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)、實時、高精度的三維位置，三維速度和時間信息。為了進一步挖掘GPS的潛力，世界最著名的跨國測繪儀器公司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)的特點是定位精度高（單機定位精度優(yōu)于10米，采用差分定位精度可達毫米級）、觀測時間短（20km以內(nèi)相對靜態(tài)定位僅需15-20分鐘；RTK定位每站觀測只需幾秒鐘）、可提供三維坐標(biāo)、操作簡便、可全球及全天候作業(yè)、功能多、應(yīng)用廣（測速的精度可達0.1m/s，測時的精度可達幾十毫微秒）、測站間無須通視、重量輕、體積小、耗電省、可長時間連續(xù)作業(yè)。

GPS定位技術(shù)是通過地面上用戶接收機實時地連續(xù)接收高空中GPS衛(wèi)星向地面發(fā)射的L波段載頻無線電測距信號，借助專門的計算程序獲取地面用戶接收機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信號接收機（用戶設(shè)備部分）三個部分組成的，這三個部分各有其獨立的功能和作用，對于整個全球定位系統(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，任何時刻至少可以同時觀測到四顆衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星主要由銫原子鐘、計算機、2塊7m2的太陽能翼板、無線電收發(fā)兩用機、導(dǎo)航荷載（接收數(shù)據(jù)，發(fā)射測距和導(dǎo)航數(shù)據(jù)）、姿態(tài)控制和太陽能板指向系統(tǒng)幾個部分組成，在衛(wèi)星體兩端面上裝有全向遙測遙控天線（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個方面，即接收和存儲由地面監(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)星上的微處理機對不必要的數(shù)據(jù)進行處理；通過星載的原子鐘提供精密的時間標(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)測站是主控站直接控制下的數(shù)據(jù)自動采集中心，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信號接收機及相關(guān)設(shè)備組成。GPS接收機是接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的無線電設(shè)備。GPS接收機主要由天線、接收機、處理器、控制顯示單元、電源等部分組成。GPS接收機的作用是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號，以獲得必要的定位信息和觀測量，并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理而完成定位工作。GPS接收機的基本類型主要分為大地型、導(dǎo)航型和授時型三種。測量應(yīng)采用大地型接收機，大地型接收機按接收載波信號的差異分為單頻（L1）型和雙頻（L1，L2）型。

為了打破美國***對衛(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)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化實時定位服務(wù)技術(shù)、現(xiàn)代移動通信技術(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)、測繪學(xué)、氣象學(xué)、地理信息系統(tǒng)、計算機技術(shù)與現(xiàn)代通訊技術(shù)等的有機結(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)域自動化獲取和采集各類空間信息的位置、時間和與此相關(guān)的動態(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、快速和實時定位、導(dǎo)航等工作。CORS系統(tǒng)的出現(xiàn)可滿足城市規(guī)劃、國土測繪、地籍管理、城鄉(xiāng)建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測、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需求。CORS系統(tǒng)的技術(shù)目前已經(jīng)非常成熟，國內(nèi)、外運用較多，我國在較大地理區(qū)域建成并運行的CORS系統(tǒng)目前只有廣東和江蘇。Leica的連續(xù)運行參考站系統(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測量采用廣播星歷時其相應(yīng)坐標(biāo)系為世界大地坐標(biāo)系WGS-84。GPS測量采用GPS時間系統(tǒng)，因此測量時應(yīng)采用世界協(xié)調(diào)時（UTC）。

GPS測量的精度

我國目前將GPS測量按其精度劃分為AA、A、B、C、D、E等6個等級。

GPS測量控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計

GPS網(wǎng)布測前應(yīng)進行技術(shù)設(shè)計以得到最優(yōu)的布測方案。

GPS測量的選點要求

實地選點前應(yīng)收集有關(guān)布網(wǎng)任務(wù)與測區(qū)的資料（包括測區(qū)1：50000或更大比例地形圖，已有各類控制點、衛(wèi)星跟蹤站的資料等），應(yīng)充分了解和研究測區(qū)情況（特別是交通、通訊、供電、氣象及大地點等情況）。GPS點的基本要求主要有8點，即點位應(yīng)便于安置接收設(shè)備和操作且視野開闊（視場內(nèi)障礙物高度角不宜超過15o）；應(yīng)遠離大功率無線電發(fā)射源（比如到電視臺、電臺、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傳送通道的最近距離應(yīng)不小于50m）；附近不應(yīng)有強烈反射衛(wèi)星信號的物體（比如大型建筑物、等）；交通應(yīng)方便并有利于其他測量手段的擴展和聯(lián)測；地面基礎(chǔ)應(yīng)穩(wěn)定且易于點位的保存；AA、A、B級GPS點應(yīng)選在能長期保存的地方；應(yīng)充分利用符合要求的舊有控制點；應(yīng)盡可能使測站附近的小環(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GPS的附近應(yīng)埋設(shè)1~3個輔助點并測定其與GPS點的距離和高差（精度應(yīng)優(yōu)于±5mm）。

GPS點測量標(biāo)石的安置

GPS點的標(biāo)石類型及其適用級別分別為基巖天線墩（AA、A級）、巖層天線墩（AA、A級）、基巖標(biāo)石（B級）、巖層普通標(biāo)石（B~E級）、土層天線墩（AA、A級）、普通基本標(biāo)石（B~E級）、凍土基本標(biāo)石（B級）、固定沙丘基本標(biāo)石（B）、普通標(biāo)石（B~E級）、建筑物上的標(biāo)石（B~E級），C級以下臨時性工程網(wǎng)點可埋設(shè)簡易標(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的中心點并應(yīng)在標(biāo)志表面制有“GPS”及施測單位名稱。各種天線墩必須附有強制對中裝置。

各級GPS點的標(biāo)石應(yīng)用混凝土灌制。

GPS測量系統(tǒng)的基本要求

GPS接收機的選用可根據(jù)具體情況選擇，具體見表6-4-3。

表6-4-3不同等級GPS網(wǎng)對接收機的基本要求

GPS網(wǎng)等級

AA

A

B

C

D、E

單頻/雙頻

雙頻/全波長

雙頻/全波長

雙頻

雙頻或單頻

雙頻或單頻

觀測量至少有

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

同步觀測接收機數(shù)量（臺）

≥5

≥4

≥4

≥3

≥2

GPS接收機等儀器應(yīng)指定專人保管，不論采用何種運輸方式均要求專人押運并應(yīng)采取防震措施且不得碰撞、倒置和重壓，軟盤驅(qū)動器在運輸中應(yīng)插入保護片或廢磁盤進行保護。GPS作業(yè)時必須嚴(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)動器或磁帶機的磁頭，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)及時擦凈接收機上的水汽和塵埃并及時存放在儀器箱內(nèi)，儀器箱應(yīng)置于通風(fēng)、干燥陰涼處，箱內(nèi)干燥劑呈粉紅色時應(yīng)及時更換。GPS儀器交接時應(yīng)按規(guī)定的一般檢視項目進行檢查并填寫交接情況記錄。GPS接收機在外接電源前應(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)時應(yīng)采取加固措施，雷雨天氣時應(yīng)有避雷設(shè)施或停止觀測。接收機在室內(nèi)存放期間，室內(nèi)應(yīng)定期通風(fēng)并每隔1~2個月通電檢查一次，接收機內(nèi)電池要保持充滿電的狀態(tài)，外接電池應(yīng)按電池要求按時充放電。嚴(yán)禁拆卸接收機各個部件，天線電纜不得擅自切割改裝、改換型號或接長。GPS發(fā)生故障時應(yīng)認(rèn)真記錄并報告有關(guān)部門請***人員維修。GPS定位測量所用的通風(fēng)干濕表與空盒氣壓表應(yīng)定期送計量檢定部門檢驗并在有效期內(nèi)使用。

GPS觀測的基本要求

各級GPS測量的基本技術(shù)規(guī)定見表6-4-4。

表6-4-4各級GPS測量基本技術(shù)要求規(guī)定

項目級別

AA

A

B

C

D

E

衛(wèi)星截止高度角（o）

10

10

15

15

15

15

同時觀測有效衛(wèi)星總數(shù)

≥4

≥4

≥4

≥4

≥4

≥4

有效觀測衛(wèi)星總數(shù)

≥20

≥20

≥9

≥6

≥4

≥4

觀測時段數(shù)

≥10

≥6

≥4

≥2

≥1.6

≥1.6

時段長度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

時段中任意衛(wèi)星有效觀測時間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、在時段中觀測的衛(wèi)星應(yīng)為有效觀測衛(wèi)星。2、計算有效觀測衛(wèi)星總數(shù)時應(yīng)將各時段的有效觀測衛(wèi)星數(shù)扣除其間的重復(fù)衛(wèi)星數(shù)。3、觀測時段長度應(yīng)為開始記錄數(shù)據(jù)到結(jié)束紀(jì)錄的時間段。4、觀測時段數(shù)≥1.6指每站觀測一時段，至少60%測站再觀測一時段。

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

GPS天線墩上天線高h的測定應(yīng)用天線高量測桿或小鋼卷尺從廠家規(guī)定的天線高量測基準(zhǔn)面彼此相隔120°的三個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觀測的數(shù)據(jù)處理

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

GPS觀測數(shù)據(jù)的解算應(yīng)根據(jù)外業(yè)施測精度要求和實際情況、軟件功能和精度采用多基線解或單基線解，每個同步觀測圖形只能選定一個起算點，快速靜態(tài)定位測量應(yīng)以觀測單元為單位指定解算方案。AA、A、B級網(wǎng)基線精處理應(yīng)采用精密星歷，B級GPS網(wǎng)基線外業(yè)預(yù)處理和C級以下各級網(wǎng)基線處理時可采用廣播星歷，各級GPS觀測值均應(yīng)加入對流層延遲修正（對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時段為單位進行（按多基線解時每個時段須提供一組獨立基線向量及完全的方差~協(xié)方差陣，按單基線解算時須提供每條基線分量及其方差~協(xié)方差陣），B級以上各級GPS網(wǎng)的基線解算可采用雙差解、單差解或非差解，C級以下各級GPS網(wǎng)可根據(jù)基線長度采用不同的數(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解中選擇最優(yōu)結(jié)果），所有同步觀測時間短于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接收機的使用***

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

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

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