第六章小地区控制测量

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第六章 小区域控制测量

6.1 控制测量概述

为了减少测量工作中的误差累计，应该遵循三个基本原则：“从整体到局部、由高级到低级、先控制后碎部”。这几个基本原则说明我们的测量工作是首先建立控制网，进行控制测量，然后在控制网的基础上再进行施工测量、碎部测量等工作。另外这几个基本原则还有一层含义：控制测量是先布设能控制一个大范围、大区域的高等级控制网，然后由高等级控制网逐级加密，直至最低等级的图根控制网，控制网的范围也会一级一级的减小。

如图，要测量图上的这块区域，可以现在测区的范围内选定一些对整体具有控制作用的点，称为控制点。这些控制点组成了一个网状结构就称为控制网，为建立控制网所进行的测量工作就称为控制测量。 控制测量包括平面控制测量和高程控制测量，平面控制测量用来测定控制点的平面坐标，高程控制测量用来测定控制点的高程。

1.平面控制测量

平面控制网主要包括GPS控制网、三角网和导线网。

GPS控制网是采用全球定位系统建立的。三角网是指地面上一系列的点构成连续的三角形，这些三角形所形成的网状结构就是三角网。导线的概念在前面就已经讲过了，将地面上一系列的控制点依次连接起来，所形成的折线就是导线。由导线所构成的控制网就是导线网。导线测量是本章中要重点讲述的内容。 2.高程控制测量

高程控制网主要采用水准测量、三角高程测量的方法建立。用水准测量方法建立的高程控制网称为水准网。三角高程测量主要用于地形起伏较大、直接水准测量有困难的地区。 一、国家基本控制网

在全国范围内建立的高程控制网和平面控制网，称为国家控制网。它是全国各种比例尺测图的基本控制，也为研究地球的形状和大小（提供依据），了解地壳水平形变和垂直形变的大小及趋势，为地震预测提供形变信息等服务。 1.国家平面控制网

我国的国家平面控制网是采用逐级控制、分级布设的原则，分一、二、三、四等方法建立起来的。主要由三角测量法布设，在西部困难地区采用精密导线测量法。目前我国正采用GPS控制测量逐步取代三角测量。 一等三角锁沿经线和纬线布设成纵横交叉的三角锁系，锁长200～250公里，构成许多锁环。一等三角锁内由近于等边的三角形组成，边长为20～30公里。（二等三角测量有两种布网形式，一种是由纵横交叉的两条二等基本锁将一等锁环划分成4个大致相等的部分，这4个空白部分用二等补充网填充，称纵横锁系布网方案；另一种是在一等锁环内布设全面二等三角网，称全面布网方案。）二等基本锁的边长为20～25公里，是在一等三角锁的基础上加密得到的（二等网的平均边长为13公里。一等锁的两端和二等网的中间，都要测定起算边长、天文经纬度和方位角。）

国家一、二等网合称为天文大地网。（我国天文大地网于1951年开始布设，1961年基本完成，1975年修补测工作全部结束，全网约有5万个大地点。）

国家三、四等三角网为在二等三角网内的进一步加密。 2.国家高程控制测量

在全国领土范围内，由一系列按国家统一规范测定高程的水准点构成的网称为国家水准网。（水准点上设

有固定标志，以便长期保存，为国家各项建设和科学研究提供高程资料。）国家水准网按逐级控制、分级布设的原则分为一、二、三、四等，其中一、二等水准测量称为精密水准测量。)

一等水准是国家高程控制的骨干，沿地质构造稳定和坡度平缓的交通线布满全国，构成网状。一等水准路线全长为93000多公里，包括100个闭合环，环的周长为800~1500公里。二等水准是国家高程控制网的全面基础，一般沿铁路、公路和河流布设。二等水准环线布设在一等水准环内，每个环的周长为300~700公里，全长为137000多公里，包括822个闭合环。（沿一、二等水准路线还要进行重力测量，提供重力改正数据。一、二等水准环线要定期复测，检查水准点的高程变化供研究地壳垂直运动用。三、四等水准直接为测制地形图和各项工程建设用。三等环不超过300公里；四等水准一般布设为附合在高等级水准点上的附合路线，其长度不超过80公里。全国各地地面点的高程，不论是高山、平原及江河湖面的高程都是根据国家水准网统一传算的。）

三、四等水准网是国家是国家高程控制点的进一步加密，主要是为测绘地形图和各种工程建设提供高程起算数据。三、四等水准路线应附合于高等级水准点之间，并尽可能交叉，构成闭合环。 二、小区域控制网

在10范围内为地形测图或工程测量所建立的控制网称小区域控制网。在这个范围内，水准面可视为水

平面，可采用独立平面直角坐标系计算控制点的坐标，而不需将测量成果归算到高斯平面上。小区域控制网应尽可能以国家控制网或城市控制网联测（城市控制网是指在城市地区建立的控制网，它属于区域控制网，它是国家控制网的发展和延伸），将国家或城市控制网的高级控制点作为小区域控制网的起算和校核数据。如果测区内或测区附近没有高级控制点，或联测较为困难，也可建立独立平面控制网。

小区域控制网同样也包括平面控制网和高程控制网两种。平面控制网的建立主要采用导线测量和小三角测量，高程控制网的建立主要采用三、四等水准测量和三角高程测量。

小区域平面控制网，应根据测区的大小分级建立测区首级控制网和图根控制网。直接为测图而建立的控制网称为图根控制网，其控制点称为图根点。图根点的密度应根据测图比例尺和地形条件而定。

小区域高程控制网，也应根据测区的大小和工程要求采用分级建立。一般以国家或城市等级水准点为基础，在测区建立三、四等水准路线或水准网，再以三、四等水准点为基础，测定图根点高程。

6.2 导线测量

导线测量是平面控制测量的一种方法（是建立小地区平面控制网常用的一种方法），主要用于隐蔽地区、带状地区、城建区、地下工程、公路、铁路和水利等控制点的测量。

将相邻控制点连成直线而构成的折线称为导线，控制点称为导线点，折线边称为导线边。注意相邻导线点之间要保证通视。

要求出控制点的平面坐标，关键是要知道一个已知点的坐标、导线边的方位角以及两个控制点之间的水平距离。通常我们会有一些起算数据，例如AB是更高一级的平面控制网的控制点，AB的坐标是已知的（通常用双线表示已知数据），然后我们将导线与AB进行联测。由于AB的坐标已知，AB的方位角则已知，然后只要测量每条导线边的转折角，根据方位角的推算公式就可以把每条导线边的方位角求出来。而导线边的距离可以用距离测量的方法测出来。至于已知点的坐标，我们可以利用B点坐标求出1点坐标，由1点坐标求出2点坐标，然后依次类推。

所以，导线测量的工作就是依次测定导线边的水平距离和两相邻导线边的水平夹角，然后根据起算数据，推算各边的坐标方位角，最后求出导线点的平面坐标。 一、导线的布设

导线的布设形式有闭合导线、附合导线、支导线三种。 1) 闭合导线

起止于同一已知点的导线，称为闭合导线。

图上给出了闭合导线的三种情形：在a）中，闭合导线附近没有高一级的控制点，因此不能联测。这种情况我们可以假定一点的坐标（如点1），并用罗盘仪测12导线边的磁方位角，用磁方位角近似代替12边的坐

标方位角。当然，12边的坐标方位角也可以假定。在实习中就是这种情况。

在b）和c）中，闭合导线附近有高级控制点，因此可进行联测。在ｂ）中，高级控制点A本身就是闭合导线中的一个控制点。在c）中，先由高级控制点AB推算出点1的平面坐标，然后再由1一次推算出其它导线点的坐标。

它有3个检核条件：一个多边形内角和条件和两个坐标增量条件。用经纬仪测闭合导线的内角，在理论上内角和为（n－2）×180°。对于坐标增量，由于闭合导线最后又测回了起点。

2) 附合导线

布设在两个已知点之间的导线，称为附合导线。如图，从一高级控制点A和已知方向BA出发，经导线点2、3、4、5点最后附合到另一高级控制点C和已知方向CD上。实际上A、C点也是附合导线的一部分。 附合导线有3个检核条件：

一个坐标方位角条件和两个坐标增量条件。坐标方位角的条件为

，

为起始边的

方位角，也就是BA边的方位角，为终止边的方位角，也就是CD这条边的方位角，它们在理论上应该有

并不会等于

公式描述的这种关系，但是由于测转折角（即β角）的时候有误差存在，所以实际推算出来的

已知的CD边的方位角。所以可以采用这个公式作为一个检核条件，表明误差的大小，如果超出了一定限度就要重测转折角。对于坐标增量的和，有 3) 支导线

仅从一个已知点和一已知方向出发，支出1～2个点，称为支导线。 当导线点的数目不能满足局部测图的需要时，常采用支导线的形式。

支导线只有必要的起算数据，没有检核条件，它只限于在图根导线中使用，且支导线的点数一般不应超过2个。

4）结点导线和导线网

根据测区的具体情况，导线还可以布成结点导线和导线网的形式，如前面所讲的在校区内测地形图，图根导线就可以布成导线网的形式。

，

这两个检核条件也应该是显而易见的。

二、导线测量外业

导线测量外业工作包括：踏勘选点、建立标志、量边、测角和联测。 1) 踏勘选点及建立标志

在踏勘选点之前，应到有关部门收集测区原有的地形图、高一等级控制点的成果资料，然后在地形图上初步设计导线布设路线，最后按照设计方案到实地踏勘选点。现场踏勘选点时，应注意下列事项：

① 相邻导线点间应通视良好，以便于角度测量和距离测量。如采用钢尺量距丈量导线边长，则沿线地势应较平坦，没有丈量的障碍物。

② 点位应选在土质坚实并便于保存之处。

③ 在点位上，视野应开阔，便于测绘周围的地物和地貌。（如布设在交叉路口） ④ 导线边长最长不超过平均边长的2倍，相邻边长尽量不使其长短相差悬殊。 ⑤ 导线应均匀分布在测区，便于控制整个测区。

导线点位选定后，在泥土地面上，要在点位上打一木桩，桩顶钉上一小钉，作为临时性标志；在碎石或沥青路面上，可以用顶上凿有十字纹的大铁钉代替木桩；在混凝土场地或路面上，可以用钢凿凿一十字纹，再

涂上红油漆使标志明显。

若导线点需要长期保存，则可以埋设混凝土导线点标石。导线点在地形图上的表示符号见图，图中的2.0表示符号正方形的长宽为2mm，1.6表示符号圆的直径为1.6mm。

导线点埋设后，为便于观测时寻找。可以在点位附近房角或电线杆等明显地物上用红油漆标明指示导线点的位置。应为每一个导线点绘制一张点之记。

2) 导线边长测量

图根导线边长可以使用检定过的钢尺丈量或检定过的光电测距仪测量。钢尺量距宜采用双次丈量方法，其较差的相对误差不应大于1/3000。钢尺的尺长改正数大于1/10000时，应加尺长改正；量距时平均尺温与检定

时温度相差大于±10℃时，应进行温度改正；尺面倾斜大于1.5%时，应进行倾斜改正。 3) 导线转折角测量

导线转折角是指在导线点上由相邻导线边构成的水平角。导线转折角分为左角和右角，在导线前进方向左侧的水平角称为左角，右侧的水平角称为右角。

如果观测没有误差，在同一个导线点测得的左角与右角之和应等于360°。

图根导线的转折角可以用DJ6经纬仪测回法观测一测回，应统一地观测左角或测右角，对于闭合导线，一般是观测闭合多边形的内角。 4）联测

对于与高级控制点连接的导线，需要测出连接角和连接边，用来传递坐标方位角和坐标。（即前面闭合导线图中的βA、βC角和A1边距离）对于独立导线（即附近无高级控制点），可用罗盘仪测定导线边的起始方位角（用磁方位角代替坐标方位角），并假定起始点的坐标。 三、导线坐标计算的基本公式

四、附合导线的内业计算

导线内业计算的目的是计算出各导线点的平面坐标。 如图，A、B和C、D是高级导线点，4点的平面坐标。

附合导线的三个检核条件：

1.坐标方位角的计算和调整 a）计算角度闭合差

根据检核条件，首先由

推算出

，看看推算出来的

是否与已知的

相等：

和以及，，，为起算的数据，现在要计算1，2，3，

；；

由于有误差的存在，使得我们推算出来的

，n就是转折角的个数；

；

则要进行重测。

，它们之间的差值称为角度闭合差。

对于图根导线，角度闭合差的容许值为 在本例中，

则可以进行角度的调整，如果

b）计算改正数

由于测角是等精度观测，所以将角度闭合差平均分配给每个转折角。

这里必须特别注意，如果转折角为左角，那么角度闭合差反号以后再平均分配给每个转折角。如果转折角为右角，那么角度闭合差不需反号，直接平均分配给每个转折角。

左角： （检核：）

右角：

C）计算坐标方位角

（检核：）

根据调整后的转折角再计算出每条边的坐标方位角：

2.坐标增量闭合差的调整与计算 a）计算坐标增量闭合差

；

D为每条边的水平距离，α为每条边的方位角，我们使用这两个公式就可以把每条边的坐标增量计算出来。 例如在本题中，可以通过公式A1边的x坐标增量为点到1号点纵坐标的值减小了207.91m。

将每条边的坐标增量都加起来，就可以得到坐标增量之和 误差，

，

；不等于

；

，

。在前面讲附合导线的检核条件时有

，也就是从A

，即在理论上从A点到C点的坐标增量应该是等于这两个值的。但是由于测量中存在者，它们之间会有一个差值，这个差值称为坐标增量闭合差。那么，

纵坐标增量闭合差为：

横坐标增量闭合差为：

正是由于存在着坐标增量闭合差，使得推算出来的C’点与已知的C点不重合。C’C之间的距离称为导线

全长闭合差，即

f与导线的全长

（也就是把所有的导线边的长度加起来）的比值K称为导线全长相对闭合差：

对于图根导线 如果

，则可以进行下一步坐标增量的调整，否则要重测。在本例中是满足要求的。

b ) 计算坐标增量改正数

接下来就可以进行坐标增量的调整，调整的方法是将条边。

，

反号以后按照与边长成正比的原则分配给每

（检核：）

（检核：）

3.坐标计算

每一点的坐标就应该是已知点坐标加上坐标增量得到。

；

例如1号点的纵坐标位：

五、闭合导线的内业计算

闭合导线的计算步骤与附合导线计算过程是一样的，只是三个检核条件不一样，我这里只简单地给大家介绍一下。（画图）

三个检核条件：多边形内角和（n－2）×180°； １.角度闭合差的计算与调整

在闭合导线的测量工作中，我们通常是测闭合导线的内角，并且通常按照逆时针的方向，这个时候闭合导线的内角就是左角。在理论上，多边形的内角和为：

；

由于有误差的存在，测量出来的内角和通常与理论值之间有一个差值，即角度闭合差：

（对于图根导线，角度闭合差的容许值为

（检核：

）

）

然后将角度闭合差分配给每个内角： 再计算出每条边的坐标方位角。

2.坐标增量闭合差的计算和调整 纵坐标增量闭合差： 横坐标增量闭合差： 导线全长闭合差：

导线全长相对闭合差： （）

（检核：）

3.计算坐标

；

（检核：）

6.3 小三角测量

在小区域平面控制测量中，除了可以采用导线进行平面控制外，还可以采用小三角测量进行平面控制。小三角测量布设的是小三角网，与国家级的三角网相比，小三角网的边长要短得多。并且计算方法也不同，国家级的三角网采用严密平差，而小三角网使用近似平差的方法。 1.小三角网的布设形式

根据测区的地形条件以及工程的需要，小三角网可以布设为单三角锁、中点多边形、大地四边形和线形三角锁。

单三角锁在隧道测量中用得较多，中点多边形常用于大型建筑的施工测量，大地四边形可以用于桥梁施工测量，ABCD这几个三角点（即三角形的顶点）布设在河的两岸，线形三角锁是在两个高级控制点之间布设三角锁，可以用来加密控制点。

图中的双线表示基线，基线是推算三角形边长的起始边。 二、小三角测量的外业

图中，A、B为已知控制点，通过观测水平角α、β来求待定点P点的坐标：

在使用这个公式的时候应该注意一个角度编号的问题，不然可能角度和坐标的对应关系会出错：可以将A、B、p按逆时针方向编号，α对应A点，β对应B点。

为了防止错误，提高精度，前方交会一般应在三个已知控制点上观测。如图，若通过两个三角形分别计算P点坐标，两组坐标较差为P点坐标。

内（M为测图比例尺分母），可取其平均值作

二、侧方交会

侧方交会如图：A、B是已知控制点，通过观测水平角α、γ来求P点坐标。 侧方交会是在一个已知控制点和待定点观测，间接得到β角：点P的坐标。

，然后按前方交会计算待定

三、后方

交

会

如图，A、B、C是三个已知点，通过在P点安置经纬仪分别观测α、β、γ这三个水平夹角的大小来求P点的坐标称为后方交会。

后方交会通常使用一种仿权公式，因其公式形式如同加权平均值：

（注意：P点落在图中阴影区内取“+”号。）

使用仿权公式有几点要注意：

1.编号：A与α、B与β、C与γ分别对应同一边。 2.A、B、C成一条直线时，不能使用这个公式。 3.α + β+ γ = 360°，否则进行角度闭合差的调整。

4.过A、B、C的外接圆称危险圆。若P点在危险圆上，则P点坐标解算不出来。如果P点十分靠近危险圆，那么解算出的P点坐标的精度也比较低。规定P点离危险圆的距离

四、测边交会

在已知点A、B、C分别测定到待定P点的距离，按下述内容求P点坐标：

1、由余弦定理，可以分别求出A、C两角的大小：

2、求出AP和CP的方位角

；

3、由坐标正算公式计算P点坐标

如果两组坐标的点位较差在限差之内，则取平均值作为最后结果。

6.5 GPS概论

全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）是一种空间无线电定位系统，包括一个或多个卫星星座，为支持预定的活动视需要而加以扩大，可为地球表面、近地表和地球外空任意地点用户提供24小时三维位置、速率和时间信息。卫星导航系统有两个核心组成部分：全球定位系统（由美国运行管理）和全球轨道导航卫星系统也即轨道导航系统（由俄罗斯联邦运行管理)。

卫星导航定位系统是在已知卫星在某一时刻的位置和速度的基础上，以卫星为空间基准点，通过测站的接收设备，测定测站至卫星的距离或多普勒频移等观测量来确定测站的位置和速度。计算位置精确度误差达数米之内。用先进卫星导航形式，可使量测精确度误差达到厘米级的水平。

卫星导航和定位的突出优点是经济实用，主要（但不限于）在交通运输领域应用（图1.1）。随着技术的不断发展，新的应用正在不断出现于各种部门。卫星导航具有广泛的应用价值和发展潜力。

图6.5.1 全球卫星导航示意图

全球导航卫星系统接收机已微型化到仅有几条集成电路的程度，正变得非常经济，使此种技术几乎可为每

个人利用。全球导航卫星系统技术的应用，已经发展到远远超出其最初设计目标的地步。目前，科学家、运动员、农民、士兵、飞行员、勘测员、旅行者、送货车司机、海员、列车调度员、伐木工、消防人员和其他许多行业的人正利用全球导航卫星系统来提高工作效率、加强安全。全球定位系统现正被安装到汽车、轮船、飞机、建筑设备、电影制作设备、农业机械和甚至便携式计算机上。不久，卫星导航将被人们普遍所采用。 全球导航卫星接收机的世界市场迅速增长。国际上GPS接收机，GPS导航系统，GPS航空、航海、公路、铁路导航控制系统，GPS接收机与其它电器结合的通用设备如GPS照相机、GPS收音机、GPS手表等已形成相当规模的产业群体，成为空间技术应用中首先进入大规模产业化发展的领域之一。据美国GPS产业协会对美国GPS市场调查表明，其年产值1997年已达到30.74亿美元，预计2000年后将达到85亿美元。其主要市场是：车辆导航（30亿美元），个人导航仪（22亿美元）。与GPS相关的几种家用电子设备产业，为美国提供了10万人的就业机会。在日本仅车辆GPS市场在1997年就销售300万套，约合600亿人民币；销售电子地图光盘17000张，约合80亿人民币。对增值服务市场的保守估计显示，增值服务市场的规模将至少和全球导航卫星接收机的市场相当。

目前我国空间定位接收机的总拥有量约10万台，基本上为国外产品，价值约10亿元，附加应用经费约50亿。

至2005年，预计总需求可达100万台/年，产值约50亿，增值应用产值超过100亿。

全球定位系统和全球轨道导航卫星系统本是为军事目的而开发的，在美国和俄罗斯联邦现仍为军方控制。但这两个军事卫星导航系统已被免费提供给民用。目前，两个系统都不能满足所有用户类别的需要，特别是民航的需要，两个系统都需要加强，扩大系统。已着手筹备开发改进型的下一代系统工作。 1. 无线电导航、天文导航与惯性导航

在卫星定位系统出现之前，远程的导航与定位系统可采用三种方法：

无线电导航系统； 天文导航系统；和 惯性导航系统。

? ? ?

在实际应用中，可以是这三种方法中的两种或三种组合。

无线电导航始于二十年代。无线电导航定位系统根据使用的工作频率、定位方式可建立不同的实际系统。

最早的系统只简单地以一个装有环形天线的无线电接收机来确定无线电信号传来的方向和发报机的相对方位。后来，一些系统开始利用地面发报机来发送显示发送方向的调制信号，另一些系统则可以确定方向和/或从导航设备到发射机的距离。罗兰-C导航系统工作在100kHz，采用脉冲相位双曲线定位（表1.1）。该系统一般由三个地面导航台组成，导航工作区域约为2000km。其定位精度约为200~300m，且与航行器相对于导航台的距离有关，距离越远，其定位误差越大。由于来自交流电源设备的过量干扰会产生低频干扰，该系统不适合高动态飞行器（如战斗机），也不适合在城市使用。Omega（奥米加）导航系统工作在十几千赫，采用相位双曲线定位。因其工作的波段较长所以它的导航工作区域比罗兰-C的要大得多，建8个地面导航台就可以提供全球覆盖。但由于工作频率低，电波传播带来的定位误差较大，精度为几英里。另外，工作频率低，需要庞大的发射天线和地网。多普勒导航系统是利用多普勒频移原理，通过测量其频移得到飞行器的参数（地速和偏流角），推算出飞行器的位置。 表6.5.1罗兰-C与GPS的比较 特性 罗兰-C GPS

频率 传播方式 传播路径 大气导电率 大气认为噪声 地形结构 测量分辨率 绝对精度 LF, 100kHz UHF，1.5GHz 沿地球表面，地波 短对流层路径，直射波 受大气折射率影响 受电离层影响 影响大 影响小 影响大 影响小 可能增加衰减和相位畸变 可中断信号 低，10～30m 高，≤1m 标称值≤500m （可修正到100m(SA) 100m） 天文导航系统是以天空中的星体作为导航台，星光作为导航信号的测角定位系统。由于星体距离飞行器非常遥远，使得该系统很小的测角误差就会带来非常大的定位误差。为保证一定的定位精度，对设备的要求非常苛刻。但由于其覆盖的工作区域非常广阔，天文导航在宇宙飞行器定位方面具有较大的优越性。 惯性导航系统（INS）是通过测量飞行器的加速度，进行二次积分来推算出飞行器的位置。INS可以引导导弹的飞行，它包括一个加速计和陀螺仪，来测量位置和高度的变化。它具有隐蔽性好，抗干扰性强，数据更新率高的特点，其中最重要的优点是不受敌方干扰的影响。但由于INS基本上是航位推算型系统，其定位精度随时间加长而降低，因此需要不断地修正。 无线电导航定位系统的主要缺点在于：覆盖的工作区域小；电波传播受大气影响；定位精度不够。天文导航系统虽然覆盖的工作区域很大，但定位精度不高，且可见光的传播受气象影响。卫星是设置无线电导航发射机的理想位置，在适当轨道上的卫星星座可以使导航信号覆盖整个地球。 2 卫星定位技术产生的背景 （1）军事需要 （2） 技术水平

无线电导航技术 计算机技术 通信技术

卫星技术：1957年10月世界上第一颗卫星发射成功

? ? ? ?

（3） 经济发展 3. GNSS的发展概况 （1） GPS

1957年10月世界上第一颗卫星发射成功后，科学家开始着手进行卫星定位和导航的研究工作。1958年底，美国海军武器实验室委托霍布金斯大学应用物理实验室研究美国军用舰艇导航服务的卫星系统，即海军导航卫星系统（Navy Navigation Satellite System, NNSS）。这一系统于1964年1月研制成功，成为世界上第一个卫星导航系统。由于该系统的卫星轨道均通过地极，因此又称为“子午卫星系统”（Transit）。利用该卫星定位系统，不论在地球表面任何地方，在任何气候条件下，一小时内均能测定位置，其定位精度根据观测卫星的次数可高可低（1米--500米）。因此该系统被誉为是一种简便可靠的全天候全球导航卫星系统。但是该系统也存在着较大的缺陷，如，卫星数目较少（约五个）而会出现卫星发送的无线电信号的突然间断，观测所需等待卫星出现的时间较长（约35-100分钟），以及高精度定位虽然可以达到1米，但需要40次以上的卫

星观测（数天），且需要使用精密星历，等等。这些都不能满足当前实时、动态、精确的定位需要。因此，美国联邦无线电导航计划中已宣布终止该系统的研制与应用。

60年代末美国着手研制新的卫星导航系统，以满足海陆空三军和民用部门对导航越来越高的要求。为此美国海军提出了名为“Timation”的计划，该计划采用12-18颗卫星组成全球定位网，并于1967年5月31日和1969年9月30日分别发射了Timation-1和Timation-2两颗试验卫星。与此同时，美国空军提出了名为“621-B”的计划，采用3-4个星群覆盖全球，每个星群由4-5颗卫星组成。考虑到这两个计划的优缺点以及军费负担等原因，1973年12月17日经美国代理国防部长批准了建立新的卫星导航定位系统计划，为此成立了联合计划局，并在洛杉矶空军航空处内设立了由美国陆军、海军、海军陆战队、国防制图局、交通部、北大西洋公约组织和澳大利亚的代表组成的办事机构，开始进行系统的研究和论证工作。1978年第一颗试验卫星发射成功，1994年顺利完成了24颗卫星的布设。

该系统全称为“卫星授时与测距导航系统”（Navigation by Satellite Timing and Ranging Global Positioning System, NAVSTAR GPS），简称全球定位系统（GPS）。拟议中的GPS系统不仅集成了以前所有的单用途卫星系统，并且致力于更广泛的用途。据前GPS联合项目组主任Pakison称，最初的设计有两个目标：（1）在

GPS定位的帮助下，五发炮弹可以穿过同一洞口，（2）建立廉价的导航设备（低于1万美元）。该系统具有比其它导航系统优越的特点：（1）全能性：能在空中、海洋、陆地等全球范围内进行导航、授时和定位及测速。（2）全球性：在全球的任何地点都可进行定位。（3）全天候：白天黑夜都可以定位。

GPS是美国继阿波罗登月计划和航天飞机之后的第三大空间工程。GPS计划实施共分三个阶段： 第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星，研制了地面接收机及建立地面跟踪网，从硬件和软件上进行了试验。试验结果令人满意。

第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星。这一阶段称之为Block I。与此同时，研制了各种用途的接收机，主要是导航型接收机，同时测地型接收机也相继问世。试验表明，GPS的定位精度远远超过设计标准。利用粗码的定位精度几乎提高了一个数量级，达到14m。由此证明，GPS计划是成功的。

第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，宣告了GPS系统进入工程建设阶段。这种工作卫星称为BlockⅡ和BlockⅡA卫星。这两组卫星的差别是：BlockⅡA卫星增强了军事应用功能，扩大了数据存储容量；BlockⅡ卫星只能存储供14天用的导航电文（每天更新三次）；而BlockⅡA

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