球面是测量计算的基准面，椭球面法线则是测量计算的基准线。另外，水准面是外业观测时的基准面，铅垂线是外业观测时的基准线 3.总地球椭球：从全球着眼，必须寻求一个和整个大地体最为接近、密合最好的椭球，这个椭球又称为总地球椭球或平均椭球。总地球椭球满足以下条件： （1）椭球质量等于地球质量，两者的旋转角速度相等。 （2）椭球体积与大地体体积相等，它的表面与大地水准面之间的差距平方和为最小。 （3）椭球中心与地心重合，椭球短轴与地球平自转轴重合，大地起始子午面与天文起始子午面平行。 大地水准面与椭球面在某一点上的高差称为大地水准面差距，用N表示。 4.垂线偏差：同一测站点上铅垂线与椭球面法线不会重合。两者之间的夹角u称为垂线偏差 5.常用的坐标系统： 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 6.高斯投影的特点： （1）高斯投影是正形投影的一种，投影前后角度相等。 （2）中央子午线投影后为一直线，且长度不变。距中央子午线越远的子午线，投影后弯曲越大，长度变形越大。 （3）椭球面除中央子午线外其他子午线投影后均向中央子午线弯曲，并向两极收敛，对称于中央子午线呵赤道。 （4）在椭球面上对称于赤道的纬圈，投影后仍为对称的曲线，并与子午线的投影曲线相互垂直且凹向两极。 7.时间系统
我国大地测量技术的新进展 摘要：我国是一个幅员辽阔的国家，其面积占据了亚洲的大部分地区，因此对 于土地的测量成为了一个必不可少的工作。其不仅能够为农业，工业的发展提供 便利，更能够让我国的战略部署得到参考，因此如何进行有效的大地测量是非常 重要的。本文就是针对了我国现有的大地测量技术进行探讨，从而得出，我国的 大地测量工作在那些地方可以开发全新的技术。 关键词：大地测量；数据处理；技术应用 随着科技的发展，当今的世界已经走向了信息化，数字化的时代，对于大地 的测量，也开启了科技化的时代。曾经的人工丈量已经完全不适用于当今的社会，而且人工测量存在着非常大的误差，因此科技测量，是当前最为主要的手段。不 得不说，在大地测量的新技术研发方面，我国是遥遥领先的。其主要原因为我国 幅员辽阔，比大部分国家都需要进行大地测量。 1当今大地测量学的特征 1.1多维度大地测量的建立和发展应用 在古代，大地测量主要是采取人工手工丈量的方式，这种丈量是二维的，只 能从单纯的长宽来进行大地测量。但是随着时代的发展，光学仪器为代表的测量 方式诞生，其测量方式就变成了三维的，能够通过长，宽，高，来进行测量，这 种测量相对准确，但是耗时太多，对人力的需求较大，依旧是一种难以大范围应 用的方式。但是先进，空间大地测量技术开启，在测量的时候，能够将所需要测 量的地点置于绝对的地球质心的三维绝对位置，这不仅提高了测量的精准度，也 让测量的速度大大增加，对于人力的需求逐渐减少。 1.2完成了动态测量的构建，不局限于静态的数据。 传统的大地测量，只能得出一个静态的数据，这个数据只能代表测量时一瞬 间的大地状态，而且能够参考的时间也较少，一些数据难以应用。就导致了原本 的大地测量技术存在着严重的缺陷，只能应用于一些不需要实时变更的计划中。 但是现今的大地测量技术，实现了对地球整体动态的检测，能够实时反映地球的 数据，这就让大地测量变得生动，其数据也从单纯的数据图表，变成了一个不断 变化的数据库，在任何的计划和应用中，都能起到实际作用，而不仅仅是单纯的 参考作用。这就是动态测量构建的具体意义。 1.3从相对到绝对，从局面到全面，大地测量不仅局限于单纯的相对指标，而是发展成为绝对指标的代名词。 在曾经，大地的测量因为科技的不够全面，导致了其测量的维度是有限的， 只能在一定的范围内得出可以相对参考的数据，这些数据通常用处不大，只能起 到一定的参考和指示的作用。因此，可以说，在曾经的时代，是不具备一个完善 的大地测量技术的。但是随着空间大地测量技术的开启，对于大地的测量就是多 维度的，是全面的，也是绝对嘚能够在空间之中，对地球的位置进行监控，从而 了解地球的多数指标，对于地球是一种全面的监控。尤其是在地球运行的演示中，空间大地测量技术，能够更好的还原出地球的本貌，让数据更加的生动形象。 2大地测量数据的融合作用 2.1参数选择的原因 在曾经的大地测量中，由于测量数据过于死板，就导致一些都要依靠参数的 建立。这些参数的建立还存在着数据的不够全面，而且其变化规律也不够直观明显。因此，在建立参数图表的同时，科研人员存在着一定得片面性，导致所建立
第一章概论 1.大地测量学的基本体系：几何大地测量学、物理大地测量学、空间大地测量学 空间大地测量学主要研究利用自然天体或人造天体来精确测定点的位置，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。 2. 国家平面坐标系统实现过程主要工作 （1）国家平面控制网布设 （2）建立大地基准、确定全网起算数据 （3）控制网的起始方位角的求定 （4）控制网的起始边长的测定 （5）其它工作 3.传统大地测量常规方法的局限性 （1）测站间需保持通视：采用光电仪器，必须通视；需花费大量人力物力修建觇标；边长受限制；工作难度大、效率低。 （2）无法同时精确确定点的三维坐标：平面控制网和高程控制网是分别布设的；并且增加了工作量。 （3）观测受气候条件影响：雨天、黑夜、大雾、大风、能见度低时不宜测量。 （4）难以避免某些系统误差的影响：光学仪器的测量值会因为大气密度不同而受到不同的弯曲影响，地球引力由两极到赤道减小，大气密度变化也逐渐减小。 （5）难以建立地心坐标系：海洋区域无法布设大地控制网，陆地只能区域测量，建立区域参考椭球与区域大地水准面吻合；无法建立全球参考椭球。 4. 时代对大地测量提出的新要求 （1）要求提供更精确的地心坐标：空间技术和远程武器迅猛发展，要求地心坐标； （2）要求提供全球统一的坐标：全球化的航空、航海导航要求全球统一的坐标系统 （3）要求在长距离上进行高精度的测量：如研究全球性的地质构造运动、建立和维持全球的参考框架、不同坐标系间的联测等； （4）要求提供精确的（似）大地水准面差距：GNSS等空间定位技术逐步取代传统的经典大地测量技术成为布设全球性或区域性的大地控制网的主要手段；人们对高精度的、高分辨率的大地水准面差距N或高程异常的要求越来越迫切。 （5）要求高精度的高分辨率的地球重力场模型：精密定轨和轨道预报（尤其是低轨卫星）需要高精度的高分辨率的地球重力场模型来予以支持。 （6）要求出现一种全天候，更为快捷的、精确、简便的全新的大地测量方法。 5. 空间大地测量产生的可能性 （1）空间技术的发展：按需要设计卫星，并能精确控制姿态，精确测定卫星轨道并进行预报，为卫星定位技术的产生奠定了基础。 （2）计算机技术的发展：为大量资料的极其复杂的数学处理提供了可能性。 （3）现代电子技术，尤其是超大规模集成电路技术。 （4）其他技术：多路多址技术、编码技术、解码技术等通讯技术，信号和滤波理论；大气科学的发展。 6. 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，从而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。7. 空间大地测量的主要任务 一类是建立和维持各种坐标框架：
常规大地测量基本技术与方法 1、国家平面大地控制网建立的基本原理 大地测量学的基本任务之一，是在全国范围内建立高精度的大地测量控制网，以精密确定地面点的位置。确定地面点的位置，实质上是确定点位在某特定坐标系中的三维坐标，通常称其为三维大地测量。例如，全球卫星定位系统(GPS)就是直接求定地面点在地心坐标系中的三维坐标。传统的大地测量是把建立平面授制网和高程控制网分开进行的，分别以地球椭球面和大地水准面为参考面确定地面点的坐标和高程。因此，下面将分别进行介绍。 2、建立国家平面大地控制网的方法 2.1 常规大地测量法 2.1.1．三角测量法 1)网形 如下图所示，在地面上选定一系列点位1，2，…，使其构成三角形网状，观测的方向需通视，三角网的观测量是网中的全部(或大部分)方向值，由这些方向值可计算出三角形的各内角。 2)坐标计算原理 如果已知点1的坐标(2t，y1)，又精密地测量了点l至点2的边长3，z和坐标方位角01z，就可用三角形正弦定理依次推算出三角网中其他所有边长，各边的坐标方位角及各点的坐标。这些三角形的顶点称为三角点，又称大地点。把这种测量和计算工作称为三角测量。 3)三角网的元素三角网的元素是指网中的方向(或角度)、边长、方位和坐标。根据其来源的不同，以分为三类。①起算元素：已知的坐标、边长和已知的方位角，也称起算数据。②观测元素：三角网中观测的所有方向(或角度)。②推算元素：由起算元素和观测元素的平差值推算的三角网中其他边长、坐标方位角和各点的坐标。 2.2.2．导线测量法 在地面上选定相邻点间互相通视的一系列控制点A、B、C…，连接成一条折线形状(如图)，直接测定各边的边长和相互之间的角度。若已知A点的坐标(又d，y4)和一条边的方位角(例如AAJ边的方位角04“)，就可以推算出所有其他控制点的坐标。这些控制点称为导线点，把这种测量和计算工作称为导线测量。
第一章概论 1.测量学的基本体系：几何测量学、物理测量学、空间测量学 空间测量学主要研究利用自然天体或人造天体来精确测定点的位置，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。 2. 国家平面坐标系统实现过程主要工作 （1）国家平面控制网布设 （2）建立基准、确定全网起算数据 （3）控制网的起始方位角的求定 （4）控制网的起始边长的测定 （5）其它工作 3.传统测量常规方法的局限性 （1）测站间需保持通视：采用光电仪器，必须通视；需花费大量人力物力修建觇标；边长受限制；工作难度大、效率低。 （2）无法同时精确确定点的三维坐标：平面控制网和高程控制网是分别布设的；并且增加了工作量。 （3）观测受气候条件影响：雨天、黑夜、大雾、大风、能见度低时不宜测量。 （4）难以避免某些系统误差的影响：光学仪器的测量值会因为大气密度不同而受到不同的弯曲影响，地球引力由两极到赤道减小，大气密度变化也逐渐减小。 （5）难以建立地心坐标系：海洋区域无法布设控制网，陆地只能区域测量，建立区域参考椭球与区域水准面吻合；无法建立全球参考椭球。 4. 时代对测量提出的新要求 （1）要求提供更精确的地心坐标：空间技术和远程武器迅猛发展，要求地心坐标； （2）要求提供全球统一的坐标：全球化的航空、航海导航要求全球统一的坐标系统 （3）要求在长距离上进行高精度的测量：如研究全球性的地质构造运动、建立和维持全球的参考框架、不同坐标系间的联测等； （4）要求提供精确的（似）水准面差距：GNSS等空间定位技术逐步取代传统的经典测量技术成为布设全球性或区域性的控制网的主要手段；人们对高精度的、高分辨率的水准面差距N或高程异常的要求越来越迫切。 （5）要求高精度的高分辨率的地球重力场模型：精密定轨和轨道预报（尤其是低轨卫星）需要高精度的高分辨率的地球重力场模型来予以支持。 （6）要求出现一种全天候，更为快捷的、精确、简便的全新的测量方法。 5. 空间测量产生的可能性 （1）空间技术的发展：按需要设计卫星，并能精确控制姿态，精确测定卫星轨道并进行预报，为卫星定位技术的产生奠定了基础。 （2）计算机技术的发展：为大量资料的极其复杂的数学处理提供了可能性。 （3）现代电子技术，尤其是超大规模集成电路技术。 （4）其他技术：多路多址技术、编码技术、解码技术等通讯技术，信号和滤波理论；大气科学的发展。 6. 空间测量学 利用自然天体或人造天体来精确测定测点的位置，从而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)称为空间测量学。 7. 空间测量的主要任务 一类是建立和维持各种坐标框架：
浅析GPS技术在大地测量中的应用 GPS定位技术由于其测量的准确性、快速性、便于移动性、方便快捷性在大地测量方面有广泛的应用。大地测量不仅是对物体所在空间的测量，其中还需要很多测量学的知识，而GPS定位技术即可解决这类问题。GPS定位技术在日常生活中也被广泛应用，为生活提供了很多便利。文章主要对GPS技术的简述、特点说明及其在大地测量方面的具体应用进行分析，仅供以后该方面研究提供参考。 标签：GPS技术；大地测量；特点；应用 大地测量包括确定地面点位、地球的宏观大小及测量地球重力场。内容包括三角测量、精密导线测量、卫星大地测量、重力测量和大地测量的有关计算等。一般在大地测量学的任务上是通过精密导线、三角测量等方法建立有关水平控制网，来提供水平的大地位置。近些年由于GPS技术测量的准确性、快速性、便于移动性、方便快捷性在大地测量方面有广泛的应用，且几乎可以代替传统的几何和物理测量法。 1 GPS技术的简述 GPS是英文Global Positioning System即全球定位系统的简称。GPS最初是由美国研制出的一种全天候、高精度的全球卫星定位导航系统，主要满足于全球所有地方的军事使用，可以准确的确定三维的位置、动态和时间等等。这使得卫星通信技术与导航结合起来，在很大程度上提高了全社会的信息交流水平，并且有效地推动了互联网经济的发展。 GPS系统的空间卫星部分由24颗卫星组成，其巧妙的布局保证了GPS定位的准确性。地面观测部分主要由三方面组成，有主控、地面天线处和监测站。主控站即起到主要控制调整作用，其位于美国的空军基地，是对整个地球表面监控系统的管理和技术中心。监测站则是采集主要数据，包括GPS卫星数据和监测站位置的环境数据，发送给主控站。用户部分主要为GPS接收机，主要作用是利用GPS卫星传来的信息来计算用户当时所在的三维位置和时间等。 2 GPS技术在大地测量中的特点 2.1 GPS技术测量的精准性 GPS定位系统最重要的特点就是精准性，且其可以根据不同的测量精度、不同的作业方式进行调整。在大地测量控制网中，各个测量点都可以直接从GPS 发出的讯号中获得三维定位的准确信息。在控制网中每个网点之间不会出现积累误差或逐点计算的情况。 2.2 仪器操作简单方便
VLBI空间大地测量技术原理简介与技术应用 摘要：深长基线干涉测量(VLBI)是重要的空间大地测量技术，本文主要简要介绍了VLBI的大地测量原理，以及VLBI在大地测量方面的一些应用。 关键词：VLBI 1.前言 空间大地测量在近20多年中获得了长足的发展，以VLBI、SLR、GPS、LLRDORIS 等为主要标志的空间测量技术大大推动了大地测量学的发展，也大大富了大地测量学，特别是空间大地测量学的研究内容。这些手段的应用将大加强大地测量控制网的强度和可靠性，尤其是在大尺度范围内，可大大改善度系统误差和其它系统误差的积累。VLBI极高的相对精度和分辨率，大大提高了如大地测量定位、参考框架的连接、地球自转和极移监测、估计地壳运动和绘制河外射电源图像等许多任务的精度水平。 2. VLBI大地测量原理 甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry，VLBI )是本世纪六十年代末发展起来的一种全新的空间大地测量技术，它通过测定来自河外射电源的信号在两个接收天线之间的传播延时来精确求定地面点间的相对位置。VLBI 测量的几何原理如下图所示： 图2-1 VLBI几何原理图 射电源辐射出的电磁波通过地球大气到达地面，由基线两端的天线接收。由于地球自转，电磁波的波前到达两个天线的几何程差(除以光速就是时间延迟差)是不断改变的。两路信号相关的结果就得到干涉条纹。天线输出的信号进行低噪
声高频放大后，经变频相继转换为中频信号和视频信号。 由于两天线到某一射电源的距离不同，有一路程差L ，则射电信号的同一波前到达两天线的时间也不相同，有一时间延迟g τ根据图2-1的几何关系： g C L τ?= （1） 其中C 为真空中的光速。 若设_B 为天线1到天线2的基线矢量，K 为被观测的射电源方向的单位矢量，则有： ??? ???-=-K B C g 1τ （2） 其对时间的倒数即为延迟率： ??? ?????-=-K B t C g 1.τ （3） 式(2)就是VLBI 从纯几何关系出发推出的时间延迟(几何延迟)。而实际 上，由于基线矢量随着地球自转在不断变化，射电源与测站之间也不是理想的 真空，在实际观测值中不可被免地包含了其它成份，因此vLBI 观测到的延迟 和延迟率比(2)、(3)式复杂的多，它们可以表示为: ++++=p i c g τττττ （4） ++++=p i c g .....τττττ （5） 式中c τ为两测站时钟的同步误差，i τ为两测站由于放大器、馈源、混濒 器等的不同而引起的时间延迟，p τ为大气层、电离层、行星之间等离子体等 引起的传播介质延迟。上述公式中与天线有关的参数都是在地心天球坐标系中描述的但这些通常是在地球坐标系给出的，所以必须通过必要的坐标旋转将它们转
空间大地测量的应用 摘要通过学习空间大地测量学的课程，结合空间大地各项技术的最新成果与进展，系统介绍了目前空间大地测量的各项技术在各领域的应用。 关键字空间大地测量；应用；大地测量技术 分类号 近年来，随着VLBI技术和卫星导航技术的飞速发展，大地测量学经历了一场划时代的革命性的变革，克服了传统的经典大地测量学的时空局限，进入了以空间大地测量为主的现代大地测量的新阶段。空间大地测量所求得的点位精度、地球定向参数（极移、日长变化等）的精度、地球重力场模型的精度和分辨率比以前都有了极大的提高。空间大地测量已经成为建立和维持地球参考框架、测定地球定向参数、研究地壳形变与各种地球动力学现象、监测地质灾害的主要手段之一，并渗透到人类的生产、生活、科研和各种经济活动中，从而使大地测量处于地球科学多种分支学科的交汇边缘，成为推动地球科学发展的前沿学科之一，加强了大地测量学在地球科学中的战略地位。 利用自然天体或人造天体的来精确测定点的位置，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称为空间大地测量学。随着空间大地测量成为实现大地测量学科各类目标的主要技术手段, 正主导着学科未来的发展方向和科学地位, 目前正向更高的水平发展。空间大地测量技术除了卫星重力探测技术(卫星测高、卫星跟踪卫星和卫星重力梯度测量)以外,主要包括全球定位系统(G P S) 、甚长基线干涉测量(VLB I) 和激光测距(L R ) (包括卫星激光测距(S L R )和激光测月技术(L L R ) )。 （一）空间大地测量在卫星重力探测技术方面的应用 地球重力场的研究始终是大地测量学科发展最活跃的领域之一。人类认识地球重力场的水平不仅取决于在全球范围内测定重力和探测重力场信息的技术发展水平, 而且还取决于确定地球重力场的理论发展水平。目前进行重力探测的方法主要有地面重力测量、卫星重力测量和航空重力测量。 地面重力测量仍然是获取高精度、高分辨率重力数据的手段之一。主要是采用各种
大地测量学 大地测量学，又称为测地学。根据德国著名大地测量学家F.R. Helmert的经典定义，大地测量学是一门量测和描绘地球表面的科学。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。它也包括确定地球重力场和海底地形，是测绘学的一个分支。英文解释：A subdivision of geophysics which includes determination of the size and shape of the earth, the earth`s gravitational field, and the location of points fixed to the earth`s crust in an earth-referred coordinate system. (Source: MGH)" 简介编辑 大地测量学是测绘学的一个分支。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。 大地测量工作是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。 任务编辑 它的基本任务是研究全球，建立与时相依的地球参考坐标框架，研究地球形状及其外部重力场的理论与方法，研究描述极移固体潮及地壳运动等地球动力学问题，研究高精度定位理论与方法。 测地学 测地学 确定地球形状及其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，研究地壳形变（包括地壳垂直升降及水平位移），测定极移以及海洋水面地形及其变化等。·研究月球及太阳系行星的形状及其重力场。 建立和维持具有高科技水平的国家和全球的天文大地水平控制网和精密水准网以及海洋大地控制网，以满足国民经济和国防建设的需要。 研究为获得高精度测量成果的仪器和方法等。 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。 研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网及其联合网的数学处理的理论和方法，测量数据库建立及应用等。 分支编辑 几何大地测量学亦即天文大地测量学：它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。 物理大地测量学也称理论大地测量学：它的基本任务是用物理方法（重力测量）确定地球形状及其外部重力场。
《空间大地测量学》思考题 1. 简述天球坐标系与地球坐标系的区别。 答：天球坐标系：不随地球自转的地心坐标系，是空间固定坐标系，用于对卫星位置描述。 地球坐标系：与地球固联的地心坐标系，用于描述用户空间位置。也就是把地球视为理想球体，以其旋转轴两极的最短球面连线为经线，垂直于经线的是纬线形成的角度坐标系。 二者区别：天球坐标是天文用的，地球坐标是地理用的；天球坐标能描述星体相对于地球的角度位置，地球坐标只描述物体在地球表面的位置。 它们都是角坐标系，但是地球坐标是以地球表面为球面的，是有半径的；而天球坐标半径无关，只要是某一球面即可 2. 试述历元天球坐标系到协议地球坐标系的转换过程。 答：（1）岁差旋转变换 ZM （t0)表示历元J2000.0年平天球坐标系z 轴指向，ZM （t ）表示所论历元时刻t 真天球坐标系z 轴指向。两个坐标系间的变换式为： )()(0)()()(t M A z A y A z t M z y x R R Z R z y x ??????????--=??????????ξθ 式中：ζ A ，θA ，ZA 为岁差参数。 （2）章动旋转变换 类似地有章动旋转变换式： )()()()()(t M x z x t c z y x R R R z y x ??? ????????-?--=??????????εψεε 式中：ε为所论历元的平黄赤交角，⊿ψ，⊿ε分别为黄经章动和交角章动参数。 （3）瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系的转换关系为： ct G z et z y x R z y x ??? ???????=??????????)(θ 下标et 表示对应t 时刻的瞬时极地球坐标系，ct 表示对应t 时刻的瞬时极天球坐标系。θG 为对应平格林尼治子午面的真春分点时角。
第一章绪论 1.什么就是空间大地测量学 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与方法(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与承担的具体任务很多,但归纳起来大体上可分为两类: 一类就是建立与维持各种坐标框架; ①建立与维持地球参考框架 A:建立与维持全球性参考框架 B:建立与维持区域性的地球参考框架 ②建立与维持国际天球参考框架 目前国际天球参考框架ICRF就是由IERS利用VLBI技术所测定的河外射电源的方向来判断与维持的;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,于就是精确测定ITRS与GCRS间的转换参数就是空间大地测量的一项主要任务。 一类就是确定地球重力场。 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-低模式与低-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 由于平面控制网与高程控制网就是分别布设的 (1)点的平面位置就是由椭球面为基准面通过三角测量、导线测量得到 (2)点的高程就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。这种情况对分析与进一步测量带来困难。 ③观测受气候条件的影响
关于大地测量技术的探讨分析 发表时间：2015-01-19T09:43:06.347Z 来源：《工程管理前沿》2015年第1期供稿作者：高永鸿[导读] 大地测量是指测定以地球椭球面为参考的地面点的位置，是指测定地球椭球的大小。高永鸿 伊犁花城勘测设计研究有限责任公司新疆伊犁 835000 摘要：当前测量技术广泛应用在建设和管理方面。伴随随着社会经济的发展，测量技术也会相应的随着提高，同时人们的生活水平也会随着测量技术的发展得到改善。而空间及卫星定位技术的迅猛增长，大地测量技术尤其是空间大地测量技术也得到了相应的发展。本文首先阐述了GPS测量技术工作原理，对GPS测量技术与大地测量技术的应用进行了探讨分析，以供参考。 关键词：测量技术；空间大地测量大地测量是指测定以地球椭球面为参考的地面点的位置，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。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。大地测量学具有测绘学科的基础学科性质，工程测量学是测绘学科在国民经济和国防建设中的直接应用。大地测量学与工程学科就是这两个二级学科的基础理论和实际应用的相互结合与交融。 一、GPS测量技术工作原理在GPS测量中，卫星主要被作为位置已知的空间观测目标.从而形成了不需要地面点的后方交会.每台接收机都是一个独立的控制点.经过接受到的数据解算出点的经纬坐标（WGS一84）.在多台接收机同时接收数据便形成了很多三角网形参与平差解算。自由网无约束平差解算出WGS一84坐标.然后把己知的控制点进行约束平差得到BJ一54坐标。考虑到测区的实际情况.选多于4台GPS接收机为一套设备，以两台仪器为一组.成对布设CPS点。在组成良好网形的前提下.每一对GPS点必须通视良好.其间距一般500米左右。以便于以后作为全站仪导线点的起始点。GPS联测和高等级导线采用软件平差解算。在做较长距离导线时就会产生投影变形.投影变形处理与否将直接影响整个控制网精度是否达到要求。 二、GPS测量技术与大地测量技术的应用GPS测量方法相对于经典测量学说，GPS定位技术具有观测点之间无需通视、定位精度高、观测时间短、提供三维坐标、操作简便以及全天候作业等主要特点。使其可以更好应用于下列实际工作中：1、绘制大比例尺地形图。公路选线多是在大比例尺（1∶1000或1∶2000）带状地形图上进行。用传统方法测图，先要建立控制点，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图。这种方法工作量大，速度慢，花费时间长。用实时GPS动态测量可以完全克服这个缺点，只需在沿线每个碎部点上停留一两分钟，即可获得每点的坐标、高程。结合输入的点特征编码及属性信息，构成带状所有碎部点的数据，在室内即可用绘图软件成图。由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性息，而且采集速度快，因此大大降低了测图难度。 2、公路中线放样。设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将公路中线在地面上标定出来。采用实时GPS测量，只需将中桩点坐标输入到GPS电子手簿中，系统软件就会自动定出放样点的点位。由于每个点测量都是独立完成的，不会产生累计误差，各点放样精度趋于一致。公路路线主要是由直线、缓和曲线、圆曲线构成。放样时，只要先输入各主点桩号（ZH、HY、QZ、YH、HZ），然后输入起终点的方位角a 、a，直线段距离D1、D2，缓和曲线长度L 、L ，圆曲线半径R，即可进行放样操作。这种方法简单实用，比起传统的弦线拨角法要快速得多。 3、公路的横、纵断面放样和土石方数量计算。①纵断面放样时，先把需要放样的数据输入到电子手簿中（如：各变坡点桩号、直线正负坡度值、竖曲线半径），生成一个施工测设放样点文件，并储存起来，随时可以到现场放样测设。②横断面放样时，先确定出横断面形式（填、挖、半填半挖），然后把横断面设计数据输入到电子手簿中（如边坡坡度、路肩宽度、路幅宽度、超高、加宽、设计高），生成一个施工测设放样点文件，储存起来，并随时可以到现场放样测设。同时软件可以自动与地面线衔接进行“戴帽”工作，并利用"断面法"进行土石方数量计算。通过绘图软件，可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图。因为所用数据都是测绘地形图时采集而来的，不需要到现场进行纵、横断面测量，大大减少了外业工作。必要时可用动态GPS到现场检测复合，这与传统方法相比，既经济又实用，前景又广阔。 4、桥梁结构放样。对于在江河上修建的大跨径桥梁，采用传统光学仪器和全站仪来定位是比较困难的，因为江面过宽、雾气较大，易造成仪器读数误差。另外，天气情况变化多端、观测浮标位置飘浮不定，影响定位精度。但GPS采用的是空间三点后方距离交会法原理来定位，不受江面外界情况干扰，点与点之间不要求通视，大大提高了作业效率。它的平面坐标定位精度在5mm±1ppm左右，基线长度有几米到几十公里，符合桥梁控制网的精度要求。 三、现代大地测量学的特征 1、从静态大地测量发展到动态大地测量。传统的大地测量只能测出静态刚性地球假设下的地面点坐标和地球重力值，而现代的大地测量技术可以测到非刚性（弹性、流变性等）地球表面点以及重力场元素随时间的变化； 2、从在空间几何描述地球发展到物理―几何空间描述地球。传统的大地测量技术任务是测定地球椭球的几何参数和地球椭球在地球体内的定位，而这些只是在几何空间中描述地球，但现代大地测量技术是在物理―几何空间中描绘地球的参数的； 3、从局部参考坐标系中的地区性（相对）大地测量发展到统一地心坐标系中的全球性（绝对）大地测量。传统的大地测量受仪器的限制，而现代大地测量从由于空间尺度的扩大，可以建立全球统一的地心坐标系，并且将全球各个局部大地参考系纳入到这个全球统一的参考系中，测定地面点在其中的绝对坐标； 4、从多维式大地测量发展到整体三维大地测量。传统大地测量技术主要是采用光学仪器为基础，进行地面的距离、角度高度和重力等方面的多种测量，而现在可以采用空间大地测量直接测定相对于地球质心的三维绝对位置； 5、地球表面的大地测量到发展到地球内部物质结构的大地测量反演。传统的大地测量只限于在地球表面进行位置和地球外部重力场的测定，而现代大地测量中以空间大地测量为标志的大地变形测量技术不论在测量的空间尺度上还是精度水平都已经有能力监测地球动力学过程产生的运动状态和物理场的微变化。结束语
空间大地测量学::利用自然天体或人造天体精确确定点的位置，确定地球的形状，大小，外部重力场，以及他们随时间的变化状况的一整套理论和方法 空间大地测量两个要素; 1, 必须利用空间的自然天体或人造天体所发出的信号来进行观测或将他们作为观测目标 2，所做的工作必须属于大地测量的范畴，如精确测定点的坐标及其变化率，确定地球重力场及其变化，确定地球的运动和相关参数。 空间大地测量的主要任务：大体分为两类：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（1）建立和维持全球性的地球参考框架，（2）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 3，测定地球定向参数。一类是确定地球重力场。空间大地测量技术：VLBI，激光测月（SLR），GPS（GNSS），DORIS，利用卫星轨道摄动反演地球重力场，卫星测高，卫星跟踪卫星，卫星重力梯度测量 时间间隔：事物运动处于两个状态之间所经历的时间过程，它描述了事物运动在时间上的连续状态时刻：发生某一现象的时间 时间基准：时间测量的一个标准的公共尺度。 时间的起算基准和尺度基准一起决定事件发生的时刻 时间的尺度基准决定两事件之间的时间间隔，也就是决定时段 时间基准的条件：1 。运动是连续的、周期性的 2，运动周期必须稳定 3，运动周期必须具有复现性，即要求在任何时间和地点都可以通过观测和试验来复现这种周期运动 时间基准有三种：1 地球自转（建立世界时） 2，行星绕太阳公转（历书时） 3，电子，原子的谐波振荡（原子时） 4，脉冲星发射周期性脉冲信号（脉冲星时） 守时系统：被用来建立和维持时间频率基准，确定任一时刻的时间 方法：通过时间频率测量和比对技术来评价和维持该系统的不同时钟的稳定度和准确度，并据此给予不同的权重，以便用多台钟来共同建立和维持时间系统的框架 授时：通过授时设施（电话网络无线电，电视，专用长波和短波电台和卫星等）向用户传递准确的时间信息和频率信息 时钟的主要技术指标：1 频率准确度，振荡器所产生的实际震荡频率与其理论值得相对偏差 2 ，频率漂移率频率准确度在单位时间内的变化量 3，频率稳定度（反映时钟质量的最主要的技术指标）频标在一定的时间间隔内所输出的平均频率的随机变化程度 频率准确度和频漂反映了钟的系统误差。频率稳定度反映了随机误差 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 恒星时：以春分点作为参考点，春分点连续两次经过地方上子午圈的时间间隔为一个恒星日，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 恒星时分为真恒星时和平恒星时，真恒星时也即真春分点的地方时角，LAST。平恒星时，LMST 真太阳时：以太阳中心作为参考点。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；再均匀分割为小时、分、秒。大小相当于太阳中心相对于本地子午圈的时角真太阳时不均匀原因：1，地球围绕太阳的轨道为椭圆，近地点角速度大远地点小， 2 ，黄道在赤道上的投影不均匀。 建立平太阳时的原因：由于真太阳时的缺陷，建立以平太阳视运动为基准的平太阳时 平太阳：建立假太阳，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，等于真太阳时的平均角速度，假太阳称为平太阳 平太阳：以地球自转为基础，以平太阳中心作为参考点所建立的时间系统 民用时：将平太阳时的起始点从平正午移到平子夜的平太阳时 世界时（UT）：将格林尼治零子午线处的民用时 世界时是以地球自转为基础的，而地球自转轴在地球的内部位置在变化，即存在极移现象，地球自转速度不均匀，不严格满足建立时间系统的基本条件.广泛应用于天文学和人们日常生活，但因为不均匀，无法应用于高科技，高精度的领域 未经任何改正的世界时 UT0，经过极移改正Δ入，的UT1，经过极移和地球自转速度的季节性改正ΔTs, UT2
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。
大地测量学与测量工程(081601)学科门类：工学(08) 一级学科：测绘科学与技术(0816) 河海大学“大地测量学与测量工程”硕士点于1993年设置。学科研究高精度测绘理论和方法、现代测绘技术在工程建设中的联合应用、工程测量的自动化与智能化、大型工程测试理论与监测技术、安全监控信息管理系统及专家评判系统、卫星精密导航与定位技术、“3S”技术集成和应用等。学科在精密工程测量、变形监测、“3S”集成技术等方向形成了自己的特色，在国内外具有较高的知名度。近五年学科承担了众多科研项目，包括国家自然科学基金项目5项、部省级基金项目8项、国家“十一五”计划支撑项目1项。承担国家重大工程建设项目20多项。获得国家科技进步奖1项，部省级科技进步奖11项，国家发明及实用新型专利4项。本学科现有教学及科研人员约20人，其中教授5人，副教授及高级实验师12人，师资队伍学缘结构优良。依托工程测量、国土信息工程等教研室，以及测绘工程实验室、水利建设“3S”技术应用联合实验室（与香港理工大学共建）、卫星及空间信息应用研究所等，学科具有良好的科研及研究生培养环境。实验室配备了先进的测量仪器与设备，购置有多种相应的开发平台软件。毕业生的主要就业方向为各类设计院、科研机构、高等院校以及国土、城建、规划等政府相关部门。 一、培养目标 培养测绘领域的高层次人才，能够胜任科学研究、高等教育、大型工程建设及技术研发与管理等方面工作。具有扎实的大地测量学与测量工程的基础理论，掌握测绘学科理论与技术研究的前沿动态；具备从事科学研究的基本素质和独立承担专业工作的技术能力，具有综合运用学科理论和技术解决生产与科研问题的能力。 二、主要研究方向 1、精密工程测量 2、变形监测与安全评价 3、卫星导航与定位 4、测量误差理论与数据处理 5、“3S”技术集成与应用 三、学制和学分 攻读硕士学位的标准学制为2.5年，学习年限实行弹性学制，最短不低于2年，最长不超过3.5年（非全日制学生可延长1年）。硕士研究生课程由学位课程、非学位课程和研究环节组成。硕士研究生课程总学分不少于32学分，其中学位课程不少于18学分，非学位课程不少于9学分，研究环节5学分。 四、课程设置