工程测量

全球定位系统（GPS）是以人造卫星组网为基础的无线电导航定位系统，利用地面或运动载体上的专用接收机接收卫星无线电信号实现导航定位。

美国自 1973 年开始建设 GPS，1993 年全部建成，历时约 20 年。系统最初出于军事目的，现已广泛进入经济与社会生活。

GPS 具有全球性、全天候特点，以及连续三维测速、导航、定位与授时能力，并具有较高抗干扰性与保密性。

在工程测量中，GPS 主要用于控制测量、变形监测、施工放样（结合 RTK）等，是现代测绘基准与空间定位的重要技术手段。

GPS 定位系统主要由空间星座、地面控制站和用户接收机 3 个子系统构成。

空间星座由 27 颗卫星组成（24 颗工作+3 颗备用），分布在 6 个近圆轨道面，每面 4 颗；轨道倾角 $55^\circ$，升交点赤经相差 $60^\circ$，同轨升交角距相差 $90^\circ$。平均高度约 $20\,200\,\mathrm{km}$，周期约 11 小时 58 分；地平线以上最少 4 颗、最多约 11 颗。

地面监控含 1 个主控站、3 个注入站与 5 个监控站。主控站算星历、钟差与大气参数并管理系统时间；注入站向卫星上注导航电文；监控站连续跟踪卫星并回传数据与气象信息。卫星载有多套原子钟，稳定度约 $10^{-12}\sim 10^{-13}$。

用户设备核心是 GPS 信号接收机，一般由主机、天线与电源组成，可跟踪卫星、测传播时间、解码导航电文并求三维位置、速度与时间。按用途分导航型、大地型、授时型；按频率分单频 $L_1$ 与双频 $L_1,L_2$。

单频接收机相对定位精度可达约 $5\,\mathrm{mm}+1\,\mathrm{mm/km}\cdot D$（$D$ 为基线长），适合约 $10\,\mathrm{km}$ 内；双频可同时接收两载波，适合更大范围，精度更高但设备更复杂昂贵。观测数据需专用软件后处理求三维坐标。

任何测量工作都需要参考系。GPS 面向全球，其坐标系必须是全球性的，一般称为协议地球坐标系（CTS）。