壹，GPS測量的優勢
GPS是全球定位系統的縮寫。GPS測量是壹種利用衛星定位的新型測量技術。與傳統測量技術相比，它具有以下優點:
1)用途廣泛。GPS信號可用於海空導航、車輛制導、導彈制導、精確定位、工程測量、動態觀測等。
2)簡單觀察。測量時，測量人員只需將GPS接收機的天線單元放置在測量站上，打開電源，啟動接收單元；測量結束，只需測量天線高度，關閉電源，即可完成野外數據采集。另外，GPS是全天候測量系統，可以在短時間內用較少的人力物力完成野外工作。
3)精度高。利用載波相位測量進行相對定位，相對定位精度可達到(5 mm+1× 10-6 d)的距離精度(d為比例誤差)，觀測時間小於1h。如果采用快速定位的方法，觀測時間只需要2min左右，就可以達到厘米級的定位精度。
4)經濟效益高。GPS測量不要求站間通視，可以節省常規測量的制標成本。而且由於GPS測量精度高，作業時間短，經濟效益非常顯著。
第二，GPS系統
GPS系統包括以下三個部分。
1.GPS衛星星座(空間部分)
GPS系統包括24顆衛星，均勻分布在6個近似圓形的軌道上，軌道平面之間的夾角為60°。每個軌道有4顆衛星，軌道距地面約20200km。衛星繞地球壹周的時間是12h，地球上任何地方任何時間都可以接收到至少4顆衛星的信號。
每顆GPS衛星連續發射兩個不同頻率的無線電波(L1=1575.42MHz，L2=1227.60MHz)。多種信號調制在載波上，其中最重要的是測距碼(P精碼，C/A粗碼)和導航電文。測距碼用於測量從衛星到地面點接收器的距離；導航信息用於計算衛星的軌道參數。
2.地面監控系統(地面控制部分)
GPS衛星上的各種設備是否正常工作，衛星是否沿預定軌道運行，都由地面監控系統進行監控。地面監測系統包括壹個主控站、三個註射站和五個監測站，分布在美國本土和世界其他地方的美軍基地。
GPS衛星是壹個動態的已知點，根據衛星發送的星歷表(描述衛星運動和軌道的參數)計算得出。每個GPS衛星廣播的星歷表由地面監控系統提供。
此外，地面監測系統還監測每顆衛星的時間，並計算它們的相關修正值，然後通過導航電文發送給用戶，以確保所有衛星都處於同壹GPS時間系統。
3.gps接收機
GPS接收機的主要功能是解碼、分離導航電文並測量相位和偽距。從結構上講，GPS接收機主要由五個單元組成:天線和前置放大器；信號處理單元，是接收機的核心；控制和顯示單元；存儲單元；電源單元。
GPS接收機主要用於以下兩個方面:
1)靜態定位。用戶天線在跟蹤GPS衛星的過程中是固定的。接收器以高精度測量GPS信號的傳播時間，並且連同GPS衛星在軌道中的已知位置，可以計算固定用戶天線的三維坐標。後者可以是壹個固定點，也可以是幾個點組成的GPS網。靜態定位的特點是冗余觀測大，可靠性強，定位精度高。
2)動態定位。載體(車輛、船舶、飛機等)上的用戶天線。)在跟蹤GPS衛星的過程中相對於地球運動，接收機利用GPS信號實時測量運動載體的狀態參數。動力定位的特點是逐點測量運動載體的狀態參數，冗余觀測值少，精度較低。
GPS接收機的種類很多，分為壹個載頻的單頻接收機(L1)和兩個載頻的雙頻接收機(L1L2)。單頻接收機價格便宜，雙頻接收機可以消除壹些大氣延遲的影響。對於邊長大於10km的精密測量，最好使用雙頻接收機，對於壹般控制測量，單頻接收機即可。
三、GPS定位的基本原理
GPS測量中有兩個基本觀測值:偽距和載波相位。GPS接收機測量衛星信號(測距碼)從衛星到接收機的傳播時間，然後乘以電磁波的傳播速度，得到衛星到接收機的偽距。但由於傳播時間中包含了衛星時鐘與接收機時鐘的同步誤差，以及測距碼在大氣中傳播的延遲誤差，所以得到的偽距並不等於衛星與臺站的幾何距離。載波相位測量是將接收到的衛星信號與接收機自身的信號混合，然後進行相位測量。偽距測量的精度約為測距碼符號長度的1%，P碼約為30cm，C/A碼約為3m。載波的波長要短得多(分別為19cm和24cm)，所以載波相位的測量精度壹般為1 ~ 2mm。由於相位測量只能測量載波中波長小於壹個波長的那部分，所以被測相位可以看作是壹個未知整數倍波長的偽距。
在GPS定位中，將衛星視為壹個動態的已知控制點，利用測得的距離進行空間後方交會，即可獲得接收機的位置。
GPS定位包括單點定位和相對定位。
獨立確定待定點在WGS-84世界大地坐標系中的絕對位置的方法稱為單點定位或絕對定位。其優點是只需要壹個接收機進行獨立定位；室外觀測的組織實施相對自由方便，數據處理相對簡單。但結果受衛星信號傳播過程中衛星星歷誤差和大氣延遲誤差影響顯著，定位精度較差，壹般為幾十米。單點定位在船舶和飛機導航、地質礦產勘探、礁石定位、海洋捕撈、國防建設和低精度測量等領域有著廣泛的應用前景。
相對定位是確定同步跟蹤同壹GPS衛星信號的幾個接收機之間的相對位置(三維坐標差)的壹種定位方法。在相對定位測量中，許多誤差對同步觀測站有相同或幾乎相同的影響。所以在計算的時候，可以將這些誤差抵消或者大大減弱，從而獲得高精度的相對位置，壹般精度在幾毫米到幾厘米。與單點定位相比，野外觀測和數據處理的組織實施更加復雜。相對定位廣泛應用於大地測量、工程測量和地殼形變監測等精密定位領域。
四、GPS相對定位的主要誤差來源
1)時鐘誤差。衛星上的鐘差和接收機上的鐘差是GPS測量中的主要誤差。
2)衛星位置誤差。GPS衛星的位置是根據衛星發來的星歷計算出來的，其平均誤差在20 mm左右，設dr為衛星位置誤差，其對相對定位的影響可以用下面的公式近似估算，即
建築工程測量
其中:d-兩個接收器之間的距離；
DD-相對位置誤差；
s-從接收器到衛星的距離，約為20000公裏。
比如dr=20m，對兩點相位的影響是1×10-6。
3)大氣延遲的影響。衛星信號要經過大氣才能到達接收機，所以大氣對衛星信號有延遲作用(影響其傳播速度)。從地面到50km左右高度的大氣稱為對流層，對流層的延遲是氣溫、氣壓和濕度的函數，可以用測站測得的氣象要素進行修正。50km以上的大氣稱為電離層，其影響通過雙頻接收機的測量結果進行修正。
4)多徑誤差。經過某些物體表面反射後到達接收機的信號和直接來自衛星的信號疊加到接收機中，使測量產生誤差。其影響與天線周圍環境有關。因此，選擇合適的站位是減小這種誤差的主要措施。
5)觀測誤差。觀察誤差與測量中使用的信號波長有關。使用C/A碼和P碼進行偽距觀測，誤差分別為3m和0.3m；載波相位測量誤差為65438±0 ~ 2mm。
壹般來說，GPS相對定位的精度可以表示為
σ2=a2+b2 D2 (6-26)
其中:σ-相對定位誤差；
a-固定誤差部分；
b-比例誤差部分；
D——兩站之間的距離。
復習練習
1.經緯儀導線的外業工作包括哪些？
2.選擇導線點需要註意哪些問題？
3.導線和附合導線的計算有什麽異同？
4.根據表6-11中的已知數據，計算閉合導線各點的坐標值。
表6-11閉合導線坐標