위성 측지

위성 레이저 거리 측정소인 Wetzell 레이저 거리 측정 시스템

위성 지오데스는 인공위성을 통해 지오데시 - 지구의 형태와 치수, 표면상의 물체의 위치, 그리고 인공위성 기술을 통해 지구 중력장의 형상을 측정하는 것이다. 그것은 우주 지오데이의 더 넓은 영역에 속한다. 전통적인 천문학적 지오디는 일반적으로 인공위성 지오디의 일부로 간주되지 않는다. 비록 그 기술들 사이에는 상당한 중복이 존재하지만 말이다.^[1]^{: 2}

위성 지오디의 주요 목표는 다음과 같다.

지구, 위치 및 항법(기하 위성 측지)^[1]^{: 3}의 수치 결정
지오이드, 지구의 중력장 및 그 시간적 변화(동일 위성 측지^[2] 또는 위성 물리적 측지)의 결정
지각역학 및 극지운동과^[1]^{: 4}^[1]^{: 1} 같은 지질역학 현상 측정

위성 측지학 데이터와 방법은 항법, 수력학, 해양학, 지구물리학 등 다양한 분야에 적용할 수 있다. 위성 측지기는 궤도 역학에 크게 의존한다.

역사

첫 단계(1957-1970)

위성 지오디는 1957년 스푸트니크 발사 직후부터 시작됐다. 1958년 탐험가 1과 스푸트니크 2의 관측으로 지구의 평탄화를 정확하게 판단할 수 있었다.^[1]^{: 5} 1960년대에는 도플러 위성 트랜짓-1B와 풍선 위성 에코 1, 에코 2, 페이지오스가 발사되었다. 최초의 전용 측지 위성은 NASA, DoD, 그리고 다른 민간 기관들이 협력한 ANA-1B였다.^[3]^{: 51} ANA-1B는 미 육군의 SECOR(Sequential Collation of Range) 기구 중 첫 번째 기구를 탑재했다. 이러한 임무는 지오포텐셜의 일반적인 형태인 지오포텐셜의 선행 구면 고조파 계수를 정확하게 결정하게 하고, 세계의 측지학적 기준점을 연결시켰다.^[1]^{: 6}

소련 군사위성은 1960년대 후반과 1970년대 초반을 목표로 한 ICBM을 지원하기 위한 지질학적 임무를 수행했다.

세계측지계통행 (1970-1990)

전 세계 BC-4 카메라 기하학적 위성 삼각망

트랜짓 위성 시스템은 도플러 측량, 항법 및 위치 지정에 광범위하게 사용되었다. 1970년대 세계 삼각측량망에 의한 위성의 관측은 세계측지계통 구축을 가능하게 했다. 1980년대 미국의 GPS 개발은 정확한 항법 및 위치설정을 가능하게 했고 곧 조사의 표준 도구가 되었다. 1980년대와 1990년대에는 지각 운동, 지구 회전, 극지 운동과 같은 지구역학 현상의 감시에 위성 측지기가 사용되기 시작했다.

현대 (1990년-현재)

아티스트의 GRACE 구상

1990년대는 영구 측지 네트워크와 기준 프레임의 개발에 초점을 맞췄다.^[1]^{: 7} 2000년대에 CHAMP, GRACE, GOCE와 같은 지구의 중력장을 측정하는 전용 위성이 발사되었다.^[1]^{: 2}

측정 기법

제이슨-1 측정 시스템은 DORIS, SLR, GPS, 이타측정 등 주요 측지 측정 기법을 결합한 것이다.

위성 측지 기법은 계기 플랫폼별로 분류될 수 있다: 위성은 다음과 같다.

지상 기반 기구(지구 대 공간 방법)로 관찰한다.
지구를 관측하기 위해 기기 또는 센서를 탑재한다(공간 대 지구 방법).
또는 다른 위성(공간 대 공간 방법)을 추적하거나 추적하기 위해 계측기를 사용한다.^[1]^{: 6}

지구 대 공간 방법(위성 추적)

라디오 기법

글로벌 내비게이션 위성 시스템은 수신기를 몇 미터 이내로 위치시킬 수 있는 무선 위치 지정 전용 서비스다. 가장 눈에 띄는 시스템인 GPS는 높은 12시간짜리 원형 궤도로 31개의 위성 별자리(2013년 12월 기준)로 구성돼 있으며, 55도 기울기를 가진 6개 비행기로 분산돼 있다. 위치의 원리는 트라이얼 측정에 근거한다. 각 위성은 자신의 위치에 대한 정보와 정확한 전송 시간을 포함하는 메시지를 가지고 정확한 인식기를 전송한다. 수신기는 이 전송 시간을 수신 당시 자체 시계와 비교하고 그 차이를 빛의 속도로 곱해 '사서란지'를 얻는다. 정확한 시간과 몇 미터 이내의 수신자의 위치를 얻기 위해서는 네 개의 가성비가 필요하다. 실시간 키네마틱(RTK)과 같은 보다 정교한 방법은 몇 밀리미터 이내로 위치를 양보할 수 있다.

지오디에서 GNSS는 측량 및 시간 전달을 위한 경제적인 도구로 사용된다. 지구의 자전, 극운동, 지각역학 등을 감시하는 데도 쓰인다. 우주에 GPS 신호가 존재하기 때문에 궤도 결정과 위성 간 추적에도 적합하다.

예: GPS, 글로나스, 갈릴레오

도플러 기술

도플러 포지셔닝은 위성이 관측자로부터 접근하여 수신할 때 위성에서 방출되는 안정적인 주파수의 무선 신호의 도플러 이동을 기록하는 것을 포함한다. 관측 빈도는 관측자에 상대적인 위성의 방사상 속도에 따라 달라지며, 궤도 역학에 의해 제약을 받는다. 관측자가 위성의 궤도를 아는 경우 도플러 프로필을 기록하면 관측자의 위치가 결정된다. 반대로 관찰자의 위치가 정확히 알려지면 위성의 궤도를 결정하여 지구의 중력을 연구하는 데 사용할 수 있다. 도리스에서는 지상국이 신호를 방출하고 위성이 수신한다.

예: 트랜짓, 도리스, 아르고스

광 삼각 측량

광학 삼각측량에서는 위성을 삼각측량의 매우 높은 표적으로 사용할 수 있으며, 복수의 관측소 사이의 기하학적 관계를 확인하는 데 사용할 수 있다. BC-4, PC-1000, MOTS 또는 Baker Nunn 카메라로 광학 삼각측정은 별의 배경에 대해 위성을 사진적으로 관측하거나 위성을 점멸하는 빛으로 구성되었다. 위치가 정확히 결정된 별들은 사진판이나 필름에 카메라 스테이션에서 위성으로 가는 정확한 방향을 결정하는 틀을 제공했다. 카메라로 측지 위치 측정 작업은 보통 한 대의 카메라가 하나 이상의 다른 카메라와 동시에 관찰하는 방식으로 수행되었다. 카메라 시스템은 날씨에 따라 다르며, 그것이 1980년대까지 사용이 중단된 주요한 이유 중 하나이다.^[3]^{: 51}

1962년 11월 11일 산티아고(칠레) MOTS 방송국이 촬영한 사진 ANNA 1B 트랙

예: PAGEOS, 프로젝트 에코, ANA 1B

레이저 범위 조정

위성 레이저 범위 측정(SLR)에서 관측소 글로벌 네트워크는 역반사기가 장착된 위성으로의 초경량 펄스의 왕복 비행 시간을 측정한다. 이것은 정확한 궤도 매개변수, (궤도 섭동으로부터) 중력장 매개변수, 지구 회전 매개변수, 조력 지구의 변형, SLR 관측소의 좌표와 속도 및 기타 상당한 측지학적 데이터를 제공하기 위해 축적될 수 있는 밀리미터 레벨 정밀도의 즉각적인 범위 측정을 제공한다. 위성 레이저 범위는 지구/대기/해양 시스템의 과학 연구에 중요한 기여를 할 수 있는 상당한 잠재력을 가진 입증된 측지학 기술이다. 그것은 현재 지구 위성의 지질학적 위치를 결정하는 데 이용 가능한 가장 정확한 기법으로서, 레이더 고도계의 정확한 교정과 해양 표면 지형의 세속적 변화로부터의 장기 계측기 드리프트의 분리가 가능하다. 위성 레이저 범위 조정은 기준 프레임의 척도와 원점, 이른바 지오케터 좌표에 관한 정보를 제공함으로써 국제 지상 기준 프레임의 정의에 기여한다.^[4]

예: 라게오스

공간 대 지구 방법

알티메트리

이 그래프는 NASA/CNES 해양 고도계 임무 TOPEX/포세이돈(왼쪽)이 측정한 전지구 해수면 상승(mm)과 후속 임무 제이슨-1을 보여준다. 이미지 크레딧: 콜로라도 대학교

시삿(1978년)이나 토펙스/포세이돈(1992년~2006년) 같은 위성은 우주선에서 지구 표면(바다, 얼음, 지상 표면)의 높이를 측정하기 위해 첨단 듀얼밴드 레이더 고도계를 사용했다. 제이슨-1은 2001년, 제이슨-2는 2008년, 제이슨-3는 2016년 1월에 시작되었다. 궤도 요소(GPS에 의해 증강된 것으로 추정)와 결합된 그 측정은 지형의 결정을 가능하게 한다. 사용되는 두 개의 다른 파장의 전파는 고도계가 전리층의 다양한 지연에 대해 자동으로 보정할 수 있도록 한다.

우주 기반 레이더 고도계는 바다 표면 지형, 바다 표면의 언덕과 계곡을 매핑하는 데 탁월한 도구임이 입증되었다. 이 기구들은 바다 표면으로 마이크로파 펄스를 보내고 돌아오는 데 걸리는 시간을 기록한다. 마이크로파 방사선계는 대기 중의 수증기로 인해 발생할 수 있는 모든 지연을 교정한다. 또한 전리층과 대기의 건조한 대기 질량에서 전자의 영향을 설명하기 위해 다른 보정이 필요하다. 이러한 데이터와 우주선의 정확한 위치를 결합하면 몇 센티미터(약 1 인치) 이내의 해수면 높이를 확인할 수 있다. 돌아오는 신호의 강도와 모양은 풍속과 바다의 파도의 높이에 대한 정보도 제공한다. 이러한 데이터는 해양 모델에서 해류의 속도와 방향, 해양에 저장된 열의 양과 위치를 계산하는데 사용되며, 이는 지구 기후 변화를 보여준다.

레이저 고도계

레이저 고도계는 광학 또는 적외선 파장에서 광선 빔의 왕복 비행 시간을 사용하여 우주선의 고도 또는 반대로 지상 지형을 결정한다.

예: ICESat, MOLA.

레이더 고도계

레이더 고도계는 위성과 지구 표면 사이의 마이크로파 펄스의 왕복 비행 시간을 이용하여 우주선과 지표면 사이의 거리를 결정한다. 이 거리 또는 높이에서 조수, 바람, 조류와 같은 국부적 표면적 영향을 제거하여 지오이드 위 위성 높이를 얻는다. 인공위성에 정확한 후각을 사용할 수 있게 되면, 어떤 관측 시간에도 인공위성의 지리학적 위치와 타원상 높이를 이용할 수 있게 된다. 그러면 타원체 높이에서 측정된 고도를 빼서 지오이드 높이를 계산할 수 있다. 이것은 바다 표면이 지질 표면을 바짝 따라다니기 때문에 지질을 직접 측정할 수 있다.^[3]^{: 64} 바다 표면과 실제 지질 사이의 차이는 바다 표면 지형을 제공한다.

예: Seasat, Geosat, TOPEX/포세이돈, ERS-1, ERS-2, Jason-1, Envisat, SWOT(위성)

계간 합성 개구부 레이더(InSAR)

초기계간 합성 개구부 레이더(InSAR)는 지오디와 원격 감지에 사용되는 레이더 기법이다. 이 측지학적 방법은 위성으로 되돌아오는 파동의 위상의 차이를 이용하여 두 개 이상의 합성 조리개 레이더(SAR) 이미지를 사용하여 표면 변형 또는 디지털 표고 지도를 생성한다.^[5]^[6]^[7] 이 기술은 며칠에서 몇 년 사이의 시간 간격에 걸친 변형의 센티미터 척도 변화를 잠재적으로 측정할 수 있다. 그것은 지진, 화산, 산사태와 같은 자연재해에 대한 지구물리학적 감시 애플리케이션과 구조공학, 특히 침하와 구조적 안정성에 대한 감시 애플리케이션을 가지고 있다.

예: 시삿, 테라사르-X

공간 대 공간 방법

중력 측정법

중력 그라디미터는 실시간으로 중력 벡터의 구성요소를 독립적으로 결정할 수 있다. 중력 구배는 단순히 중력 벡터의 공간적 파생이다. 구배는 작은 거리에서 측정한 중력 벡터 성분의 변화 속도로 생각할 수 있다. 따라서 구배는 가깝지만 뚜렷한 두 지점에서 중력의 차이를 결정하여 측정할 수 있다. 이 원칙은 최근의 몇 가지 이동 기반 계기에 구현되어 있다. 점에서의 중력 경사는 각 민감한 축에서 취해진 중력 벡터의 각 성분의 파생물이므로 텐서(tensor)이다. 따라서 중력 벡터의 어떤 구성 요소의 값은 중력 그래프로미터가 시스템에 포함되고 그 출력이 시스템 컴퓨터에 의해 통합되는 경우 차량의 경로를 따라 모두 알 수 있다. 정확한 중력 모델을 실시간으로 계산해 정상 중력, 고도, 변칙 중력의 연속 지도를 이용할 수 있게 된다.^[3]^{: 71}

예: GOCE

위성 간 추적

이 기술은 위성을 사용하여 다른 위성을 추적한다. 중력장 조사와 궤도 개선과 같은 특정한 목적에 사용될 수 있는 많은 변형이 있다.

고고도 위성은 지상 추적소에서 저고도 위성으로 중계하는 역할을 할 수 있다. 이런 식으로 저고도 위성은 지상국이 접근할 수 없을 때 관측할 수 있다. 이런 유형의 추적에서는, 추적 스테이션에 의해 생성된 신호를 중계 위성에 수신한 다음, 저고도 위성으로 재전송한다. 그런 다음 이 신호는 같은 경로로 지상국으로 되돌아간다.
두 개의 저고도 위성은 중력장 불규칙성으로 인한 상호 궤도 변화를 관찰하면서 서로를 추적할 수 있다. 이것의 대표적인 예가 GRACE이다.
GPS 위성과 같이 정확하게 알려진 궤도를 가진 여러 개의 고고도 위성을 사용하여 저고도 위성의 위치를 고정할 수 있다.

위성과 위성 간 추적의 적용 가능성을 몇 가지 제시한다. 위성 대 위성 추적 데이터는 ATS-6과 GEOS-3 사이의 낮은 구성으로 먼저 수집되고 분석되었다. 이 데이터는 궤도 및 중력 모델 미세화 가능성을 평가하기 위해 연구되었다.^[3]^{: 68}

예: GRACE

GNSS 추적

예: 챔프, GOCE

측지 위성 목록

참고 항목

참조

^ Jump up to: ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ Seeber, Gunter (2003). Satellite geodesy. Berlin New York: Walter de Gruyter. doi:10.1515/9783110200089. ISBN 978-3-11-017549-3.
^ Sosnica, Krzysztof (2014). Determination of Precise Satellite Orbits and Geodetic Parameters using Satellite Laser Ranging. Bern: Astronomical Institute, University of Bern, Switzerland. p. 5. ISBN 978-8393889808.
^ Jump up to: ^a ^b ^c ^d ^e Defense Mapping Agency (1983). Geodesy for the Layman (PDF) (Report). United States Air Force.
^ Sosnica, Krzysztof (2014). Determination of Precise Satellite Orbits and Geodetic Parameters using Satellite Laser Ranging. Bern: Astronomical Institute, University of Bern, Switzerland. p. 6. ISBN 978-8393889808.
^ Massonnet, D.; Feigl, K. L. (1998), "Radar interferometry and its application to changes in the earth's surface", Rev. Geophys., 36 (4), pp. 441–500, Bibcode:1998RvGeo..36..441M, doi:10.1029/97RG03139
^ Burgmann, R.; Rosen, P.A.; Fielding, E.J. (2000), "Synthetic aperture radar interferometry to measure Earth's surface topography and its deformation", Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 28, pp. 169–209, Bibcode:2000AREPS..28..169B, doi:10.1146/annurev.earth.28.1.169
^ Hanssen, Ramon F. (2001), Radar Interferometry: Data Interpretation and Error Analysis, Kluwer Academic, ISBN 9780792369455
^ [1]
^ H2A-LRE
^ [2]

귀인

이 글은 공개 도메인에 있는 이 출처의 텍스트를 통합한다.: Defense Mapping Agency (1983). Geodesy for the Layman (PDF) (Report). United States Air Force.

추가 읽기

Smith, David E. 및 Turcotte, Donald L. (eds) (eds) (1993) 지오다이내믹스에 대한 우주지오디의 기여: Crustal Dynamics Vol 23, Earth Dynamics Vol 24, Technology Vol 25, American Geophysical Union ISSN 0277-6669
François Barlier; Michel Lefebvre (2001), A new look at planet Earth: Satellite geodesy and geosciences (PDF), Kluwer Academic Publishers

외부 링크

[Seeber-1] Jump up to: ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ Seeber, Gunter (2003). Satellite geodesy. Berlin New York: Walter de Gruyter. doi:10.1515/9783110200089. ISBN 978-3-11-017549-3.

[2] Sosnica, Krzysztof (2014). Determination of Precise Satellite Orbits and Geodetic Parameters using Satellite Laser Ranging. Bern: Astronomical Institute, University of Bern, Switzerland. p. 5. ISBN 978-8393889808.

[GfL-3] Jump up to: ^a ^b ^c ^d ^e Defense Mapping Agency (1983). Geodesy for the Layman (PDF) (Report). United States Air Force.

[4] Sosnica, Krzysztof (2014). Determination of Precise Satellite Orbits and Geodetic Parameters using Satellite Laser Ranging. Bern: Astronomical Institute, University of Bern, Switzerland. p. 6. ISBN 978-8393889808.

[5] Massonnet, D.; Feigl, K. L. (1998), "Radar interferometry and its application to changes in the earth's surface", Rev. Geophys., 36 (4), pp. 441–500, Bibcode:1998RvGeo..36..441M, doi:10.1029/97RG03139

[6] Burgmann, R.; Rosen, P.A.; Fielding, E.J. (2000), "Synthetic aperture radar interferometry to measure Earth's surface topography and its deformation", Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 28, pp. 169–209, Bibcode:2000AREPS..28..169B, doi:10.1146/annurev.earth.28.1.169

[7] Hanssen, Ramon F. (2001), Radar Interferometry: Data Interpretation and Error Analysis, Kluwer Academic, ISBN 9780792369455

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[9] H2A-LRE

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