測地衛星

測地衛星是一種專門用於大地測量的人造地球衛星，是太空的“測繪員” 測地衛星用於測定地麵點位坐標、地球形體和地球引力場參數，屬衛星測地系統的空間部分，可作為地面觀測設備的觀測目標或定位基準。

基本介紹

• 中文名：測地衛星
• 外文名：geodetic satellite
• 所屬領域：航天
• 分類：主動、被動
• 型號舉例：地理星
• 用途：用於大地測量

簡介

測地衛星（geodetic satellite）：專門用於大地測量的人造地球衛星。衛星測地系統的空間部分，可以作為地面觀測設備的觀測目標或定位基準。測地衛星可精確測定地球上任意點的坐標、地球形體和地球引力場參數。測地衛星按是否載有專用測地系統分為主動測地衛星和被動測地衛星；按測地任務和方法分為幾何學測地衛星和動力學測地衛星。測地衛星為大地測量學的發展開闢了新的途徑，促進空間大地測量學發展成為一門獨立的分支學科。美國、前蘇聯/俄羅斯、法國等國家相繼發射了專用的測地衛星。

發射記錄

1962年10月美國發射的安娜1B第一顆專用測地衛星。該衛星上安裝有閃光燈、都卜勒信標機和雷達應答機。此後相繼發射了西可爾衛星系列、測地衛星系列、雷射地球動力學衛星（LAGEOS）。蘇聯也發射了多顆測地衛星，混編在宇宙號衛星系列中。法國發射調音號、王冠號、佩奧利號、雷射測地衛星等。這些測地衛星的成果為大地測量學的發展開闢了新的前景，促成了空間大地測量學這一新的學科分支。其主要貢獻是：①提供了在全球範圍內進行大地聯測的全球統一地心坐標系；②人造衛星軌道運動反映了地球引力場的各種攝動，通過長期觀測可精確測定地球引力場參數；③用衛星進行大地聯測，基線長達數千千米，因此控制點位的定位精度比常規大地測量網的精度高一個數量級；④測地衛星還可用來測量平均海平面高度的變化，研究地殼運動和大陸漂移，並能預測地震和海嘯等。美國70年代初發射的測地衛星對地麵點的定位精度優於10米，大地水準面測量精度±1米。

外形及組成

測地衛星的外形一般選擇球形，以降低對控制的要求，使大氣阻力等攝動的計算變得簡單準確。測地衛星外表面的金屬材料須經過光亮陽極化處理，非金屬材料則採用薄膜真空鍍鋁，以便能反射陽光和電波。測地衛星的專用系統包括由多個閃光燈組成的光信標燈，作為地球觀測站進行空間三角測量的觀測目標；由多塊光學玻璃組成的雷射反射器，作為地面雷射測距系統的空間目標；由高穩定度晶體振盪器和多個發射機組成的都卜勒信標機，供地面都卜勒測速定位；其他測地設備有用於NICK和測速的雷達應答機和用於測量衛星到海面高度的雷達測高儀等。

分類

按照衛星上是否載有專用測地系統分類，測地衛星分為主動測地衛星和被動測地衛星，除氣球衛星屬被動測地衛星外，其他各類測地衛星大多是主動測地衛星。按照測地任務和方法分類，測地衛星可分為幾何學測地衛星和動力學測地衛星。幾何學測地是把衛星作為地面各個觀測站的中間控制點，通過同步觀測和空間三角測量按照統一的全球測地數據，進行跨洲跨洋的全球大地聯測，建立高精度的全球大地控制點網；或者把衛星作為定位基準，確定控制點位的精確坐標、地球形狀和大小。動力學測地是利用已知衛星軌道參數或衛星瞬時坐標，根據軌道攝動理論獲得地球引力場參數，定出觀測站點位的地心坐標。

技術特點

測地衛星有以下技術特點：

軌道

測地衛星一般採用一千千米到數千千米的近圓形極軌道，其中動力學測地衛星採用一組具有不同傾角的軌道。若軌道太高則對都卜勒、雷射和無線電測距不利。採用不同傾角的軌道可以獲得全球性引力場異常及其變化數據，從而提高對地球引力場參數和地球形體的測定精度。裝有都卜勒信標機等多種測地設備的測地衛星，軌道高度為1000km～2000krn；以雷達應答機為主要手段的測地衛星高度為1000km-4000km；氣球測地衛星和雷射測地衛星的高度是4000km-6000km。

控制

測地衛星對姿態控制要求不高，一般採用被動式重力梯度穩定和自旋穩定。

結構

測地衛星外形一般呈球形，以降低對控制的要求，使大氣阻力等攝動的計算變得簡單準確。其外表面的金屬材料須經光亮陽極化處理，非金屬材料則須薄膜真空鍍鋁，以便能反射陽光和電波。

專用系統

星上專用系統有以下幾種類型：由多個閃光燈組成的光信標燈，作為地球觀測站進行空間三角測量的觀測目標；由多塊光學玻璃組成的雷射反射器，作為地面雷射測距系統的空間目標；由高穩定度晶體振盪器和多個發射機組成的都卜勒信標機，供地面都卜勒測速定位。其他測地設備有雷達應答機(用於測速和測距)和雷達測高儀(用於測量衛星到海面高度)等。

型號舉例

地理星

1962年10月31日，美國發射了世界上第一顆專用測地衛星“安娜”號衛星。後來，美國又相繼發射了13顆“西科爾”測地衛星。美國約翰·霍普金斯大學研製了3顆多用途測地衛星“地理星”。

“地理星”號測地衛星的主人是美國海軍。美國海軍的航空母艦、飛機、潛艇、飛彈、火炮每時每刻都需要測量衛星的支持。衛星裝備了雷達測高儀、雷射系統和都卜勒系統。雷達測高儀能測量從衛星到海面的距離，相對精度約5厘米。先進的儀器通過測量大地水準面和地球海面的位置和高度及重力場反演計算，就能計算出各種地理數據信息。

“地理星”號衛星能科學、精確地計算重複軌道。衛星在地球軌道上經過17.05天的運行，將回到同一點。衛星通過推力機動系統的積極控制，確保飛行精度在1千米的預定軌道上。在這種方式下，衛星可以沿地面跟蹤站位置，進行長期變化觀察。

雷射地球動力學衛星

美國的“雷射地球動力學衛星”(Lageos)分別於1976年和1992年發射了兩顆。其主要任務是驗證與地震有關的一些課題：測定地球板塊運動；測量地球自轉和極移；考察地震發生的機制；觀測陸潮與地球的關係；為評定大陸漂移學說提供資料；作為精確測地的恆定參考點。它們分別長期保持在高度為5800km、傾角110°和5843km、傾角52°的較為穩定的圓軌道上，可對引起地震的微小地殼運動進行測量。

衛星為鋁製球形體，直徑0.6m、質量410kg。衛星表面裝有426塊雷射反射鏡，它的測距精度達到厘米級。因此，雷射測地衛星可用於測定地球板塊運動，測量地球自轉和極移，測量地震和地下核試驗所引起的微小地殼運動，以及地球引力場。有10餘個國家參加了全球動力學觀測研究，各地震多發國家已相繼建立起雷射跟蹤站。