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【摘 要】 本文阐述了GPS定位系统基本组成结构及卫星定位的基本原理，并通过介绍鞍山城市控制网的建立，系统阐述了GPS在城市控制网中的应用全过程。
【关键词】 GPS；卫星定位；控制网
引言：
随着GPS技术的迅速发展，GPS在测绘行业中得到广泛应用，与传统测绘技术相比较，GPS具有无可比拟的优点：如测站点间无需相互通视；定位精度高；劳动强度低操作简单；可全天候作业等。因此采用GPS代替传统测绘作业，正成为现化测绘技术的发展趋势。
1 GPS定位系统简介
GPS（全球定位系统）是英文Global Positioning System的缩写。GPS系统从提出到建立经历了20年，于1994年24颗工作卫星进入预定轨道，系统全面投入运行，具有海、陆、空全方位实时三维定位导航的功能，在军事、交通运输、测绘、环境保护等领域中具有广泛的应用。
2 GPS的组成结构
GPS系统由以下三部分组成：空间部分（GPS卫星）、地面监控部分和用户部分。
2.1 空间部分
GPS卫星的主体为圆柱形，两侧有太阳能帆板，能自动对日。每颗卫星有4台原子钟，为卫星提供高精度的时间标准。GPS卫星的基本功能有：接收并存储来自地面控制系统的导航文件；在原子钟的控制下自动生成测距码和载波；采用二进制相位调制法将测距码和导航电文调制在载波上播给用户；按照地面控制系统的命令调制轨道，调整卫星钟，修复故障或启用备用件以维护整个系统的正常。
发射进入轨道能正常工作的GPS卫星的集合称为GPS卫星星座。GPS卫星星座由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成。24颗卫星在六个轨道平面内运行，每个轨道上均匀分布3颗卫星，轨道倾角为55°，相邻轨道的升交点赤经之差为60°。当截止高度角为15°时，卫星星座能保证用户在任何地点、任一时刻同时观测到4—8颗卫星；当截止高度角为10°时，最多能观测到10颗GPS卫星；当截止高度角为5°时，最多能同时观测到12颗GPS卫星。一般情况下，用户能同时观测到6—8颗卫星。
2.2 地面监控部分
支持整个系统正常运行的地面设施称为地面监控部分，由1个主控站，5个监测站，3个注入站以及通信和辅助系统组成。主控站是整个地面监控系统的行政管理中心和技术中心；监测站是无人值守的数据自动采集中心；注入站是向GPS卫星输入导航电文和其他命令的地面设施；通信和辅助系统是指地面监控系统中负责数据传输以及提供其他辅助服务的机构和设施。
在导航定位中，GPS卫星的位置是依据卫星发射的星历，描述卫星运动及其轨道的参数算得，是一动态已经点。每颗GPS卫星所播发的星历，由地面监控系统提供的。卫星是否沿着预定轨道运行以及卫星上的各种设备是否正常工作，都由地面设备进行监测和控制。保持各卫星处于同一时间标准是地面监控系统的另一重要作用。实现这一作用需要地面站监测各颗卫星的时间，求出时钟差，然后由地面注入站发给卫星，卫星再通过导航电文发给用户设备。
2.3 用户部分
用户部分由用户及GPS接收机等仪器设备组成。GPS接收机的任务是捕获选定的一定高度截止角的卫星信号，测量出GPS信号从卫星到接收机的传播时间，解译出卫星所发送的导航电文，实时计算出观测站的三维位置，实现导航和定位的目的。
3 GPS卫星定位基本原理
GPS卫星定位是通过测量4颗或4颗以上的卫星到测站之间的距离，从而推算出地面测站三维位置坐标。测量卫星与测站的距离主要有两种方法：测距码法和载波相位法。
测距码法是通过GPS接收机的时间延迟器获得卫星信号从卫星到地面测站GPS接收机的传播时间，再将信号传播时间乘以真空中的光速得到卫星到测站的距离。载波相位法的测量原理为，某一瞬间，卫星发射的信号在卫星处的相位与在GPS接收机处的相位做差，求得相位差，再乘以卫星信号的波长，求得卫星到地面测站的距离。
GPS卫星定位有单点定位法和相对定位法。单点定位是通过一台GPS接收机确定地面测站在地球坐标系中的绝对位置。由于未考虑卫星星历误差、钟差等误差影响，故定位精度较低。相对定位是通过确定两台或两台以上的GPS接收机之间的相对位置，从而达到相对定位的目的。相对定位消除了卫星钟差、星历误差、对流层延迟、电离层延迟等误差影响，故定位精度较高。
4 GPS在鞍山城市控制测量中的应用
4.1 GPS控制网
鞍山市GPS控制网依据《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T 18314—2009）布设，等级为D级。控制网联测二等城市GPS控制点5个，测区共布设51个D级GPS控制点，控制范围为铁东、铁西、立山和千山四个城区，总共面积约900平方公里。鞍山市D级GPS控制网网图见图1。
图1 鞍山市D级GPS控制网网图
4.2 GPS控制网测量
鞍山市GPS控制网采用11台中海达公司生产的双频接收机进行同步静态观测，相邻观测测段段采用边联接的方式。中海达GPS接收机标称精度为：平面精度5mm+1ppm；垂直精度为10mm+1ppm。
GPS接收机观测时卫星截止高度角为15°，采样间隔10s，同时有效观测卫星数均不少于4个，同时有效观测时间均大于90min，PDOP均不大于6。
5 GPS数据处理
本次GPS观测数据采用中海达公司研制开发的HGO软件进行基线解算和网平差计算。
所有基线解均为双差固定解。全网同步环共有1879个，异步环共有7850个。最弱同步环边长闭合差为17.4mm，相对闭合差为1/126.0万；最弱异步环边长闭合差为59.1mm，相对闭合差为1/86.4万。
6 结束语
GPS在测绘行业中以其不可比拟的优势迅速取代傳统测绘技术，尤其是在控制网的建立过程中，无论是外业观测的便捷、高效性，还是数据处理的高精度性，是传统三角网布设难以忘其项背的。随着GPS技术的发展，GPS后处理软件的进一步完善和成熟，相信其在测量领域的应用更加广阔。
参考文献：
1、李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理【M】.武汉：武汉大学出版社，2005.
2、娄丹丹，徐刚.GIS在地质灾害风险评价中的应用研究进展【J】.四川地质学报，2008，28（4）：335—338.
【关键词】 GPS；卫星定位；控制网
引言：
随着GPS技术的迅速发展，GPS在测绘行业中得到广泛应用，与传统测绘技术相比较，GPS具有无可比拟的优点：如测站点间无需相互通视；定位精度高；劳动强度低操作简单；可全天候作业等。因此采用GPS代替传统测绘作业，正成为现化测绘技术的发展趋势。
1 GPS定位系统简介
GPS（全球定位系统）是英文Global Positioning System的缩写。GPS系统从提出到建立经历了20年，于1994年24颗工作卫星进入预定轨道，系统全面投入运行，具有海、陆、空全方位实时三维定位导航的功能，在军事、交通运输、测绘、环境保护等领域中具有广泛的应用。
2 GPS的组成结构
GPS系统由以下三部分组成：空间部分（GPS卫星）、地面监控部分和用户部分。
2.1 空间部分
GPS卫星的主体为圆柱形，两侧有太阳能帆板，能自动对日。每颗卫星有4台原子钟，为卫星提供高精度的时间标准。GPS卫星的基本功能有：接收并存储来自地面控制系统的导航文件；在原子钟的控制下自动生成测距码和载波；采用二进制相位调制法将测距码和导航电文调制在载波上播给用户；按照地面控制系统的命令调制轨道，调整卫星钟，修复故障或启用备用件以维护整个系统的正常。
发射进入轨道能正常工作的GPS卫星的集合称为GPS卫星星座。GPS卫星星座由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成。24颗卫星在六个轨道平面内运行，每个轨道上均匀分布3颗卫星，轨道倾角为55°，相邻轨道的升交点赤经之差为60°。当截止高度角为15°时，卫星星座能保证用户在任何地点、任一时刻同时观测到4—8颗卫星；当截止高度角为10°时，最多能观测到10颗GPS卫星；当截止高度角为5°时，最多能同时观测到12颗GPS卫星。一般情况下，用户能同时观测到6—8颗卫星。
2.2 地面监控部分
支持整个系统正常运行的地面设施称为地面监控部分，由1个主控站，5个监测站，3个注入站以及通信和辅助系统组成。主控站是整个地面监控系统的行政管理中心和技术中心；监测站是无人值守的数据自动采集中心；注入站是向GPS卫星输入导航电文和其他命令的地面设施；通信和辅助系统是指地面监控系统中负责数据传输以及提供其他辅助服务的机构和设施。
在导航定位中，GPS卫星的位置是依据卫星发射的星历，描述卫星运动及其轨道的参数算得，是一动态已经点。每颗GPS卫星所播发的星历，由地面监控系统提供的。卫星是否沿着预定轨道运行以及卫星上的各种设备是否正常工作，都由地面设备进行监测和控制。保持各卫星处于同一时间标准是地面监控系统的另一重要作用。实现这一作用需要地面站监测各颗卫星的时间，求出时钟差，然后由地面注入站发给卫星，卫星再通过导航电文发给用户设备。
2.3 用户部分
用户部分由用户及GPS接收机等仪器设备组成。GPS接收机的任务是捕获选定的一定高度截止角的卫星信号，测量出GPS信号从卫星到接收机的传播时间，解译出卫星所发送的导航电文，实时计算出观测站的三维位置，实现导航和定位的目的。
3 GPS卫星定位基本原理
GPS卫星定位是通过测量4颗或4颗以上的卫星到测站之间的距离，从而推算出地面测站三维位置坐标。测量卫星与测站的距离主要有两种方法：测距码法和载波相位法。
测距码法是通过GPS接收机的时间延迟器获得卫星信号从卫星到地面测站GPS接收机的传播时间，再将信号传播时间乘以真空中的光速得到卫星到测站的距离。载波相位法的测量原理为，某一瞬间，卫星发射的信号在卫星处的相位与在GPS接收机处的相位做差，求得相位差，再乘以卫星信号的波长，求得卫星到地面测站的距离。
GPS卫星定位有单点定位法和相对定位法。单点定位是通过一台GPS接收机确定地面测站在地球坐标系中的绝对位置。由于未考虑卫星星历误差、钟差等误差影响，故定位精度较低。相对定位是通过确定两台或两台以上的GPS接收机之间的相对位置，从而达到相对定位的目的。相对定位消除了卫星钟差、星历误差、对流层延迟、电离层延迟等误差影响，故定位精度较高。
4 GPS在鞍山城市控制测量中的应用
4.1 GPS控制网
鞍山市GPS控制网依据《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T 18314—2009）布设，等级为D级。控制网联测二等城市GPS控制点5个，测区共布设51个D级GPS控制点，控制范围为铁东、铁西、立山和千山四个城区，总共面积约900平方公里。鞍山市D级GPS控制网网图见图1。
图1 鞍山市D级GPS控制网网图
4.2 GPS控制网测量
鞍山市GPS控制网采用11台中海达公司生产的双频接收机进行同步静态观测，相邻观测测段段采用边联接的方式。中海达GPS接收机标称精度为：平面精度5mm+1ppm；垂直精度为10mm+1ppm。
GPS接收机观测时卫星截止高度角为15°，采样间隔10s，同时有效观测卫星数均不少于4个，同时有效观测时间均大于90min，PDOP均不大于6。
5 GPS数据处理
本次GPS观测数据采用中海达公司研制开发的HGO软件进行基线解算和网平差计算。
所有基线解均为双差固定解。全网同步环共有1879个，异步环共有7850个。最弱同步环边长闭合差为17.4mm，相对闭合差为1/126.0万；最弱异步环边长闭合差为59.1mm，相对闭合差为1/86.4万。
6 结束语
GPS在测绘行业中以其不可比拟的优势迅速取代傳统测绘技术，尤其是在控制网的建立过程中，无论是外业观测的便捷、高效性，还是数据处理的高精度性，是传统三角网布设难以忘其项背的。随着GPS技术的发展，GPS后处理软件的进一步完善和成熟，相信其在测量领域的应用更加广阔。
参考文献：
1、李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理【M】.武汉：武汉大学出版社，2005.
2、娄丹丹，徐刚.GIS在地质灾害风险评价中的应用研究进展【J】.四川地质学报，2008，28（4）：335—338.