空间大地测量学  081601M04001H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业核心课 | 任课教师:于锦海,董绪荣
授课时间: 星期一,第5、6、7 节
授课地点: 教二楼421
授课周次: 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
授课时间: 星期三,第5、6、7 节
授课地点: 教二楼421
授课周次: 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
课程编号: 081601M04001H 课时: 80 学分: 5.00
课程属性: 专业核心课 主讲教师:于锦海,董绪荣 助教:
英文名称: Satellite Geodesy 召集人:

教学目的、要求

空间(卫星)大地测量是利用人造地球卫星进行地面点定位和定向、目标导航、地球形状测定、地球重力场确定的学科。空间大地测量始于1957年人造地球卫星的出现,并获得迅速发展。经典空间大地测量学着重研究地球几何形状、定向及其变化,并在实际应用中关注在地球表面上点的定位、重力及其变化。而现代空间大地测量不仅能在地表上长时间高精度定位,而且它已远远超过原来经典的目标,已经涉及多种学科领域,可以提供和处理涉及地球动力学、海洋学、板块运动学等学科所需的信息,提供多种学科领域长期以来很难取得的数值。在地球及其外部空间科学研究、航空航天及深空探测均有重要作用。 本课程的教学目的是使学生掌握卫星轨道理论和空间大地测量的基本知识,明确学科的主要内容,为进一步地开展相关学科的研究打下坚实的基础。课堂讲授相关内容之后,安排在学园四地学院240大地测量教学实验室进行10学时的实习课,使得学生对空间大地测量的基础理论、技术方法在理论与实践相结合方面有一个全面的了解和掌握。不仅巩固在课堂上学到的理论知识,而且要使学生的实践动手能力、仪器操作能力、数据采集能力、数据处理能力得到较大的提高与锻炼,学会使用一些常用的数据处理、分析软件,培养学生解决问题、分析问题的能力以及独立从事相关研究和创新工作的初步能力,为学生今后走向工作岗位打下坚实的基础。

预修课程

高等数学、线性代数、 空间大地测量学、GNSS卫星定位技术

教 材

自备教案(PPT)

主要内容

1	绪论 {共1学时}

2	卫星大地测量基础 {共3学时}
内容、学时分配与进度安排
2.1	坐标参考基准  [1学时]
2.1.1	空间直角坐标及其变换
2.1.2	卫星大地测量参考系与坐标框架
2.1.3	参考椭球、大地水准面与大地基准
2.1.4	WGS84、CGCS2000坐标系统
2.2	时间基准  [2学时]
2.2.1	太阳时
2.2.2	原子时
2.2.3	协调世界时
2.2.4	恒星时
2.2.5	儒略时
教学重点与难点
    惯性坐标系的实现,地心坐标系,协调世界时

3	卫星轨道运动 {共24学时} 
内容、学时分配与进度安排
3.1	二体问题——天体力学基础   [8学时]
3.1.1	卫星运动的轨道微分方程(1学时)
3.1.2	轨道微分方程的求解 (1学时)
3.1.3	轨道几何与Kepler根数 (1学时)
3.1.4	卫星轨道的运动学方程 (1学时)
3.1.5	Kepler方程与Bessel函数 (2学时)
3.1.6	确定二体问题轨道的几种方法 (2学时)
3.2	卫星受摄运动  [10学时]
3.2.1	卫星受摄运动,一般的摄动方程 (2学时)
3.2.2	基于Kepler根数直接推导摄动方法的方法(2学时)
3.2.3	地球引力场简介 (2学时)
3.2.4	地球引力场摄动 (2学时)
3.2.5	其它摄动分析 (2学时)
3.3	卫星摄动方程的数值解法  [4学时]
3.3.1	常微分方程的迭代解法与收敛性定理 (1学时)
3.3.2	Euler外推法 (1学时)
3.3.3	Runge-Kutta方法 (2学时)
3.3.4	其它方法简介
3.4	星座与轨道  [2h]
3.4.1	基本概念
3.4.2	星座及轨道
3.4.3	太阳同步轨道、地球同步轨道
教学重点与难点
二体问题的Kepler根数、运动方程、受摄运动的常数变易法、Lagrange括号及计算、
摄动微分方程的数值解法

4	卫星大地测量观测量及其建模 {共4学时}
内容、学时分配与进度安排
4.1	星地距离测量  (1学时)
4.2	星星跟踪测量  (1学时)
4.3	激光测卫测量  (2学时)
教学重点与难点
   星星相对位置测量及其建模

5	GNSS大地测量方法 {共12学时}
内容、学时分配与进度安排
5.1	基本原理 (1学时)
5.2	GNSS技术及发展 (1学时)
5.3	GNSS观测量建模及数据处理 (2学时)
5.4	误差及其修正 (2学时)
5.5	差分GPS方法 (2学时)
5.6	GNSS连续运行参考站系统 (1学时)
5.7	GNSS系统  (2学时)
5.7.1	GPS
5.7.2	GLONASS
5.7.3	BeiDou
5.8	IGS服务 (1学时)
教学重点与难点
GNSS观测量建模、GNSS数据处理及实验
   
6	卫星激光测卫SLR技术 {共6学时}
内容、学时分配与进度安排
6.1	基本概念 
6.2	SLR卫星 (1学时)
6.3	SLR系统构成 (1学时)
6.4	SLR数据处理与分析 (2学时) 
6.5	SLR应用 (2学时)
6.5.1	国际激光测卫服务ISLR
6.5.2	精密定轨
教学重点与难点
SLR数据处理与分析、SLR应用方法

7	卫星大地测量组合方法及其应用 {共10学时}
内容、学时分配与进度安排
7.1	精密定位与定时 (2学时)
7.2	航天器应用 (2学时)
7.3	测定地球自转 (2学时) 
7.4	地球动力学研究 (2学时)
7.5	全球对地组合观测系统GGOS (2学时)
教学重点与难点
全球对地组合观测系统GGOS 
8        GNSS卫星大地测量基本原理实习课   {共4学时}
8.1    卫星静态测量数据采集;
8.2    CORS站数据记录与下载;
8.3    RINEX原始数据转换;
8.4    观测数据预处理
8.5    高精度基线测量与数据处理
9        CORS站坐标联测及数据处理实习课   {共6学时}
9.1    CORS站坐标国际联测;
9.2    GAMIT数据处理软件
9.3    CORS网基线高精度结算;
9.4    CORS网数据滤波
9.5    CORS数据平差

参考文献

《空间大地测量学》,李征航、魏二虎、王正涛, 武汉大学出版社,武汉,2010.
《人造地球卫星轨道力学》,刘林,高等教育出版社,北京,1992.
《Satellite orbits》,Montenbruck O、Gill E,Springer, Berlin, Heidelberg,2000