GPS（Global Positioning System）是美国研制的新一代卫星导航定位系统，可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息。为了进一步挖掘GPS的潜力，世界最著名的跨国测绘仪器公司Leica推出了局域GPS参考站系统（CORS系统）和集成了GPS系统的电子全站仪---Smart-Station。GPS系统的特点是定位精度高（单机定位精度优于10米，采用差分定位精度可达毫米级）、观测时间短（20km以内相对静态定位仅需15-20分钟；RTK定位每站观测只需几秒钟）、可提供三维坐标、操作简便、可全球及全天候作业、功能多、应用广（测速的精度可达0.1m/s，测时的精度可达几十毫微秒）、测站间无须通视、重量轻、体积小、耗电省、可长时间连续作业。
GPS定位技术是通过地面上用户接收机实时地连续接收高空中GPS卫星向地面发射的L波段载频无线电测距信号，借助专门的计算程序获取地面用户接收机接收天线所在的三维位置。因此，GPS定位系统主要是由GPS卫星星座（空间部分）、地面监控系统（地面控制部分）、GPS信号接收机（用户设备部分）三个部分组成的，这三个部分各有其独立的功能和作用，对于整个全球定位系统来说，它们都是不可缺少的。GPS系统的空间部分由GPS卫星组成，称为卫星星座，卫星星座的分布设置要保证地球上任何地点，任何时刻至少可以同时观测到四颗卫星。GPS卫星主要由铯原子钟、计算机、2块7m2的太阳能翼板、无线电收发两用机、导航荷载（接收数据，发射测距和导航数据）、姿态控制和太阳能板指向系统几个部分组成，在卫星体两端面上装有全向遥测遥控天线（用于与地面监控网通信）。GPS卫星的基本功能可概括为5个方面，即接收和存储由地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制指令；利用卫星上的微处理机对不必要的数据进行处理；通过星载的原子钟提供精密的时间标准；向用户发送定位信息；在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星姿态和启用备用卫星。GPS地面监控部分是GPS地面跟踪网，GPS的地面监控部分由分布在全球的5个地面站组成，GPS地面控制部分的作用是负责监控全球定位系统的工作，监测站是主控站直接控制下的数据自动采集中心，主控站是核心可协调和管理地面监控系统。GPS用户部分由GPS信号接收机及相关设备组成。GPS接收机是接收、跟踪、变换和测量GPS信号的无线电设备。GPS接收机主要由天线、接收机、处理器、控制显示单元、电源等部分组成。GPS接收机的作用是接收GPS卫星发射的无线电信号，以获得必要的定位信息和观测量，并经过数据处理而完成定位工作。GPS接收机的基本类型主要分为大地型、导航型和授时型三种。测量应采用大地型接收机，大地型接收机按接收载波信号的差异分为单频（L1）型和双频（L1，L2）型。
为了打破美国***对卫星导航技术的垄断地位，一些***已经或正在独立或联合构建其它的卫星导航系统。这些系统包括国际民航组织（ICAO）的GNSS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧洲空间局的NAVSAT系统、欧洲空间局的Galileo系统、国际海事卫星（INMASAT）系统、中国的北斗导航卫星系统。目前已经运行并使用的是俄罗斯的GLONASS系统（Global Navigation Satellite System--全球导航卫星系统）。GLONASS系统类似于GPS系统，是俄罗斯以空间为基础的无线电导航系统。
图6-4-1 Leica的连续运行参考站系统 图6-4-2 GPS参考站设备安装连接示意图
CORS系统（连续运行卫星定位服务系统）是建立在现代GNSS（Global Navigation Satelite System--全球导航卫星系统）技术、计算机网络技术、网络化实时定位服务技术、现代移动通信技术基础之上的大型区域性定位与导航综合服务网络，它是卫星导航定位技术、测绘学、气象学、地理信息系统、计算机技术与现代通讯技术等的有机结合，是大区域“空间数据基础设施”的最为重要的组成部分，也是大区域数字化多种空间数据采集的基准参考框架，是大区域自动化获取和采集各类空间信息的位置、时间和与此相关的动态变化的一种基础设施。系统通常是由分布于整个区域内的若干卫星基准站、系统控制中心、发播系统、用户应用系统等组成，各种数据服务通过各种无线或有线公众数据网络完成（如因特网、手机通讯网及广播网等）。由于其服务方式符合国际标准，因此整个区域及邻近地区的不同用户都可以使用其数据服务，完成各种精密定位、快速和实时定位、导航等工作。CORS系统的出现可满足城市规划、国土测绘、地籍管理、城乡建设、环境监测、防灾减灾、船舶、车辆导航、交通监控等多种现代信息化管理的社会需求。CORS系统的技术目前已经非常成熟，国内、外运用较多，我国在较大地理区域建成并运行的CORS系统目前只有广东和江苏。Leica的连续运行参考站系统（CORS系统）见图6-4-1，GPS参考站（CORS系统）设备安装连接见图6-4-2（示意图）。
GPS测量采用广播星历时其相应坐标系为世界大地坐标系WGS-84。GPS测量采用GPS时间系统，因此测量时应采用世界协调时（UTC）。
GPS测量的精度
我国目前将GPS测量按其精度划分为AA、A、B、C、D、E等6个等级。
GPS测量控制网技术设计
GPS网布测前应进行技术设计以得到最优的布测方案。
GPS测量的选点要求
实地选点前应收集有关布网任务与测区的资料（包括测区1：50000或更大比例地形图，已有各类控制点、卫星跟踪站的资料等），应充分了解和研究测区情况（特别是交通、通讯、供电、气象及大地点等情况）。GPS点的基本要求主要有8点，即点位应便于安置接收设备和操作且视野开阔（视场内障碍物高度角不宜超过15º）；应远离大功率无线电发射源（比如到电视台、电台、微波站、等的直线距离应不小于200m，到高压输电线和微波无线电信号传送通道的最近距离应不小于50m）；附近不应有强烈反射卫星信号的物体（比如大型建筑物、等）；交通应方便并有利于其他测量手段的扩展和联测；地面基础应稳定且易于点位的保存；AA、A、B级GPS点应选在能长期保存的地方；应充分利用符合要求的旧有控制点；应尽可能使测站附近的小环境（比如地形、地貌、植被、等）与周围大环境保持一致以减少气象元素的代表性误差。在非基岩的AA、A级GPS的附近应埋设1~3个辅助点并测定其与GPS点的距离和高差（精度应优于±5mm）。
GPS点测量标石的安置
GPS点的标石类型及其适用级别分别为基岩天线墩（AA、A级）、岩层天线墩（AA、A级）、基岩标石（B级）、岩层普通标石（B~E级）、土层天线墩（AA、A级）、普通基本标石（B~E级）、冻土基本标石（B级）、固定沙丘基本标石（B）、普通标石（B~E级）、建筑物上的标石（B~E 级），C级以下临时性工程网点可埋设简易标志。各种类型的标石应设有中心标志，基岩和基本标识的标石中心标志应用铜或不锈钢制作，普通标石的中心标志可用铁或坚硬的复合材料制作，标志中心应可有清晰、精细的十字线或嵌入不同颜色金属（不锈钢或铜）制作的直径小于0.5mm的中心点并应在标志表面制有“GPS”及施测单位名称。各种天线墩必须附有强制对中装置。
各级GPS点的标石应用混凝土灌制。
GPS测量系统的基本要求
GPS接收机的选用可根据具体情况选择，具体见表6-4-3。
表6-4-3 不同等级GPS网对接收机的基本要求
GPS网等级
AA
A
B
C
D、E
单频/双频
双频/全波长
双频/全波长
双频
双频或单频
双频或单频
观测量至少有
L1、L2载波相位
L1、L2载波相位
L1、L2载波相位
L1载波相位
L1载波相位
同步观测接收机数量（台）
≥5
≥4
≥4
≥3
≥2
GPS接收机等仪器应指定专人保管，不论采用何种运输方式均要求专人押运并应采取防震措施且不得碰撞、倒置和重压，软盘驱动器在运输中应插入保护片或废磁盘进行保护。GPS作业时必须严格遵守技术规定和操作要求，作业人员须经培训合格后方可上岗操作，未经允许非作业人员不得擅自操作仪器。GPS接收仪器应注意防震、防潮、防晒、防尘、防蚀、防辐射，应定期分别用清洗盘和专用清洁剂清洗软盘驱动器或磁带机的磁头，电缆线不得扭折也不得在地面拖拉、碾砸（其接头和联结器要始终保持清洁）。GPS作业结束后应及时擦净接收机上的水汽和尘埃并及时存放在仪器箱内，仪器箱应置于通风、干燥阴凉处，箱内干燥剂呈粉红色时应及时更换。GPS仪器交接时应按规定的一般检视项目进行检查并填写交接情况记录。GPS接收机在外接电源前应检查电压是否正常，电池正负极切勿接反。当天线置于楼顶、高标及其他设施的顶端作业时应采取加固措施，雷雨天气时应有避雷设施或停止观测。接收机在室内存放期间，室内应定期通风并每隔1~2个月通电检查一次，接收机内电池要保持充满电的状态，外接电池应按电池要求按时充放电。严禁拆卸接收机各个部件，天线电缆不得擅自切割改装、改换型号或接长。GPS发生故障时应认真记录并报告有关部门请专业人员维修。GPS定位测量所用的通风干湿表与空盒气压表应定期送计量检定部门检验并在有效期内使用。
GPS观测的基本要求
各级GPS测量的基本技术规定见表6-4-4。
表6-4-4 各级GPS测量基本技术要求规定
项目级别
AA
A
B
C
D
E
卫星截止高度角（º）
10
10
15
15
15
15
同时观测有效卫星总数
≥4
≥4
≥4
≥4
≥4
≥4
有效观测卫星总数
≥20
≥20
≥9
≥6
≥4
≥4
观测时段数
≥10
≥6
≥4
≥2
≥1.6
≥1.6
时段长度min
静态
≥720
≥540
≥240
≥60
≥45
≥40
快
速
静
态
双频+P（Y）
—
—
—
≥10
≥5
≥2
双频全波
—
—
—
≥15
≥10
≥10
单频或双频半波
—
—
—
≥30
≥20
≥15
采样间隔s
静态
30
30
30
10~30
10~30
10~30
快速静态
—
—
—
5~15
5~15
5~15
时段中任意卫星有效观测时间min
静态
≥15
≥15
≥15
≥15
≥15
≥15
快
速
静
态
双频+P（Y）
—
—
—
≥1
≥1
≥1
双频全波
—
—
—
≥3
≥3
≥3
单频或双频半波
—
—
—
≥5
≥5
≥5
注：1、在时段中观测的卫星应为有效观测卫星。2、计算有效观测卫星总数时应将各时段的有效观测卫星数扣除其间的重复卫星数。3、观测时段长度应为开始记录数据到结束纪录的时间段。4、观测时段数≥1.6指每站观测一时段，至少60%测站再观测一时段。
GPS测量作业所获得的成果纪录应包括观测记录（磁盘、光盘或磁带存储）、测量手簿、其他纪录（主要有观测计划、偏心观测资料、等）。
GPS天线墩上天线高h的测定应用天线高量测杆或小钢卷尺从厂家规定的天线高量测基准面彼此相隔120°的三个位置分别量取到天线墩中心标志面的垂直距离（互差应小于2mm）取平均值作为天线高。
GPS观测的数据处理
目前的GPS接收机均可利用机内的固化软件自动处理数据。C级及以下各级GPS网基线解算及B级GPS网及基线预处理可采用随接收机配备的商用软件，AA、A、B级GPS网基线精处理须采用专门的软件，计算结果中应包括相对定位坐标和协方差阵等平差所需的元素。
GPS观测数据的解算应根据外业施测精度要求和实际情况、软件功能和精度采用多基线解或单基线解，每个同步观测图形只能选定一个起算点，快速静态定位测量应以观测单元为单位指定解算方案。AA、A、B级网基线精处理应采用精密星历，B级GPS网基线外业预处理和C级以下各级网基线处理时可采用广播星历，各级GPS观测值均应加入对流层延迟修正（对流层延迟修正模型中的气象元素可采用标准气象元素），基线解算通常可按同步观测时段为单位进行（按多基线解时每个时段须提供一组独立基线向量及完全的方差~协方差阵，按单基线解算时须提供每条基线分量及其方差~协方差阵），B级以上各级GPS网的基线解算可采用双差解、单差解或非差解，C级以下各级GPS网可根据基线长度采用不同的数据处理模型（但15km内的基线必须采用双差固定解，15km以上的基线允许在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果），所有同步观测时间短于35min的快速定位基线必须采用合格的双差固定解作为基线解算的最终结果。
Leica 1200系列GPS接收机的使用方法
GPS网常用的布网形式有跟踪站式、会战式、多基准站式（枢纽点式）、同步图形扩展式、单基准站式、等几种。
Leica的GPS1200系列接收机主要由GPS天线、主机、天线电缆以及配套的数据链、等组成。Leica1230接收机测量操作的基本流程为：根据需要的测量形式编辑静态或动态（RTK基准站或流动站）测量配置集（即测量参数设置）→新建作业→测量。
图6-4-4 Leica 的GPS1200 图6-4-5 Leica1230手薄界面 图6-4-6 配置管理