mở đầu kỷ nguyên mới của trắc địa: ra đời chuyên ngành khoa học Trắc địa vệ 6 tinh (TĐVT). Lúc đầu vệ tinh (VT) được đưa lên quỹ đạo và đóng vai trò như là mục tiêu cao, dùng các phương pháp quan sát mặt đất để xây dựng lưới tam giác vệ tinh. Đã có các lưới trắc địa vệ tinh đầu tiên để tính ra các tham số hình học và vật lý đầu tiên của Trái đất trên phạm vi toàn cầu. Các giai đoạn của trắc địa vệ tinh được phân chia như sau: 1.
Từ năm 1958 đến năm 1970 Phát triển các phương pháp cơ bản trong quan trắc vệ tinh, tính toán và phân tích quỹ đạo vệ tinh. Trong thời kỳ này, phương pháp quang học và chụp ảnh là phương pháp được áp dụng chủ yếu để đo hướng đến vệ tinh. Kết quả quan sát vệ tinh đã xác định được các hệ số của hàm điều hòa thế trọng trường Trái đất, nhờ đó đã công bố được mô hình Trái đất đầu tiên. Từ năm 1970 đến năm 1980 Đây là giai đoạn thực hiện các dự án khoa học.
Người ta đã đưa ra các kỹ thuật mới để quan sát vệ tinh nhận tạo, trong đó có phương pháp đo khoảng cách bằng laser đến vệ tinh và đến Mặt trăng, phương pháp đo cao từ vệ tinh. Trong thời kỳ này, Mỹ đã xây dựng hệ thống định vị toàn cầu TRANSIT dựa trên nguyên lý định vị Doppler, còn Liên Xô có hệ thống tương tự mang tên TSIKADA. Đã công bố một số mô hình trọng trường Trái đất nâng cao như GEM 10, GRIM. Độ chính xác quan sát vệ tinh được nâng cao nhờ có xét đến hiện tượng địa động như chuyển động quay của Trái đất, chuyển dịch cực Trái đất, biến dạng vỏ Trái đất.
Trong thời kỳ này kỹ thuật quan sát Doppler được áp dụng rộng rãi trong trắc địa. Từ năm 1980 đến năm 1990 Đây là giai đoạn ứng dụng mạnh mẽ kỹ thuật vệ tinh trong Trắc địa cao cấp, trong địa động học và trong đo đạc. Trong thời gian này, sự phát triển của trắc địa vệ tinh đi theo hai hướng chủ yếu sau: - Hướng thứ nhất mở rộng các ứng dụng của quan trắc vệ tinh. Các phương pháp đo đạc bằng vệ tinh được ứng dụng rộng rãi để thay thế các phương pháp đo đạc truyền thống.
Cụ thể là các ứng dụng của công nghệ GPS trong thời gian này đã giải quyết có hiệu quả nhiều nhiệm vụ khác nhau của công tác trắc địa - bản đồ. - Hướng thứ hai là đi sâu nghiên cứu nâng cao độ chính xác định vị vệ tinh. Nhờ đó phương pháp trắc địa vệ tinh đã thay thế phương pháp thiên văn truyền 7 thống trong giám sát chuyển dịch cực Trái đất và chuyển động quay của Trái đất. Bằng quan trắc vệ tinh, người ta đã đo đạc xác định được biến dạng vỏ Trái đất trên quy mô toàn cầu.
Từ năm 1990 đến năm 2000 Đây là thời kỳ phát triển các dịch vụ trạm thường xuyên quốc gia và quốc tế. Trong thời gian này, các hoạt động của IERS và IGS dựa trên mạng lưới các trạm quan trắc thường trực bằng các kỹ thuật đo đạc không gian chính xác như VLBI, LLR, SLR, GPS đã cung cấp các thông số định hướng Trái đất với độ chính xác cao, nhờ đó đã xây dựng được khung quy chiếu sao quốc tế (ICRF) và khung quy chiếu Trái đất quốc tế (ITRF) với độ chính xác cao. Trong thời gian này, số trạm IGS thường trực trên toàn cầu đã nên đến 300. Cũng trong thời gian này, nhiều quốc gia đã xây dựng hệ thống trạm quan sát liên tục CORS như hệ thống CORS của Mỹ, CACS của Canada và SAPOS của CHLB Đức,.
Từ năm 2000 trở lại đây Sau hơn 40 năm phát triển của trắc địa vệ tinh, từ năm 2000 kỹ thuật này tiếp tục được phát triển. Độ chính xác của các dạng lời giải không gian, thời gian được nâng cao hơn. Trắc địa vệ tinh đã mở rộng ứng dụng khoa học và thực tiễn sang các lĩnh vực mới. Trong thời gian này phải kể đến một số thành tựu sau: - Đưa các vệ tinh CHAMP, GRACE và GOCE lên quỹ đạo phục vụ quan sát trường trọng lực Trái đất với độ phân giải cao.
- Tiếp tục nâng cấp hệ thống vệ tinh đạo hàng toàn cầu GNSS với các vệ tinh GPS thế hệ mới thuộc khối IIR, IIF, các vệ tinh GLONASS - M, GLONASS - K và các vệ tinh thử nghiệm của hệ thống GALILEO. - Nâng cao độ chính xác quan sát Trái đất nhờ công nghệ rada vệ tinh độ phân giải cao SAR. - Xây dựng các hệ thống giám sát thường trực về tai biến tự nhiên và quan trắc môi trường. - Phát triển tích hợp các công nghệ trắc địa không gian di chuyển được (TIGO) để xây dựng các hệ thống giám sát địa động lực.
Lịch sử phát triển của trắc địa vệ tinh đã trải qua hai thời kỳ công nghệ, đó là thời kỳ sử dụng các vệ tinh thụ động để giải quyết bài toán định vị theo phương 8 pháp hình học và thời kỳ sử dụng các vệ tinh chủ động để giải quyết bài toán định vị theo phương pháp động học. Ở Việt Nam, các ứng dụng của công nghệ GPS trong trắc địa mới chỉ bắt đầu từ những năm 1990, song chúng ta đã khai thác có hiệu quả trong công tác xây dựng và hoàn thiện mạng lưới thiên văn - trắc địa quốc gia. Xây dựng lưới trắc địa biển, liên kết đất liền với các hải đảo nằm xa đất liền. Công nghệ GPS đã góp phần xây dựng cơ sở dữ liệu để hình thành hệ quy chiếu VN-2000.
Bên cạnh đó chúng ta đã ứng dụng GPS để đo đạc một số mạng lưới nghiên cứu địa động trên các khu vực đứt gẫy Sông Hồng, đứt gẫy Điện Biên - Lai Châu và tham gia cùng các nước trong khu vực thực hiện đo đạc và nghiên cứu chuyển dịch vỏ Trái đất thuộc vùng Đông Nam Á. Nhiệm vụ của trắc địa vệ tinh Từ lịch sử phát triển của trắc địa vệ tinh, ta có thể thấy rằng nhiệm vụ của trắc địa vệ tinh là nhiệm vụ của trắc địa cao cấp được giải quyết bằng lý thuyết mới và công nghệ mới. Nhiệm vụ tổng quát của trắc địa vệ tinh là nghiên cứu quan hệ tương hỗ giữa các điểm trên bề mặt trái đất và thiết bị đặt trên VTNT chuyển động trong trường trọng lực của Trái đất và các đặc điểm của trường trọng lực này bằng các lý thuyết và thiết bị liên quan đến trị đo từ mặt đất đến vệ tinh. Nhiệm vụ này có thể diễn đạt cụ thể hơn như sau: - Xác định chính xác vị trí không gian của các điểm trên mặt đất, trong không gian quanh Trái đất trong phạm vị khu vực và toàn cầu.
- Xác định thế trọng trường Trái đất và những yếu tố liên quan như Ellipxoid trái đất, Geoid, địa hình mặt biển. - Đo đạc và mô hình hóa các hiện tượng địa động. Các bài toán và các nguyên lý định vị vệ tinh 1. Các bài toán định vị vệ tinh Trắc địa vệ tinh là môn khoa học nghiên cứu việc ứng dụng các kết quả quan sát vệ tinh nhân tạo hoặc vệ tinh tự nhiên của Trái đất và các vật thể vũ trụ khác để giải quyết các nhiệm vụ kỹ thuật của trắc địa.
9 Để giải quyết nhiệm vụ xác định vị trí điểm trên bề mặt Trái đất dựa vào quan sát vệ tinh, người ta đưa ra hai nguyên tắc đó là nguyên tắc hình học và nguyên tắc động học. Trước đây người ta đưa lên quỹ đạo một số vệ tinh nhân tạo đóng vai trò như những mục tiêu di động phát sáng hoặc được chiếu sáng, nhờ đó các trạm quan sát trên mặt đất có thể ghi nhận được vị trí bằng chụp ảnh vệ tinh trên nền sao. Bằng cách này người ta có thể tiến hành xác định được vị trí điểm quan sát trên mặt đất mà không cần biết vị trí chính xác của vệ tinh. Các vệ tinh này được gọi là các vệ tinh thụ động, và bài toán xác định trong trường hợp này được giải quyết theo nguyên tắc hình học còn gọi là bài toán hình học.
Trong bảng 1-1 thống kê một số vệ tinh thụ động. Một số vệ tinh thụ động Vệ tinh Năm sử dụng Độ cao vệ tinh (km) ECHO-1 1960 - 1968 1600 ECHO-2 1964 - 1969 1200 PAGEOS 1966 - 1972 2800 - 5600 EXPLORER-19 1963 1300 EXPLORER-39 1968 700 - 2500 STARLETTE 1975 810 - 1100 LAGEOS 1976 5900 Phương pháp tam giác vệ tinh được xây dựng dựa trên kết quả quan sát đồng thời các vệ tinh thụ động. Các trị đo có thể là các trị đo hướng, đo khoảng cách từ điểm quan sát đến vệ tinh. Thông qua các trị đo hướng, trị đo khoảng cách đến các vệ tinh, người ta xây dựng các mạng lưới tam giác không gian liên kết các điểm trên mặt đất.
Sau khi bình sai mạng lưới không gian, người ta sẽ tính chuyển tọa độ cho các điểm trong mạng, đồng thời cũng nhận được vị trí vệ tinh tại thời điểm quan sát. Trong trường hợp này vị trí vệ tinh đóng vai trò như các điểm ngắm phụ trợ để tạo nên mạng lưới không gian. Nhược điểm cơ bản của bài toán hình học là không thể thực hiện định vị tuyệt đối tức thời mà chỉ có thể thực hiện định vị tương đối xử lý sau. Trong bài 10 toán hình học, thiết bị quan sát cồng kềnh, việc tổ chức đo phức tạp, tốn nhiều thời gian, độ chính xác thấp.
Những thời gian sau này, nhờ sự phát triển của kỹ thuật điện tử, các vệ tinh được trang bị nguồn phát tín hiệu vô tuyến, gương phản chiếu laser, đồng hồ chính xác. Trong quá trình chuyển động trên quỹ đạo người ta xác định được vị trí chính xác của vệ tinh, từ đó xác định được vị trí của các trạm thu tín hiệu vệ tinh hoặc trạm đo khoảng cách tới vệ tinh bằng laser. Các vệ tinh như vậy gọi là các vệ tinh chủ động và bài toán định vị trong trường hợp được giải quyết theo nguyên tắc động học còn gọi là bài toán động học. Các vệ tinh của hệ thống TRANSIT, GPS và GLONASS, GALILEO thuộc nhóm vệ tinh chủ động.
Trong bảng 1-2 thống kê một số vệ tinh chủ động. Một số vệ tinh chủ động Vệ tinh Bắt đầu sử dụng Độ cao vệ tinh (km) Góc nghiêng quỹ đạo (i) ANNA-1B 1962 1100 510 GEOS-1 1965 1100 - 2300 29.5 GEOS-2 1968 1100 - 1600 106 TRANSIT 1962 1100 90 GPS 1978 20200 55 GLONASS 1992 19100 64.