爱因斯坦广义相对论的一个更令人惊讶的预测是,距离地球较远的时钟会比距离地球较近的时钟走得更快。从人类的角度来看,这种影响很小。然而,它对 GPS 导航和基本计时有着重要影响,而且正如科罗拉多大学博尔德分校的一个新项目将展示的那样,它还对测量重力和地球形状有着重要影响,这一概念被称为相对论大地测量学。在这个由美国国家科学基金会量子传感挑战量子系统转型进步计划资助的项目中,研究人员将冷原子光学时钟(以及先进的量子时间传感器)运送到科罗拉多州的山区。通过将山区时钟的时间与美国国家标准与技术研究所的参考时钟的时间进行比较,他们可以测量 1 厘米级的地球形状。这项工作以独特的方式探索了如何更好地设计和应用量子、原子和激光物理学的研究和技术,以造福重力和地球物理学。
光探测和测距 (lidar) 测绘是一种公认的方法,可以生成有关地球形状和表面特征的精确且直接的地理参考空间信息。lidar 测绘系统及其支持技术的最新进展使科学家和测绘专业人员能够以前所未有的准确性、精确度和灵活性在广泛的范围内检查自然环境和人造环境。过去五年发布的几份国家报告强调了 lidar 数据的价值和迫切需求。国家增强高程评估 (NEEA) 调查了 200 多个联邦、州、地方、部落和非政府组织,以更好地了解它们如何使用增强高程数据,例如 lidar 数据。由此产生的 400 多项功能活动被分为 27 种预定义的业务用途,以进行汇总和成本效益分析 (NDEP, 2012)。其中一些活动将在本文档的应用部分中更详细地描述。
为在极点平坦的地面表面提供合理的解释,我们可能会认为地球形状最初是一个完美的球体。现在,g径向朝向地球中心,因此它没有对赤道的切向组件。但是,g没有径向定向,因此它必须具有与球形地面表面的切向赤道的成分。从简单的几何形状中可以得出,没有其他力平衡g的赤道病房组成部分。因此,将净赤道的净力施加了地球表面上的质量,这导致质量沿着地面向赤道移动。现在,这种质量向赤道沿地球表面的运动将继续持续到达到平衡状态为止。这可能导致赤道附近的地球膨胀。与当前状态一样,沿土表面的任何不平衡的赤道病房都没有作用质量。可以假定已经达到平衡状态。现在在这种状态下很清楚,g没有任何赤道病房组件,这要求在地球表面的每个点
本章的最终目标是,一架刚性飞机在扁圆形旋转地球上空的运动方程。平地方程描述了在重力恒定的非旋转地球上一小块区域上的运动,我们将作为特殊情况推导得出该方程。为了达到这个最终目标,我们将使用经典力学的矢量分析来建立运动方程,使用矩阵代数来描述坐标系的运算,并使用大地测量学、引力和导航中的概念来介绍地球形状和质量引力的影响。在第 2 章之前,作用在飞行器上的力矩和力(地球的质量引力除外)将是抽象的。在此阶段,只要有合适的力和力矩模型,这些方程就可以用来描述任何类型的航空航天飞行器(包括地球卫星)的运动。术语“刚性”意味着不允许结构灵活性,并且假定飞行器中的所有点始终保持相同的相对位置。在大多数情况下,这种假设对于飞行模拟来说已经足够好了,并且对于飞行控制系统设计来说也足够好了,前提是我们不试图设计一个系统来控制结构模式或减轻飞机结构上的气动载荷。运动方程处理所需的矢量分析通常会给学生带来困难,特别是角速度矢量的概念。因此,提供了相关主题的回顾。在某些情况下,我们已经超越了传统的飞行力学方法。例如,由于四元数具有“全姿态”能力以及在模拟和控制中的数值优势,因此引入了四元数。它们现在广泛应用于模拟、机器人、制导和导航计算、姿态控制和图形动画。主题来自