衛星觀測站

衛星觀測站指固定的地球物理觀測站，在點上要對地球物理場進行長期的觀測，觀察並測量（天文、地理、氣象、方向等）的站點場所。

基本介紹

• 中文名：衛星觀測站
• 外文名：satellite observation station
• 簡介：固定的地球物理觀測站
• 從事工作：環境數據收集工作
• 套用領域：自然災害、空氣品質、土地評估等
• 套用學科：大氣科學、測繪科學、天文學

簡介

衛星觀測站指固定的地球物理觀測站，在點上要對地球物理場進行長期的觀測，觀察並測量（天文、地理、氣象、方向等）的站點場所。衛星觀測站多從事於環境數據收集工作，用以研究自然災害，空氣品質，土地評估以及傳染病研究。

流動式衛星觀測站

流動式衛星觀測站是目前世界上正在發展著的新型測距站。它採用單光電子接收，具有雷射發射、功率低、接收望遠鏡口徑小等特點。因而系統的體積重量顯著減小，流動方便，可以車載、機運、迅速轉移、快速安裝就緒，能用計算機自動控制跟蹤、自動數據處理，是目前測地學者們認為得心應手的測量手段。

外觀特徵

流動站外形如圖所示，這是公路上運輸時的姿態。接收望遠鏡、轉台、雷射器以及探測部分做在一個2.1×1.8×1.9立方米的包裝箱內。在測量工作狀態下如圖。車廂與拖車脫開。轉台的包裝箱用滾動方法移到10米以外的預定觀測點處。轉台有自己的三個支撐點著地。當轉台與車廂有9米遠的距離時可以獲得15°的最低觀測仰角。(之後的設計改為從車廂側面拖出轉台的方案)。車廂本身是隔熱的，內設空調裝置。有一個約4×2×2立方米的頗大的觀測室，還有一個小的休息間。整個系統從運輸狀態到工作狀態，包括精確定向、各項功能標校等可在24小時之內完成。

流動站外形

望遠鏡及轉台

轉台為地平式如圖所示。

地平式轉台

除望遠鏡鏡筒外其主要結構都是鋼材焊接，總重不超過0.5噸。方位軸的軸向軸承與徑向軸承是分開來的。三個圓錐形的滾輪承受轉動部分的全部重量。二個直流伺服電機通過高級消隙齒輪傳動。角度讀出系統是增量式碼盤，，它比兩個軸的轉速快，是36倍的主軸轉速。每轉一周碼盤給出50000個脈衝，每脈衝間隔對讓0.72弧秒。碼盤轉一周對應10度角，給出一個零指示，使計數器復位。

轉台的引導靠數字伺服系統。它將光學碼盤取出信號進行處理，然後提供給伺服放大器一個控制電壓。兩軸各自的實際位置、實際位置與預測位置的偏差以及實際速度都顯示出來。預測位置及速度都由都由固定程式控制器產生。它採用內插技術在給定時間間隔內將預製位置變為指令送到伺服系統。

轉台光學系統

轉台光學系統包括一個收發共用的直徑0.4米的望遠鏡、收發共用的曲折光路、收發分束鏡、發射光束角調整鏡等。YAP倍頻雷射器與望遠鏡基座（轉台）相連。光束定向靠轉台上的兩個定位銷。在發射光束進入轉台前利用移動式負透鏡先將光束鏡角調到規定之值。通過發射角調整鏡後，光束又通過兩個具有布儒斯特角的玻璃片將光束劈成兩個半圓形，這種處置是為發射時避開主鏡中心被遮擋的部分，使遠處出現“空洞”。

接收裝置

流動站的接收系統比大多數現有系統要複雜，但操作起來比較簡單。光路如圖所示。

來自望遠鏡的接收光束在雙色分束器處分開。雷射波長附近的光反射到探測器內部，其餘部分透過，送到目鏡。反射的光聚焦在入口光闌孔上。該光闌有十種可供選擇的孔徑，代表十種不同的視場。改變它可將視場從10秒到1度變化。入口光闌前有一個斬光碟以每秒10圈的速度旋轉，與雷射發射頻率相同。其目的是使回波到達時盤上小孔剛好轉到光闌前面使回波通過;而在雷射發射時光脈衝不泄漏，同時也限制了背景噪聲。通過入口光闌的光投射到凹面鏡上，準直成小50毫米的平行光束，然後由每毫米30條線的分級光柵色散。入射與出射光夾角為2°。在雷射波長上最高效率的衍射為第n級。其實，這是一個光柵單色儀裝置。1弧分的視場與0.35毫微米波長對應。與固定波長濾光片不同，它的頻寬與入口光闌尺寸成正比。1毫弧度視場對應1.2毫微米頻寬。

流動站的接收系統

採用分級光柵的優點如下:

(1)溫度穩定性高。硼矽酸鹽玻璃熱脹係數為4x10^-6在50℃範圍內波長變化只有0.1毫微米。如用石英材料更好。

(2)只要轉動光柵就可以進行波長的掃描。幾度的轉動可以得到效率不變的10毫微米波長掃描。

(3)適於晝夜觀測。白天為壓低背景噪聲要求視場變小，同時頻寬也變窄了。

從出射狹縫輸出的光束到可調節分束/衰減器上。透過部分用來精密測距;反射部分聚焦在四象限分束器上。這部分能量是原來光束的外圍部分。中間部分透過，射到校正反射鏡組上。它將由光柵表面長度引入的光程差約100毫米減少到20毫米左右，最後通過中繼透鏡組，把光聚焦在光電倍增管陰極面上。

衛星觀測站的最低精度

隨著衛星大地測量學的發展及其觀測精度的不斷提高, 為了套用衛星觀測成果有效地改善地面三角網( 以下簡稱地面網) 的精度, 對於衛星網的最低精度, 或衛星觀測站之間的最短距離的研究和討論引起了人們的廣泛興趣。

不難理解, 為改善地面網的精度而布設衛星網時, 衛星觀測站的最低精度, 主要決定於以下因素:

— 地面網本身的精度;

— 對地面網精度改善程度的要求;

— 衛星觀測站之間的距離。

應當指出, 所謂衛星觀測站的最低精度, 或衛星觀測站之問的最短短距離, 是同一個問題的不同提法。 前者是 在衛星觀測站之間距離確定的情況下, 對衛星觀測站的 精度要 求, 而後者是在衛星網精度確定的情況下, 對衛星觀測站之間距離的要求。

由於衛星網和地面網不僅其建網的原理和方法相異, 而且成果所屬的坐標系統也不相同。所以, 綜合處理這樣兩類不同性質的觀測數據, 便是所述兩網聯合平差的主要特點。

因為, 在三維空間直角坐標系統進行聯合平差, 不僅可以充分地利用衛星網觀測所提供的信息, 同時其平差模型的形式簡明, 計算方便, 所以得到廣泛的套用。不過, 如果地面網大地高程的精度較低, 再加之難以可靠地獲得它的精度信息, 則大地高程的誤差, 便可能損害在三維坐標系統中聯合平差結果的精度。所以, 對於一些大地高程精度較低的地面網來說, 如何選擇其平差的方法( 例如在三維或二維系統迸行聯合平差) 便受到普遍的關注。很明顯, 兩網的聯台平差, 是在三維坐標系或在。維坐標系進行為亘, 決定因素主要是大地高程的精度。

隨著大地高程權值的減小, 高程誤差對平差後大地坐標殘差的影響也將隨之減小, 其中尤以對大地緯度殘差的影響為明顯。綜合以上的討論可得, 在三維坐標系進行聯合平差時, 高程和平面位置觀測量的精度具有同樣的重要意義。

但是, 這並不意味著大地高程必須與平面位置的精度相當。這裡重要的問題在於, 可靠地獲得它們各自的精度信息。即使大地高程的精度較低, 只要能夠可靠地確定它們的方差與協方差, 一般也應當加以利用。