工程测量基础

全球卫星定位导航系统（GNSS）利用空间卫星连续发射带有时间与位置信息的无线电信号，在地面（或近地空间）实现定位测量。

卫星定位系统一般由三部分组成：空间运行的卫星星座、地面控制部分与用户部分。空间段播发时间、测距与星历信号；控制段定轨、监测并上注修正；用户段接收解算位置。

国际主要全球系统包括美国 GPS、俄罗斯 GLONASS、欧盟 Galileo 与中国北斗卫星导航系统。GPS 由美国国防部 1973 年起研制，约 20 年、耗资约 300 亿美元；1978 年首星入轨，1994 年建成 24 颗中轨道（MEO）工作星座。

GPS 定位具有全天候、全球覆盖、点位间无需通视、可同时提供三维坐标与时间信息等优点，已广泛用于控制测量、工程放样与导航。

GPS 空间部分名义上由 21 颗工作星加 3 颗备用星共 24 颗组成（实际在轨常超过 32 颗），分布在 6 个轨道面，轨道倾角 $55^\circ$，每面约 4 颗；平均轨道高度约 $20200\,\mathrm{km}$，运行周期约 11 h 58 min。

星座设计保证地球上任何地点、任何时刻，高度角 $\ge 15^\circ$ 的可视卫星不少于 4 颗，以满足三维定位需要。

地面支撑系统含 1 个主控站、3 个注入站与 5 个监测站。主控站综合监测数据计算星历、钟差与大气改正并送注入站；注入站上注卫星；监测站连续观测并采集数据。

用户设备主要包括 GPS 接收机、数据处理软件、天线与电源等。按用途分测量型、导航型、授时型；按载波频率分单频与双频接收机。

GPS 定位按测距原理有伪距定位、载波相位定位与差分定位等；按运动状态分静态定位与动态定位。

卫星信号含载波、测距码（C/A 码与 P 码）与数据码（导航电文，D 码），均由基本频率 $f_0=10.23\,\mathrm{MHz}$ 派生。载波 $L_1=154f_0=1575.42\,\mathrm{MHz}$（$\lambda_1=19.03\,\mathrm{cm}$），$L_2=120f_0=1227.60\,\mathrm{MHz}$（$\lambda_2=24.42\,\mathrm{cm}$）。