GPS（GlobalPositioningSystem）是美國研制的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可向全球用戶提供連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度的三維位置，三維速度和時(shí)間信息。為了進(jìn)一步挖掘GPS的潛力，世界最著名的跨國測(cè)繪儀器公司Leica推出了局域GPS參考站系統(tǒng)（CORS系統(tǒng)）和集成了GPS系統(tǒng)的電子全站儀---Smart-Station。GPS系統(tǒng)的特點(diǎn)是定位精度高（單機(jī)定位精度優(yōu)于10米，采用差分定位精度可達(dá)毫米級(jí)）、觀測(cè)時(shí)間短（20km以內(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位僅需15-20分鐘；RTK定位每站觀測(cè)只需幾秒鐘）、可提供三維坐標(biāo)、操作簡(jiǎn)便、可全球及全天候作業(yè)、功能多、應(yīng)用廣（測(cè)速的精度可達(dá)0.1m/s，測(cè)時(shí)的精度可達(dá)幾十毫微秒）、測(cè)站間無須通視、重量輕、體積小、耗電省、可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)作業(yè)。

GPS定位技術(shù)是通過地面上用戶接收機(jī)實(shí)時(shí)地連續(xù)接收高空中GPS衛(wèi)星向地面發(fā)射的L波段載頻無線電測(cè)距信號(hào)，借助專門的計(jì)算程序獲取地面用戶接收機(jī)接收天線所在的三維位置。因此，GPS定位系統(tǒng)主要是由GPS衛(wèi)星星座（空間部分）、地面監(jiān)控系統(tǒng)（地面控制部分）、GPS信號(hào)接收機(jī)（用戶設(shè)備部分）三個(gè)部分組成的，這三個(gè)部分各有其獨(dú)立的功能和作用，對(duì)于整個(gè)全球定位系統(tǒng)來說，它們都是不可缺少的。GPS系統(tǒng)的空間部分由GPS衛(wèi)星組成，稱為衛(wèi)星星座，衛(wèi)星星座的分布設(shè)置要保證地球上任何地點(diǎn)，任何時(shí)刻至少可以同時(shí)觀測(cè)到四顆衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星主要由銫原子鐘、計(jì)算機(jī)、2塊7m2的太陽能翼板、無線電收發(fā)兩用機(jī)、導(dǎo)航荷載（接收數(shù)據(jù)，發(fā)射測(cè)距和導(dǎo)航數(shù)據(jù)）、姿態(tài)控制和太陽能板指向系統(tǒng)幾個(gè)部分組成，在衛(wèi)星體兩端面上裝有全向遙測(cè)遙控天線（用于與地面監(jiān)控網(wǎng)通信）。GPS衛(wèi)星的基本功能可概括為5個(gè)方面，即接收和存儲(chǔ)由地面監(jiān)控站發(fā)來的導(dǎo)航信息，接收并執(zhí)行監(jiān)控站的控制指令；利用衛(wèi)星上的微處理機(jī)對(duì)不必要的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；通過星載的原子鐘提供精密的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)；向用戶發(fā)送定位信息；在地面監(jiān)控站的指令下，通過推進(jìn)器調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)和啟用備用衛(wèi)星。GPS地面監(jiān)控部分是GPS地面跟蹤網(wǎng)，GPS的地面監(jiān)控部分由分布在全球的5個(gè)地面站組成，GPS地面控制部分的作用是負(fù)責(zé)監(jiān)控全球定位系統(tǒng)的工作，監(jiān)測(cè)站是主控站直接控制下的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集中心，主控站是核心可協(xié)調(diào)和管理地面監(jiān)控系統(tǒng)。GPS用戶部分由GPS信號(hào)接收機(jī)及相關(guān)設(shè)備組成。GPS接收機(jī)是接收、跟蹤、變換和測(cè)量GPS信號(hào)的無線電設(shè)備。GPS接收機(jī)主要由天線、接收機(jī)、處理器、控制顯示單元、電源等部分組成。GPS接收機(jī)的作用是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號(hào)，以獲得必要的定位信息和觀測(cè)量，并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理而完成定位工作。GPS接收機(jī)的基本類型主要分為大地型、導(dǎo)航型和授時(shí)型三種。測(cè)量應(yīng)采用大地型接收機(jī)，大地型接收機(jī)按接收載波信號(hào)的差異分為單頻（L1）型和雙頻（L1，L2）型。

為了打破美國***對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的壟斷地位，一些國家已經(jīng)或正在獨(dú)立或聯(lián)合構(gòu)建其它的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。這些系統(tǒng)包括國際民航組織（ICAO）的GNSS系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)、歐洲空間局的NAVSAT系統(tǒng)、歐洲空間局的Galileo系統(tǒng)、國際海事衛(wèi)星（INMASAT）系統(tǒng)、中國的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)。目前已經(jīng)運(yùn)行并使用的是俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem--全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）。GLONASS系統(tǒng)類似于GPS系統(tǒng)，是俄羅斯以空間為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。

圖6-4-1Leica的連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)圖6-4-2GPS參考站設(shè)備安裝連接示意圖

CORS系統(tǒng)（連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)）是建立在現(xiàn)代GNSS（GlobalNavigationSateliteSystem--全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)定位服務(wù)技術(shù)、現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)基礎(chǔ)之上的大型區(qū)域性定位與導(dǎo)航綜合服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，它是衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、測(cè)繪學(xué)、氣象學(xué)、地理信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與現(xiàn)代通訊技術(shù)等的有機(jī)結(jié)合，是大區(qū)域“空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施”的最為重要的組成部分，也是大區(qū)域數(shù)字化多種空間數(shù)據(jù)采集的基準(zhǔn)參考框架，是大區(qū)域自動(dòng)化獲取和采集各類空間信息的位置、時(shí)間和與此相關(guān)的動(dòng)態(tài)變化的一種基礎(chǔ)設(shè)施。系統(tǒng)通常是由分布于整個(gè)區(qū)域內(nèi)的若干衛(wèi)星基準(zhǔn)站、系統(tǒng)控制中心、發(fā)播系統(tǒng)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)等組成，各種數(shù)據(jù)服務(wù)通過各種無線或有線公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)完成（如因特網(wǎng)、手機(jī)通訊網(wǎng)及廣播網(wǎng)等）。由于其服務(wù)方式符合國際標(biāo)準(zhǔn)，因此整個(gè)區(qū)域及鄰近地區(qū)的不同用戶都可以使用其數(shù)據(jù)服務(wù)，完成各種精密定位、快速和實(shí)時(shí)定位、導(dǎo)航等工作。CORS系統(tǒng)的出現(xiàn)可滿足城市規(guī)劃、國土測(cè)繪、地籍管理、城鄉(xiāng)建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、防災(zāi)減災(zāi)、船舶、車輛導(dǎo)航、交通監(jiān)控等多種現(xiàn)代信息化管理的社會(huì)需求。CORS系統(tǒng)的技術(shù)目前已經(jīng)非常成熟，國內(nèi)、外運(yùn)用較多，我國在較大地理區(qū)域建成并運(yùn)行的CORS系統(tǒng)目前只有廣東和江蘇。Leica的連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（CORS系統(tǒng)）見圖6-4-1，GPS參考站（CORS系統(tǒng)）設(shè)備安裝連接見圖6-4-2（示意圖）。

GPS測(cè)量采用廣播星歷時(shí)其相應(yīng)坐標(biāo)系為世界大地坐標(biāo)系WGS-84。GPS測(cè)量采用GPS時(shí)間系統(tǒng)，因此測(cè)量時(shí)應(yīng)采用世界協(xié)調(diào)時(shí)（UTC）。

GPS測(cè)量的精度

我國目前將GPS測(cè)量按其精度劃分為AA、A、B、C、D、E等6個(gè)等級(jí)。

GPS測(cè)量控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)

GPS網(wǎng)布測(cè)前應(yīng)進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)以得到最優(yōu)的布測(cè)方案。

GPS測(cè)量的選點(diǎn)要求

實(shí)地選點(diǎn)前應(yīng)收集有關(guān)布網(wǎng)任務(wù)與測(cè)區(qū)的資料（包括測(cè)區(qū)1：50000或更大比例地形圖，已有各類控制點(diǎn)、衛(wèi)星跟蹤站的資料等），應(yīng)充分了解和研究測(cè)區(qū)情況（特別是交通、通訊、供電、氣象及大地點(diǎn)等情況）。GPS點(diǎn)的基本要求主要有8點(diǎn)，即點(diǎn)位應(yīng)便于安置接收設(shè)備和操作且視野開闊（視場(chǎng)內(nèi)障礙物高度角不宜超過15o）；應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源（比如到電視臺(tái)、電臺(tái)、微波站、等的直線距離應(yīng)不小于200m，到高壓輸電線和微波無線電信號(hào)傳送通道的最近距離應(yīng)不小于50m）；附近不應(yīng)有強(qiáng)烈反射衛(wèi)星信號(hào)的物體（比如大型建筑物、等）；交通應(yīng)方便并有利于其他測(cè)量手段的擴(kuò)展和聯(lián)測(cè)；地面基礎(chǔ)應(yīng)穩(wěn)定且易于點(diǎn)位的保存；AA、A、B級(jí)GPS點(diǎn)應(yīng)選在能長(zhǎng)期保存的地方；應(yīng)充分利用符合要求的舊有控制點(diǎn)；應(yīng)盡可能使測(cè)站附近的小環(huán)境（比如地形、地貌、植被、等）與周圍大環(huán)境保持一致以減少氣象元素的代表性誤差。在非基巖的AA、A級(jí)GPS的附近應(yīng)埋設(shè)1~3個(gè)輔助點(diǎn)并測(cè)定其與GPS點(diǎn)的距離和高差（精度應(yīng)優(yōu)于±5mm）。

GPS點(diǎn)測(cè)量標(biāo)石的安置

GPS點(diǎn)的標(biāo)石類型及其適用級(jí)別分別為基巖天線墩（AA、A級(jí)）、巖層天線墩（AA、A級(jí)）、基巖標(biāo)石（B級(jí)）、巖層普通標(biāo)石（B~E級(jí)）、土層天線墩（AA、A級(jí)）、普通基本標(biāo)石（B~E級(jí)）、凍土基本標(biāo)石（B級(jí)）、固定沙丘基本標(biāo)石（B）、普通標(biāo)石（B~E級(jí)）、建筑物上的標(biāo)石（B~E級(jí)），C級(jí)以下臨時(shí)性工程網(wǎng)點(diǎn)可埋設(shè)簡(jiǎn)易標(biāo)志。各種類型的標(biāo)石應(yīng)設(shè)有中心標(biāo)志，基巖和基本標(biāo)識(shí)的標(biāo)石中心標(biāo)志應(yīng)用銅或不銹鋼***，普通標(biāo)石的中心標(biāo)志可用鐵或堅(jiān)硬的復(fù)合材料***，標(biāo)志中心應(yīng)可有清晰、精細(xì)的十字線或嵌入不同顏色金屬（不銹鋼或銅）***的直徑小于0.5mm的中心點(diǎn)并應(yīng)在標(biāo)志表面制有“GPS”及施測(cè)單位名稱。各種天線墩必須附有強(qiáng)制對(duì)中裝置。

各級(jí)GPS點(diǎn)的標(biāo)石應(yīng)用混凝土灌制。

GPS測(cè)量系統(tǒng)的基本要求

GPS接收機(jī)的選用可根據(jù)具體情況選擇，具體見表6-4-3。

表6-4-3不同等級(jí)GPS網(wǎng)對(duì)接收機(jī)的基本要求

GPS網(wǎng)等級(jí)

AA

A

B

C

D、E

單頻/雙頻

雙頻/全波長(zhǎng)

雙頻/全波長(zhǎng)

雙頻

雙頻或單頻

雙頻或單頻

觀測(cè)量至少有

L1、L2載波相位

L1、L2載波相位

L1、L2載波相位

L1載波相位

L1載波相位

同步觀測(cè)接收機(jī)數(shù)量（臺(tái)）

≥5

≥4

≥4

≥3

≥2

GPS接收機(jī)等儀器應(yīng)指定專人保管，不論采用何種運(yùn)輸方式均要求專人押運(yùn)并應(yīng)采取防震措施且不得碰撞、倒置和重壓，軟盤驅(qū)動(dòng)器在運(yùn)輸中應(yīng)插入保護(hù)片或廢磁盤進(jìn)行保護(hù)。GPS作業(yè)時(shí)必須嚴(yán)格遵守技術(shù)規(guī)定和操作要求，作業(yè)人員須經(jīng)培訓(xùn)合格后方可上崗操作，未經(jīng)允許非作業(yè)人員不得擅自操作儀器。GPS接收儀器應(yīng)注意防震、防潮、防曬、防塵、防蝕、防輻射，應(yīng)定期分別用清洗盤和專用清潔劑清洗軟盤驅(qū)動(dòng)器或磁帶機(jī)的磁頭，電纜線不得扭折也不得在地面拖拉、碾砸（其接頭和聯(lián)結(jié)器要始終保持清潔）。GPS作業(yè)結(jié)束后應(yīng)及時(shí)擦凈接收機(jī)上的水汽和塵埃并及時(shí)存放在儀器箱內(nèi)，儀器箱應(yīng)置于通風(fēng)、干燥陰涼處，箱內(nèi)干燥劑呈粉紅色時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。GPS儀器交接時(shí)應(yīng)按規(guī)定的一般檢視項(xiàng)目進(jìn)行檢查并填寫交接情況記錄。GPS接收機(jī)在外接電源前應(yīng)檢查電壓是否正常，電池正負(fù)極切勿接反。當(dāng)天線置于樓頂、高標(biāo)及其他設(shè)施的頂端作業(yè)時(shí)應(yīng)采取加固措施，雷雨天氣時(shí)應(yīng)有避雷設(shè)施或停止觀測(cè)。接收機(jī)在室內(nèi)存放期間，室內(nèi)應(yīng)定期通風(fēng)并每隔1~2個(gè)月通電檢查一次，接收機(jī)內(nèi)電池要保持充滿電的狀態(tài)，外接電池應(yīng)按電池要求按時(shí)充放電。嚴(yán)禁拆卸接收機(jī)各個(gè)部件，天線電纜不得擅自切割改裝、改換型號(hào)或接長(zhǎng)。GPS發(fā)生故障時(shí)應(yīng)認(rèn)真記錄并報(bào)告有關(guān)部門請(qǐng)***人員維修。GPS定位測(cè)量所用的通風(fēng)干濕表與空盒氣壓表應(yīng)定期送計(jì)量檢定部門檢驗(yàn)并在有效期內(nèi)使用。

GPS觀測(cè)的基本要求

各級(jí)GPS測(cè)量的基本技術(shù)規(guī)定見表6-4-4。

表6-4-4各級(jí)GPS測(cè)量基本技術(shù)要求規(guī)定

項(xiàng)目級(jí)別

AA

A

B

C

D

E

衛(wèi)星截止高度角（o）

10

10

15

15

15

15

同時(shí)觀測(cè)有效衛(wèi)星總數(shù)

≥4

≥4

≥4

≥4

≥4

≥4

有效觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)

≥20

≥20

≥9

≥6

≥4

≥4

觀測(cè)時(shí)段數(shù)

≥10

≥6

≥4

≥2

≥1.6

≥1.6

時(shí)段長(zhǎng)度min

靜態(tài)

≥720

≥540

≥240

≥60

≥45

≥40

快

速

靜

態(tài)

雙頻+P（Y）

—

—

—

≥10

≥5

≥2

雙頻全波

—

—

—

≥15

≥10

≥10

單頻或雙頻半波

—

—

—

≥30

≥20

≥15

采樣間隔s

靜態(tài)

30

30

30

10~30

10~30

10~30

快速靜態(tài)

—

—

—

5~15

5~15

5~15

時(shí)段中任意衛(wèi)星有效觀測(cè)時(shí)間min

靜態(tài)

≥15

≥15

≥15

≥15

≥15

≥15

快

速

靜

態(tài)

雙頻+P（Y）

—

—

—

≥1

≥1

≥1

雙頻全波

—

—

—

≥3

≥3

≥3

單頻或雙頻半波

—

—

—

≥5

≥5

≥5

注：1、在時(shí)段中觀測(cè)的衛(wèi)星應(yīng)為有效觀測(cè)衛(wèi)星。2、計(jì)算有效觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)時(shí)應(yīng)將各時(shí)段的有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)扣除其間的重復(fù)衛(wèi)星數(shù)。3、觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度應(yīng)為開始記錄數(shù)據(jù)到結(jié)束紀(jì)錄的時(shí)間段。4、觀測(cè)時(shí)段數(shù)≥1.6指每站觀測(cè)一時(shí)段，至少60%測(cè)站再觀測(cè)一時(shí)段。

GPS測(cè)量作業(yè)所獲得的成果紀(jì)錄應(yīng)包括觀測(cè)記錄（磁盤、光盤或磁帶存儲(chǔ)）、測(cè)量手簿、其他紀(jì)錄（主要有觀測(cè)計(jì)劃、偏心觀測(cè)資料、等）。

GPS天線墩上天線高h(yuǎn)的測(cè)定應(yīng)用天線高量測(cè)桿或小鋼卷尺從廠家規(guī)定的天線高量測(cè)基準(zhǔn)面彼此相隔120°的三個(gè)位置分別量取到天線墩中心標(biāo)志面的垂直距離（互差應(yīng)小于2mm）取平均值作為天線高。

GPS觀測(cè)的數(shù)據(jù)處理

目前的GPS接收機(jī)均可利用機(jī)內(nèi)的固化軟件自動(dòng)處理數(shù)據(jù)。C級(jí)及以下各級(jí)GPS網(wǎng)基線解算及B級(jí)GPS網(wǎng)及基線預(yù)處理可采用隨接收機(jī)配備的商用軟件，AA、A、B級(jí)GPS網(wǎng)基線精處理須采用專門的軟件，計(jì)算結(jié)果中應(yīng)包括相對(duì)定位坐標(biāo)和協(xié)方差陣等平差所需的元素。

GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)的解算應(yīng)根據(jù)外業(yè)施測(cè)精度要求和實(shí)際情況、軟件功能和精度采用多基線解或單基線解，每個(gè)同步觀測(cè)圖形只能選定一個(gè)起算點(diǎn)，快速靜態(tài)定位測(cè)量應(yīng)以觀測(cè)單元為單位指定解算方案。AA、A、B級(jí)網(wǎng)基線精處理應(yīng)采用精密星歷，B級(jí)GPS網(wǎng)基線外業(yè)預(yù)處理和C級(jí)以下各級(jí)網(wǎng)基線處理時(shí)可采用廣播星歷，各級(jí)GPS觀測(cè)值均應(yīng)加入對(duì)流層延遲修正（對(duì)流層延遲修正模型中的氣象元素可采用標(biāo)準(zhǔn)氣象元素），基線解算通常可按同步觀測(cè)時(shí)段為單位進(jìn)行（按多基線解時(shí)每個(gè)時(shí)段須提供一組獨(dú)立基線向量及完全的方差~協(xié)方差陣，按單基線解算時(shí)須提供每條基線分量及其方差~協(xié)方差陣），B級(jí)以上各級(jí)GPS網(wǎng)的基線解算可采用雙差解、單差解或非差解，C級(jí)以下各級(jí)GPS網(wǎng)可根據(jù)基線長(zhǎng)度采用不同的數(shù)據(jù)處理模型（但15km內(nèi)的基線必須采用雙差固定解，15km以上的基線允許在雙差固定解和雙差浮點(diǎn)解中選擇最優(yōu)結(jié)果），所有同步觀測(cè)時(shí)間短于35min的快速定位基線必須采用合格的雙差固定解作為基線解算的最終結(jié)果。

Leica1200系列GPS接收機(jī)的使用***

GPS網(wǎng)常用的布網(wǎng)形式有跟蹤站式、會(huì)戰(zhàn)式、多基準(zhǔn)站式（樞紐點(diǎn)式）、同步圖形擴(kuò)展式、單基準(zhǔn)站式、等幾種。

Leica的GPS1200系列接收機(jī)主要由GPS天線、主機(jī)、天線電纜以及配套的數(shù)據(jù)鏈、等組成。Leica1230接收機(jī)測(cè)量操作的基本流程為：根據(jù)需要的測(cè)量形式編輯靜態(tài)或動(dòng)態(tài)（RTK基準(zhǔn)站或流動(dòng)站）測(cè)量配置集（即測(cè)量參數(shù)設(shè)置）→新建作業(yè)→測(cè)量。

圖6-4-4Leica的GPS1200圖6-4-5Leica1230手薄界面圖6-4-6配置管理