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Seeber · 卫星大地测量学
卫星大地测量法在测地学、测量工程和相关学科中得到越来越广泛的应用。特别是，现代精确和实用的卫星定位和导航技术的发展已经进入了地球科学和工程的所有领域。新的和即将发射的卫星任务以及对地球在太空中自转的监测对精细结构重力场模型的需求也日益增长。多年来，我一直觉得确实需要一本涵盖整个主题的系统教科书，包括其基础和应用。我希望这本书至少能在一定程度上满足这一要求。这里介绍的材料部分基于汉诺威大学自 1973 年以来教授的课程和国外客座讲座。我希望这些材料可以用于其他大学的类似课程。本书主要面向大地测量学、测量工程、摄影测量、制图学和测绘信息学领域的高年级本科生和研究生。本书还旨在为对卫星大地测量方法和结果感兴趣并需要了解最新发展的专业人士提供信息来源。此外，本书还面向工程和地球科学相关领域的学生、教师、专业人士和科学家，如陆地和空间导航、水文学、土木工程、交通管制、GIS 技术、地理、地质、地球物理学和海洋学。为了实现这一目标，本书的性质介于教科书和手册之间。所需背景是本科数学和初等数理统计水平。由于该领域的快速和持续发展，有必要进行选择，并给予某些主题比其他主题更大的权重。本书特别重视基础知识和应用，尤其是使用人造卫星确定精确位置。本书还添加了全面的参考文献列表，以便进一步阅读，从而促进更深入和更高级的研究。本书第一版于 1993 年出版，是 1989 年以德文出版的《Satellitengeodäsie》一书的英文翻译和更新版。目前的版本经过了彻底的修订和显著的扩充。本书保留了第一版的基本结构，以促进教学的连续性；但是，删除了过时的材料并添加了新材料。所有章节都已更新，有些章节已重写。总体状态为 2002 年秋季，但已包含截至 2003 年 3 月的一些最新技术发展。扩展和更新主要涉及参考坐标系和参考框架[2.2]、信号传播[2.3]、CCD 技术的方向[5.2]、全球定位系统 (GPS) 和 GNSS [7]、卫星激光测距[8]、卫星
补充广义扰动（SupGP）元素集已被证明能有效支持现代太空运营并提高太空飞行安全。
SupGP 数据和流程经过了严格的测试、验证和确认。讨论了 SupGP 数据、SGP4 拟合、收敛标准和 RMS 计算结果的详细信息。提供了 SupGP 数据和传统 SSA 数据之间的其他近期和相关示例比较，并配有图形说明，以强调 SupGP 数据的好处以及太空界目前和将来采用 SupGP 数据的必要性。为了所有人的太空飞行安全，为了确保地球轨道环境为子孙后代保留，在太空界共享 SupGP 数据是当务之急。1. 简介现代太空运营环境、前所未有的变化速度和运营活动节奏给传统 SSA 技术和 GP 数据流程带来了压力，以至于它们本身不再完全有效。传统的非合作观测技术无法提供支持现代太空运营所需的精度和及时性的轨道数据，例如：多卫星发射、近距离部署、编队飞行集群和巨型星座运营。此外，现代太空操作以及数据量和卫星活动的增加对传统技术和 GP 数据产生了负面影响，减缓了 GP 数据流，降低了准确性，降低了观测频率，增加了错误，增加了卫星交叉标记，增加了丢失卫星的数量等。SupGP 数据是一种合作的 SSA 技术，使用卫星所有者/运营商提供的数据和其他公共来源来增强传统技术。SupGP 提高了数据的准确性、及时性、稳健性和透明度。这反过来又改善了 SSA、航天飞行安全、负责任地使用太空，并有助于为所有人保护地球轨道环境。2. 方法论每天，CelesTrak 都会检查已知的公开轨道数据源，并使用卫星工具包 (STK) 从这些数据中生成 GP 数据。例如，对于全球定位系统 (GPS) 星座，第二空间作战中队提供的最新 GPS 年历发布在 CelesTrak 的 GPS 数据部分，并根据 GPS 接口规范 (IS) IS-GPS-200M 进行传播，以生成第二天的星历表 [1]。表 1 提供了 CelesTrak 为其生成 SupGP 数据的卫星组的输入源数据更详细的列表。与标准 GP 查询不同，可以为单个对象获取多个 SupGP 元素。这是因为某些对象具有由多个源生成的数据（例如，使用 CPF 数据）或因为有多个时期的数据（Intelsat 数据）。表 1。CelesTrak SupGP 的输入源数据 缩写 说明 CPF 综合激光测距预测 GLONASS-RE GLONASS 快速星历表 GPS-A GPS 年历 GPS-E GPS 星历表 Intelsat-11P Intelsat 11 参数数据 Intelsat-E Intelsat 星历表 Iridium-E 铱星历表 ISS-E ISS 星历表 ISS-TLE ISS TLE [遗留数据] METEOSAT-SV METEOSAT 状态向量 OneWeb-E OneWeb 星历表 Orbcomm-TLE Orbcomm 提供的 SupTLE Planet-E Planet 星历表 SES-11P SES 11 参数数据 SpaceX-E SpaceX 星历表 SpaceX-SV SpaceX 状态向量 Telesat-E Telesat 星历表 Transporter-SV Transporter 状态向量
地球科学在工作 2025
我们的目标（续） 帮助美国人应对自然灾害 为防止灾害演变为灾难，早期预警是关键。卫星数据通常能提供问题的最早信号。NASA 正在利用我们自己的卫星和私人商业卫星群的先进功能，大幅提高国家预报和应对严重风暴、干旱、火灾和其他灾害的能力。NASA 为其合作伙伴和公众提供近乎实时的数据产品、预警工具和灾害地图门户，这是一个强大的灾害专用地理信息系统产品在线界面。NASA 还开发了一种先进的山体滑坡预报模型 — 让我们能够在山体滑坡发生前提供准确的预测模型，并提供卫星山体滑坡地图来指导急救人员。 NASA 正在迅速提高我们对飓风的了解。我们的 TROPICS CubeSats 和 GPM 卫星等工具收集数据以改进近期预报并加深我们对飓风强度的了解。NOAA 的国家飓风中心和联合台风警报中心使用了这些研究数据。野火发生频率和严重程度的不断增加带来了重大风险，尤其是在西部各州。NASA 的卫星和机载机队有助于估计燃料负荷和其他野火风险的关键因素。我们在火灾期间直接与美国森林服务局和其他机构合作，同时还领导研究以改善火灾预报、恢复和对社区长期影响的理解。NASA 使用传感器检测活跃火灾的热红外信号，自由公开地分享有关火灾发生地点的信息。应对“晴天洪水”和海平面上升其他方面的沿海社区依靠 NASA 的专业知识来提供未来几十年的精确预测。除了为沿海基础设施规划和灾害缓解提供信息外，NASA 还帮助国防部应对全球沿海军事设施和行动面临的风险。支持国家安全 NASA 的地球观测任务为各种安全利益提供了有价值的信息。我们的空间大地测量计划建立了地球方向参数、精确的卫星轨道和参考框架，这些是其卫星的位置、导航和计时精度的基础。同样的参考框架也支撑着 GPS 的准确性。此外，NASA 的激光反射器阵列 (LRA) 和卫星激光测距支持新一代 GPS 卫星的校准。NASA 与海军研究办公室和国家冰中心合作，帮助提高北极的态势感知能力，这对国家安全至关重要，并确定了作战区域和贸易路线。NASA 的陆地表面监测——通过结合卫星和地面观测与预报技术的先进陆地信息系统 (LIS) 模型——支持美国及其合作伙伴在世界各地的行动。支持当地社区决策卫星对温度、湿度和降水的测量有助于预测蚊媒疾病（如西尼罗河病毒 (WNV)）的爆发。NASA 支持为南达科他州、路易斯安那州、俄克拉荷马州和密歇根州创建 WNV 预报工具的工作。美国各地的水资源管理者面临着在竞争激烈的需求中分配水源的重大挑战。NASA 利用卫星观测和模型在了解淡水方面处于领先地位，可以从近地表到根区再到深层含水层。例如，GRACE 卫星彻底改变了大规模水存储的监测方式，使我们能够测量美国主要含水层的排水和补给情况。美国干旱监测中心使用 GRACE 和其他卫星来评估土壤湿度。
使用来自地面激光器的单个多 kJ 脉冲烧蚀避免低地球轨道上的空间碎片发生碰撞 Stefan Scharring、Gerd Wagn
通过地面激光器发出的单个多 kJ 脉冲避免低地球轨道上的空间碎片发生烧蚀碰撞 Stefan Scharring、Gerd Wagner、Jürgen Kästel、Wolfgang Riede、Jochen Speiser 德国航空航天中心 (DLR)，技术物理研究所，Pfaffenwaldring 38-40，70569 斯图加特，德国 摘要 我们对一个概念性想法进行了分析，即从地面激光站发射的单个高能激光脉冲是否可能导致碎片物体表面的物质烧蚀，从而产生后坐力，从而产生足够高的速度变化，以避免空间碎片碰撞。在我们的模拟中，我们评估了大气限制的影响，例如由于气溶胶消光导致的激光功率损失以及由于大气湍流导致的激光束增宽和指向抖动。为了补偿湍流，探索了自适应光学系统在合适发射器配置和激光导星组合方面的使用。根据 ESA DISCOS 目录，使用具有简化几何形状的虚拟目标来研究激光与火箭体、任务相关物体和非活动有效载荷之间的相互作用。此外，NASA 标准破碎模型可作为碰撞和爆炸碎片的参考，这些碎片在低地球轨道上产生了 9101 个碎片目标。对于这些物体，使用基于光线追踪的代码对激光烧蚀后坐力进行了研究，同时考虑了未知的目标方向以及残余激光指向误差，这些误差构成了整个 5 个维度（3 个旋转，2 个平移）的随机性来源，这些随机性来源采用蒙特卡罗方法解决。根据特定碎片物体平均高度的计算激光通量分布计算激光动量耦合。作为计算激光与物质相互作用的输入，使用了铝、铜和钢作为代表性空间碎片材料的辐照实验数据。从照射仰角、轨道位移、动量转移不确定性、成功概率、碎片材料以及碎片尺寸、质量和启动激光烧蚀过程所需的最小能量密度等方面讨论了激光赋予动量的模拟结果。1.引言由于空间碎片的数量不断增加，且难以进行轨道改造，近年来提出了几种基于激光的空间碎片远程动量转移 (MT) 概念[1][2]。特别是，由于连续发射 (CW) 激光器的商业化应用，其平均输出功率超过 10 kW 级，通过光子压力进行 MT 似乎变得可行。为了避免空间碎片碰撞，模拟已经表明，在多次激光站过境期间，通过目标照射可以实现几毫米/秒的足够高的速度增量 [1]。最近，在 LARAMOTIONS（激光测距和动量传递系统演化研究）研究中，研究了用于碎片跟踪和避免碰撞的相应激光站网络的可行性和估计性能。这项研究是由我们研究所领导的一个财团为欧洲航天局 (ESA) 开展的概念分析。[3] 概述了研究结果，[4] 列出了使用光子压力进行轨道碰撞避免的详细天体动力学可行性研究，而 [5] 显示了所采用的激光站网络的详细结果。激光烧蚀的动量耦合比光子压力的耦合高出 3 到 5 个数量级 [6]。因此，烧蚀通常被认为是在多次高能激光站过境期间通过降低近地点清除激光碎片的合适机制。然而，最近在真空中对几厘米大小的物体进行的跌落实验表明，激光烧蚀动量转移在避免空间碎片碰撞方面具有巨大的潜力，证明单个激光脉冲就可能使小的空间碎片状物体产生几十 ⁄ 的速度变化∆ [7]。