测地卫星

人造地球卫星

测地卫星是一种专门用于大地测量的人造地球卫星，是太空的“测绘员” 测地卫星用于测定地面点位坐标、地球形体和地球引力场参数，属卫星测地系统的空间部分，可作为地面观测设备的观测目标或定位基准。

简介

测地卫星（geodetic satellite）：专门用于大地测量的人造地球卫星。卫星测地系统的空间部分，可以作为地面观测设备的观测目标或定位基准。测地卫星可精确测定地球上任意点的坐标、地球形体和地球引力场参数。测地卫星按是否载有专用测地系统分为主动测地卫星和被动测地卫星；按测地任务和方法分为几何学测地卫星和动力学测地卫星。测地卫星为大地测量学的发展开辟了新的途径，促进空间大地测量学发展成为一门独立的分支学科。美国、前苏联/俄罗斯、法国等国家相继发射了专用的测地卫星。

发射记录

1962年10月美国发射的安娜1B第一颗专用测地卫星。该卫星上安装有闪光灯、多普勒信标机和雷达应答机。此后相继发射了西可尔卫星系列、测地卫星系列、激光地球动力学卫星（LAGEOS）。苏联也发射了多颗测地卫星，混编在宇宙号卫星系列中。法国发射调音号、王冠号、佩奥利号、激光测地卫星等。这些测地卫星的成果为大地测量学的发展开辟了新的前景，促成了空间大地测量学这一新的学科分支。其主要贡献是：①提供了在全球范围内进行大地联测的全球统一地心坐标系；②人造卫星轨道运动反映了地球引力场的各种摄动，通过长期观测可精确测定地球引力场参数；③用卫星进行大地联测，基线长达数千千米，因此控制点位的定位精度比常规大地测量网的精度高一个数量级；④测地卫星还可用来测量平均海平面高度的变化，研究地壳运动和大陆漂移，并能预测地震和海啸等。美国70年代初发射的测地卫星对地面点的定位精度优于10米，大地水准面测量精度±1米。

外形及组成

测地卫星的外形一般选择球形，以降低对控制的要求，使大气阻力等摄动的计算变得简单准确。测地卫星外表面的金属材料须经过光亮阳极化处理，非金属材料则采用薄膜真空镀铝，以便能反射阳光和电波。测地卫星的专用系统包括由多个闪光灯组成的光信标灯，作为地球观测站进行空间三角测量的观测目标；由多块光学玻璃组成的激光反射器，作为地面激光测距系统的空间目标；由高稳定度晶体振荡器和多个发射机组成的多普勒信标机，供地面多普勒测速定位；其他测地设备有用于NICK和测速的雷达应答机和用于测量卫星到海面高度的雷达测高仪等。

分类

按照卫星上是否载有专用测地系统分类，测地卫星分为主动测地卫星和被动测地卫星，除气球卫星属被动测地卫星外，其他各类测地卫星大多是主动测地卫星。按照测地任务和方法分类，测地卫星可分为几何学测地卫星和动力学测地卫星。几何学测地是把卫星作为地面各个观测站的中间控制点，通过同步观测和空间三角测量按照统一的全球测地数据，进行跨洲跨洋的全球大地联测，建立高精度的全球大地控制点网；或者把卫星作为定位基准，确定控制点位的精确坐标、地球形状和大小。动力学测地是利用已知卫星轨道参数或卫星瞬时坐标，根据轨道摄动理论获得地球引力场参数，定出观测站点位的地心坐标。

技术特点

测地卫星有以下技术特点：

轨道

测地卫星一般采用一千千米到数千千米的近圆形极轨道，其中动力学测地卫星采用一组具有不同倾角的轨道。若轨道太高则对多普勒、激光和无线电测距不利。采用不同倾角的轨道可以获得全球性引力场异常及其变化数据，从而提高对地球引力场参数和地球形体的测定精度。装有多普勒信标机等多种测地设备的测地卫星，轨道高度为1000km～2000krn；以雷达应答机为主要手段的测地卫星高度为1000km-4000km；气球测地卫星和激光测地卫星的高度是4000km-6000km。

控制

测地卫星对姿态控制要求不高，一般采用被动式重力梯度稳定和自旋稳定。

结构

测地卫星外形一般呈球形，以降低对控制的要求，使大气阻力等摄动的计算变得简单准确。其外表面的金属材料须经光亮阳极化处理，非金属材料则须薄膜真空镀铝，以便能反射阳光和电波。

专用系统

星上专用系统有以下几种类型：由多个闪光灯组成的光信标灯，作为地球观测站进行空间三角测量的观测目标；由多块光学玻璃组成的激光反射器，作为地面激光测距系统的空间目标；由高稳定度晶体振荡器和多个发射机组成的多普勒信标机，供地面多普勒测速定位。其他测地设备有雷达应答机(用于测速和测距)和雷达测高仪(用于测量卫星到海面高度)等。

型号举例

地理星

1962年10月31日，美国发射了世界上第一颗专用测地卫星“安娜”号卫星。后来，美国又相继发射了13颗“西科尔”测地卫星。美国约翰·霍普金斯大学研制了3颗多用途测地卫星“地理星”。

“地理星”号测地卫星的主人是美国海军。美国海军的航空母舰、飞机、潜艇、导弹、火炮每时每刻都需要测量卫星的支持。卫星装备了雷达测高仪、激光系统和多普勒系统。雷达测高仪能测量从卫星到海面的距离，相对精度约5厘米。先进的仪器通过测量大地水准面和地球海面的位置和高度及重力场反演计算，就能计算出各种地理数据信息。

“地理星”号卫星能科学、精确地计算重复轨道。卫星在地球轨道上经过17.05天的运行，将回到同一点。卫星通过推力机动系统的积极控制，确保飞行精度在1千米的预定轨道上。在这种方式下，卫星可以沿地面跟踪站位置，进行长期变化观察。

激光地球动力学卫星

美国的“激光地球动力学卫星”(Lageos)分别于1976年和1992年发射了两颗。其主要任务是验证与地震有关的一些课题：测定地球板块运动；测量地球自转和极移；考察地震发生的机制；观测陆潮与地球的关系；为评定大陆漂移学说提供资料；作为精确测地的恒定参考点。它们分别长期保持在高度为5800km、倾角110°和5843km、倾角52°的较为稳定的圆轨道上，可对引起地震的微小地壳运动进行测量。

卫星为铝制球形体，直径0.6m、质量410kg。卫星表面装有426块激光反射镜，它的测距精度达到厘米级。因此，激光测地卫星可用于测定地球板块运动，测量地球自转和极移，测量地震和地下核试验所引起的微小地壳运动，以及地球引力场。有10余个国家参加了全球动力学观测研究，各地震多发国家已相继建立起激光跟踪站。

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