史上最棒的实测成图基础知识介绍

第二篇

地面实测成图测量中，常用方位角来表示直线的方向，其定义为：由标准方向的北端起顺时针到直线的水平夹角。۞构造简单，使用方便，但精度不高，外界环境对仪器的影响较大，如钢铁建筑和高压电线都会影响其精度。۞当测区内没有国家控制点可用而需要在小范围内建立假定坐标系的平面控制网时，可用罗盘仪测量磁方位角，作为该控制网起始边的坐标方位角。۞罗盘仪的主要部件有磁针、刻度盘、望远镜和基座。第二篇地面实测成图

一、现有各种测量仪器的介绍1.罗盘仪(compass)（如图所示）

（现有地质罗盘）—是测量直线磁方位角的仪器。用罗盘仪测定直线磁方位角的方法欲测直线AB的磁方位角，将罗盘仪安置在直线起点A，挂上垂球对中，松开球臼接头螺旋，用手前、后、左、右转动刻度盘，使水准器气泡居中，拧紧球臼接头螺旋，使仪器处于对中和整平状态。松开磁针固定螺旋，让它自由转动，然后转动罗盘，用望远镜照准B点标志，待磁针静止后，按磁针北端所指的度盘分划值读数，即为AB边的磁方位角角值，如右图所示。使用时，要避开高压电线和避免铁质物体接近罗盘，在测量结束后，要旋紧固定螺旋将磁针固定。307°三北关系收敛角磁偏角水准仪主要组成望远镜(telescope)水准器(bubble)基座(tribrach)国产微倾式水准仪的型号有：DS05、DS1、DS3、DS10，其中字母D、S分别为“大地测量”和“水准仪”汉语拼音的第一个字母，字母后的数字表示以mm为单位的、仪器每公里往返测高差中数的中误差。DS05、DS1、DS3、DS10水准仪每公里往返测高差中数的中误差分别为±0.5mm、±1mm、±3mm、±10mm。称DS05、DS1为精密水准仪(preciselevel)，主要用于国家一、二等水准测量和精密工程测量；称DS3、DS10为普通水准仪(generallevel)，主要用于国家三、四等水准测量和常规工程建设测量。工程建设中，使用最多的普通水准仪是DS3水准仪。2.水准仪（level)—主要用于高程测量(heightmeasurement)（也可测距、测角）微倾式水准仪(titlelevel)高程测量按所使用的仪器和施测方法的不同，可分为：水准测量(leveling)、三角高程测量(trigonometricleveling)、GPS高程测量(GPSleveling)和气压高程测量(airpressureleveling)。水准测量是目前精度较高的一种高程测量方法。

1.物镜，2.物镜调焦螺旋，3.微动螺旋，4.制动螺旋，

5.微倾螺旋，6.脚螺旋，7.管水准气泡观察窗，8.管水准器，

9.圆水准器，10.圆水准器，11.目镜，12.准星，13.照门，14.基座。水准测量原理利用水准仪(level)提供的水平视线(horizontalsight)，读取竖立于两个点上的水准尺(levelingstaff)上的读数，来测定两点间的高差，再根据已知点高程计算待定点高程。临时立尺点-转点（turningpoint-TP)

临时立尺点-转点（turningpoint-TP)

临时立尺点-转点（turningpoint-TP)

水准测量的操作步骤：粗平→瞄准水准尺→精平→读数。十字丝分划板：在一直径为约10mm的光学玻璃圆片上刻出三根横丝和一根垂直于横丝的纵丝；中间的长横丝称为中丝，用于读取水准尺上分划的读数；上、下两根较短的横丝称为上丝和下丝，上、下丝总称为视距丝，用来测定水准仪至水准尺的距离。用视距丝测量出的距离称为视距(stadia)。水准点(benchmark，通常缩写为BM)：为统一全国的高程系统和满足各种测量的需要，测绘部门在全国各地埋设并测定了很多高程点,即水准点各等水准点均应埋设永久性标石或标志，水准点的等级应注记在水准点标石或标记面上。水准点标石的类型可分为：基岩水准标石、基本水准标石、普通水准标石和墙脚水准标志四种。水准点在地形图上的表示符号（如下图）水准路线(a)附合导线(b)闭合导线(c)支水准路线水准测量方法在进行连续水准测量时，如果任何一测站的后视读数或前视读数有错误，都将影响所测高差的正确性。

在每一测站的水准测量中，为了能及时发现观测中的错误，通常采用两次仪器高法或双面尺法进行观测，以检核高差测量中可能发生的错误，这种检核称测站检核。在每一测站上用两次不同仪器高度的水平视线(改变仪器高度应在10cm以上)来测定相邻两点间的高差如果两次高差观测值不相等，对图根水准测量，其差的绝对值应小于5mm，否则应重测。此表为附合水准路线进行水准测量的记录计算格式，表中圆括弧内的数值为两次高差之差。水准测量的成果处理水准测量的成果整理内容包括：测量记录和计算的复核，高差闭合差(closingerror)的计算和检核，高差改正数和各点高程的计算。例如：下图为按图根水准测量要求施测某附合水准路线观测成果略图。BM-A和BM-B为已知高程的水准点，图中箭头表示水准测量前进方向，路线上方的数字为测得的两点间的高差(以m为单位)，路线下方数字为该段路线的长度(以km为单位)，试计算待定点1、2、3点的高程。

水准测量的误差及其消减方法水准测量误差包括仪器误差、观测误差和外界环境的影响三个方面。(1)仪器误差1)仪器校正后的残余误差：规范规定，DS3水准仪的i角大于20″才需要校正，因此，正常使用情况下，i角将保持在±20″以内。i角引起的水准尺读数误差与仪器至标尺的距离成正比，只要观测时注意使前、后视距相等，便可消除或减弱角误差的影响。在水准测量的每站观测中，使前、后视距完全相等是不容易做到的，因此规范规定，对于四等水准测量，一站的前、后视距差应小于等于5m，任一测站的前后视距累积差应小于等于10m。2)水准尺误差：由于水准尺分划不准确、尺长变化、尺弯曲等原因而引起的水准尺分划误差会影响水准测量的精度，因此须检验水准尺上米间隔平均真长与名义长之差。规范规定，对于区格式木质标尺不应大于0.5mm，否则，应在所测高差中进行米真长改正。至于一对水准尺的零点差，可在一水准测段的观测中安排偶数个测站予以消除。(2)观测误差1)管水准气泡居中误差：视准轴水平是通过管水准气泡居中来实现的。如果精平仪器时，管水准气泡没有精确居中，将造成管水准器轴偏离水平面而产生误差。由于这种误差在前视与后视读数中不相等，所以，高差计算中不能抵消。2)读数误差：普通水准测量观测中的mm位数字是根据十字丝横丝在水准尺的厘米分划内的位置进行估读的，在望远境内看到的横丝宽度相对于厘米分划格宽度的比例决定了估读的精度。读数误差与望远镜的放大倍数和视距长有关。视距愈长，读数误差愈大。因此，规范规定，使用DS3水准仪进行四等水准测量时，视距应小于等于80m。3)水准尺倾斜：读数时水准尺必须竖直。如果水准尺前后倾斜，在水准仪望远镜的视场中不会察觉，但由此引起的水准尺读数总是偏大。且视线高度愈大，误差就愈大。在水准尺上安装圆水准器是保证尺子竖直的主要措施。4)视差：视差是指在望远镜中，水准尺的像没有准确地成在十字丝分划板上，造成眼睛的观察位置不同时，读出的标尺读数也不同，由此产生读数误差。(3)外界环境的影响1)仪器下沉和尺垫下沉：仪器或水准尺安置在软土或植被上时，容易产生下沉。采用“后—前—前—后”的观测顺序可以削弱仪器下沉的影响，采用往返观测取观测高差的中数可以削弱尺垫下沉的影响。2)大气折光影响：晴天在日光的照射下，地面的温度较高，靠近地面的空气温度也较高，其密度较上层为稀。水准仪的水平视线离地面越近，光线的折射也就越大。规范规定，三、四等水准测量时应保证上、中、下三丝应能读数，二等水准测量则要求下丝读数大于等于0.3m。3)温度影响：当日光照射水准仪时，由于仪器各构件受热不匀而引起的不规则膨胀，将影响仪器轴线间的正常关系，使观测产生误差。观测时应注意撑伞遮阳。3.经纬仪(theodolite)——是角度测量所使用的仪器（也可用视距法测距）

测量地面点连线的水平夹角及视线方向与水平面的竖直角，称角度测量(angularobservation)。水平角测量用于求算点的平面位置，竖直角测量用于测定高差或将倾斜距离改化为水平距离。

1.望远镜制动螺旋

2.望远镜微动螺旋3.物镜

4.物镜调焦螺旋5.目镜

6.目镜调焦螺旋7.光学瞄准器8.度盘读数显微镜9-度盘读数显微镜调焦螺旋

10-照准部管水准器11-光学对中器

12-度盘照明反光镜13-竖盘指标管水准器14-竖盘指标管水准器观察反射镜15-竖盘指标管水准器微动螺旋

16-水平方向制动螺旋17-水平方向微动螺旋

18-水平度盘变换螺旋与保护卡19-基座圆水准器

20-基座21-轴套固定螺旋

22-脚螺旋

竖直角测量竖直角(verticalangle)是指在同一竖直面内，视线与水平线的夹角。视线在水平线上方的称为仰角，角值为正；视线在水平线下方的称为俯角，角值为负。水平角测量水平角(horizontalangle)是指地面一点到两个目标点连线在水平面上投影的夹角，它也是过两条方向线的铅垂面所夹的两面角。DJ6级光学经纬仪的结构根据控制水平度盘转动方式的不同，DJ6级光学经纬仪又分为方向经纬仪和复测经纬仪。地表测量中，通常使用方向经纬仪，复测经纬仪主要应用于地下工程测量。前图是北京光学仪器厂生产的DJ6级方向光学经纬仪。一般将光学经纬仪分解为基座(tribrach)、水平度盘(horizontalcircle)和照准部(alidade)三部分。国产光学经纬仪(opticaltheodolite)按其精度划分的型号有：DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ30，其中字母D、J分别为“大地测量”和“经纬仪”汉语拼音的第一个字母，07、1、2、6、30分别为该仪器一测回方向观测中误差的秒数。经纬仪的安置与水平角观测(1)经纬仪的安置经纬仪的安置包括对中(centering)和整平(leveling)，其目的是使仪器竖轴位于过测站点的铅垂线上，从而使水平度盘和横轴处于水平位置，竖直度盘位于铅垂平面内。对中的方式有垂球对中(plumbbobcentering)和光学对中(opticalcentering)两种，整平分粗平和精平。粗平是通过伸缩脚架腿或旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，其规律是圆水准气泡向伸高脚架腿的一侧移动，或圆水准气泡移动方向与用左手大拇指和右手食指旋转脚螺旋的方向一致；精平是通过旋转脚螺旋使管水准气泡居中，要求分别转动照准部使管水准器轴旋至相互垂直的两个方向上使气泡居中，其中一个方向应与任意两个脚螺旋中心的连线方向平行。经纬仪安置的操作程序是：打开三脚架腿，调整好其长度使脚架高度适合于观测者的高度；张开三角架，将其安置在测站上，使架头大致水平；从仪器箱中取出经纬仪放置在三角架头上，并使仪器基座中心基本对齐三角架头的中心，旋紧连接螺旋后，即可进行对中整平操作。可以使用垂球对中或光学对中器对中进行经纬仪安置操作。1)使用垂球对中法安置经纬仪将垂球挂在连接螺旋中心的挂钩上，调整垂球线长度使垂球尖略高于测站点。粗对中与粗平：平移三脚架(应注意保持三角架头面基本水平)，使垂球尖大致对准测站点的中心，将三脚架的脚尖踩入土中。精对中：稍微旋松连接螺旋，双手扶住仪器基座，在架头上移动仪器，使垂球尖准确对准测站点后，再旋紧连接螺旋。垂球对中的误差应小于3mm。精平：旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，转动照准部，旋转脚螺旋，使管水准气泡在相互垂直的两个方向上居中。注意，旋转脚螺旋精平仪器时，不会破坏前已完成的垂球对中关系。2)使用光学对中法安置经纬仪光学对中器也是一个小望远镜；它由保护玻璃1、反光棱镜2、物镜3、物镜调焦镜4、对中标志分划板5和目镜6组成。使用光学对中器之前，应先旋转目镜调焦螺旋使对中标志分划板十分清晰，再旋转物镜调焦螺旋(有些仪器是拉伸光学对中器)看清地面的测点标志。粗对中：双手握紧三角架，眼睛观察光学对中器，移动三脚架使对中标志基本对准测站点的中心(应注意保持三角架头基本水平)，将三脚架的脚尖踩入土中。精对中：旋转脚螺旋使对中标志准确对准测站点的中心，光学对中的误差应小于1mm。粗平：伸缩脚架腿，使圆水准气泡居中。精平：转动照准部，旋转脚螺旋，使管水准气泡在相互垂直的两个方向上居中。精平操作会略微破坏前已完成的对中关系。再次精对中：旋松连接螺旋，眼睛观察光学对中器，平移仪器基座(注意，不要有旋转运动)，使对中标志准确对准测站点的中心，拧紧连接螺旋。(2)瞄准和读数测角时的照准标志，一般是竖立于测点的标杆、测钎、用三根竹杆悬吊垂球的线或觇牌(target)。测量水平角时，以望远镜的十字丝竖丝瞄准照准标志。望远镜瞄准目标的操作步骤如下：①目镜对光：松开望远镜制动螺旋和水平制动螺旋，将望远镜对向明亮的背景(如白墙、天空等，注意不要对向太阳)，转动目镜使十字丝清晰。②粗瞄目标：用望远镜上的粗瞄器瞄准目标，旋紧制动螺旋，转动物镜调焦螺旋使目标清晰，旋转水平微动螺旋和望远镜微动螺旋，精确瞄准目标。可用十字丝纵丝的单线平分目标，也可用双线夹住目标，见如图3-16。③读数：读数时先打开度盘照明反光镜，调整反光镜的开度和方向，使读数窗亮度适中，旋转读数显微镜的目镜使刻划线清晰，然后读数。水平角测量方法常用水平角观测方法有测回法和方向观测法。(1)测回法测回法(methodofobservationset)用于观测两个方向之间的单角。《城市测量规范》没有给出测回法半测回角差的容许值，根据图根控制测量的测角中误差为±20″，一般取中误差的两倍作为限差则为±40″。当测角精度要求较高时，往往需要观测几个测回。为了减小水平读盘分划误差的影响，各测回间应根据测回数，按照180°/n变换水平度盘位置。表1为观测两测回，第二测回观测时，A方向的水平度盘应配置为90°左右。如果第二测回的半测回角差符合要求，则取两测回角值的平均值作为最后结果。(2)方向观测法当测站上的方向观测数在3个或3个以上时，一般采用方向观测法(methodofdirectionobservation)。测站点为O点，观测方向有A、B、C、D四个。在O点安置好仪器，在A、B、C、D四个目标中选择一个标志十分清晰的点作为零方向。以A点方向为零方向的记录计算表格见表。(3)方向观测法的限差《城市测量规范》规定，方向观测法的限差应符合表3-3的规定。当照准点的垂直角超过±3°时，该方向的2C较差可按同一观测时间段内的相邻测回进行比较，其差值仍按表3-3的规定。按此方法比较应在手簿中注明。在表3-2的计算中，两个测回的归零差分别为6″和12″，小于限差要求的18″；B、C、D三个方向值两测回较差分别为5″、4″、7″，小于限差要求的24″。观测结果满足规范的要求。(4)水平角观测的注意事项1)仪器高度要和观测者的身高相适应；三脚架要踩实，仪器与脚架连接要牢固，操作仪器时不要用手扶三脚架；转动照准部和望远镜之前，应先松开制动螺旋，使用各种螺旋时用力要轻。2)精确对中，特别是对短边测角，对中要求应更严格。3)当观测目标间高低相差较大时，更应注意仪器整平。4)照准标志要竖直，尽可能用十字丝交点瞄准标杆或测钎底部。5)记录要清楚，应当场计算，发现错误，立即重测。6)一测回水平角观测过程中，不得再调整照准部管水准气泡，如气泡偏离中央超过2格时，应重新整平与对中仪器，重新观测。(2)竖盘构造经纬仪的竖盘固定在望远镜横轴一端并与望远镜连接在一起，也即，竖盘随望远镜一起绕横轴旋转，竖盘面垂直于横轴。竖盘读数指标(verticalindex)与竖盘指标管水准器(verticalindexbubbletube)连接在一起，旋转竖盘管水准器微动螺旋将带动竖盘指标管水准器和竖盘读数指标一起作微小的转动。竖盘读数指标的正确位置是：望远镜处于盘左、竖盘管水准气泡居中时，读数窗中的竖盘读数应为90°(有些仪器设计为0°、180°或270°，本书约定为90°)。竖盘注记为0°~360°，分顺时针和逆时针注记两种形式，这里只介绍顺时针注记的形式。前

后(5)竖直角观测竖直角观测应用横丝瞄准目标的特定位置，例如标杆的顶部或标尺上的某一位置。竖直角观测的操作程序如下：1)在测站点上安置好经纬仪，用小钢尺量出仪器高。仪器高是测站点标志顶部到经纬仪横轴中心的垂直距离。2)盘左瞄准目标，使十字丝横丝切于目标某一位置，旋转竖盘指标管水准器微动螺旋使竖盘指标管水准气泡居中，读取竖直度盘读数。3)盘右瞄准目标，使十字丝横丝切于目标同一位置，旋转竖盘指标管水准器微动螺旋使竖盘指标管水准气泡居中，读取竖直度盘读数。竖直角的记录计算见表3-4。(6)竖盘指标自动归零补偿器(verticalindexcompensator)在仪器竖盘光路中，安装一个补偿器来代替竖盘指标管水准器，当仪器竖轴偏离铅垂线的角度在一定范围内时，通过补偿器仍能读到相当于竖盘指标管水准气泡居中时的竖盘读数。竖盘指标自动归零补偿器可以显著地提高竖盘读数的速度。竖盘指标自动归零补偿器的构造形式有多种，图3-23为其中的一种。它是在读数指标A和竖盘之间悬吊一组光学透镜，当仪器竖轴铅垂、视准轴水平时，读数指标A处于铅垂位置，通过补偿器读出竖盘的正确读数为90°。当仪器竖轴稍有倾斜，视准轴仍然水平时，因无竖盘指标管水准器及其微动螺旋可以调整，读数指标A偏斜到处，而悬吊的透镜因重力的作用由移动到处，此时，由处的读数指标，通过处的透镜，仍能读出正确读数90°，达到竖盘指标自动归零补偿作用。《城市测量规范》规定，对于DJ6级光学经纬仪，竖盘指标自动归零补偿器的补偿范围为±2′，安平中误差为±1″。

测量误差：只要使用测量仪器对某个量进行观测，就会产生误差（error)。（1）偶然误差（真误差）（accidenterror)：一般取多次观测值平均。不可能完全消除其影响。评定真误差精度的指标：标准差与中误差，相对误差，极限误差。（2）系统误差（systemerror)：来自测量仪器本身，具有累积性。可通过改正来消除或削弱其影响。（3）粗差（grosserror):表示测量中的错误（如对中对错了点）。一般可通过多余观测来发现（检核），并通过重新观测来消除。（如对三角形的第三个角进行观测，就是多余观测。可成为检核条件）用50m钢尺丈量一段约50m的距离，其测量中误差为±5.02mm，如果使用另一把钢尺丈量一段长度为100m的距离，其测量中误差仍然等于±5.02mm，显然不能认为这两段不同长度的距离丈量精度相等，这就有了相对误差（relativeerror)-专门为距离测量定义的精度指标。K=|mD|/D=1/(D/|mD|),K1=0.00502/49.982≈1/9956；K2=0.005.2/100≈1/19920。极限误差（limiterror)

是通过概率论中某一事件发生的概率来定义的。根据概率原理，小概率事件在小样本中是不会发生的，也即当观测次数有限时，绝对值大于2σ或3σ的真误差实际上是不可能出现的。因此，测量规范常以2σ或3σ作为真误差的允许值，该允许值称为极限误差，通常简称为限差（tolerance)真误差：观测值与真值之差。标准差：σ=±lim[(ΔΔ)/n]1/2中误差(meansquareerror):m=±[(ΔΔ)/n]1/2激光经纬仪(lasertheodolite)激光经纬仪主要用于准直测量(alignmentsurvey)。设置了一个半导体激光发射装置。准直测量就是定出一条标准的直线，作为土建安装等施工放样的基准线。图是苏州一光仪器有限公司生产的J2-JDB激光经纬仪。广泛应用于高层建筑的轴线投测、隧道测量、大型管线的铺设、桥梁工程、大型船舶制造、飞机形架安装等领域电子经纬仪(electronictheodolite)世界上第一台电子经纬仪于1968年研制成功，80年代初生产出商品化的电子经纬仪。随着电子技术的飞速发展，电子经纬仪的制造成本急速下降，现在，国产电子经纬仪的售价已经逼近同精度的光学经纬仪的价格。与光学经纬仪比较，电子经纬仪是利用光电转换原理和微处理器自动测量度盘的读数并将测量结果显示在仪器显示窗上，如将其与电子手簿连接，可以自动储存测量结果。

4.大平板仪(2)大平板仪的安置要求：控制点A在图纸上的展绘点位与地面上的实际点位在同一条铅垂线上(对中)，图板面水平(整平)，控制点A、B在图纸上的连线与地面上的连线在同一个竖直平面内(定向)。大平板仪的安置比经纬仪的安置复杂。图板的粗略整平、定向、对中：将圆水准器放置在图板上，调整三脚架螺旋使图板粗略整平；用照准仪的直尺紧贴在测站点A与定向点B的连线上，松开基座制动螺旋，转动图板，使望远镜照准定向点B；用对点器对准图板上的A点，当对点器下悬挂的垂球偏离测站点A时，应平移三脚架(应注意保持三角架头面基本水平，图板的方向基本保持不变)，使垂球尖大致对准测站点A的中心。将三脚架的脚尖踩入土中。图板的精确整平、定向、对中：转动基座上的脚螺旋，用圆水准器精确整平图板；用照准仪的直尺紧贴在测站点A与定向点B的连线上，松开基座制动螺旋，转动图板，使望远镜照准定向点B，旋紧基座制动螺旋，用微动螺旋精确照准B点，如对点器下的垂球尖偏离测站点A，则可以松开基座中心螺旋，平移基座使垂球尖对准A点，再检查图板的定向和整平。如遭破坏，则还需重复操作一次。直至满足要求为止。量取照准仪的仪器高iA，iA为测站点A到照准仪望远镜旋转轴(横轴)的铅垂距离。

5.全站仪(totalstation)是由电子测角、光电测距、微型机及其软件组合而成的智能型光电测量仪器，其结构如下图所示。世界上第一台商品化的全站仪是1968年西德OPTON公司生产的RegElda14。全站仪的基本功能是测量水平角、竖直角和斜距，借助于机内固化的软件，可以组成多种测量功能，如可以计算并显示平距、高差以及镜站点的三维坐标，进行偏心测量、悬高测量、对边测量、面积计算等。全站仪具有如下特点：（1）三同轴望远镜：测量时使望远镜照准目标棱镜的中心，就能同时测定水平角、垂直角和斜距。（2）键盘操作。（3）数据存储与通讯。（4）倾斜传感器。望远镜中，照准目标的视准轴、光电测距的红外光发射光轴和接收光轴是同轴的。因此，测量时使望远镜照准目标棱镜的中心，就能同时测定水平角、垂直角和斜距。NTS-355全站仪下下图所示是南方测绘仪器公司生产的NTS-355中文界面全站仪，它带有数字/字母键盘，其主要技术参数为：一测回方向观测中误差为±5″，竖盘指标自动归零补偿采用液体电子传感补偿器，补偿范围为±3′；在良好大气条件下的最大测量距离为2.6km(使用三块棱镜)，距离测量误差为2mm+2ppm；带有内存的程序模块可以储存3440个点的测量数据和坐标数据；仪器采用6V镍氢可充电电池供电，一个充满电的电池可供连续测量8~10个小时。新型全站仪图为日本拓普康公司的拓普康GTS-600系列全站仪图为徕卡公司的徕卡TPS1100系列全站仪6.全球定位系统(GPS)概述1957年10月，世界上第一颗人造地球卫星发射成功，1958年底，美国海军武器实验室就开始建立为美国军用舰艇导航服务的“海军导航卫星系统”(NavyNavigationSatelliteSystem，简称NNSS)的计划。NNSS于1964年建成并在美国军方使用，1967年7月29日美国政府宣布解密NNSS部分导航电文供民用。NNSS共有6颗工作卫星，距离地球表面的平均高度约为1070km，因其运行轨道面均通过地球南北极构成的子午面，所以又称为“子午卫星导航系统”，其使用的卫星接收机称多普勒接收机。与传统导航、定位方法比较，使用NNSS导航和定位具有不受气象条件的影响、自动化程度较高和定位精度高的优点，它开创了海空导航的新时代，也揭开了卫星大地测量(satellitegeodesy)的新篇章。70年代中期，我国开始引进多普勒接收机并首先应用于西沙群岛的大地测量基准联测，国家测绘局和总参测绘局联合测量了全国卫星多普勒大地网，石油和地质勘探部门也在西北地区测量了卫星多普勒定位网。

由于工作卫星少、运行高度较低，多普勒接收机的观测时间较长，不能为用户提供连续实时定位和导航服务。应用于大地测量静态定位时，一个测站的平均观测时间为1~2天，且不能达到cm级的定位精度。为了满足军事和民用部门对连续实时定位和导航的迫切要求，1973年12月，美国国防部开始组织陆海空三军联合研制新一代军用卫星导航系统，该系统的英文全称为“NavigationbySatelliteTimingAndRanging/GlobalPositioningSystem(NAVSTAR/GPS)”，其中文意思是“用卫星定时和测距进行导航/全球定位系统”，简称GPS。从1989年2月14日第一颗工作卫星发射成功，到1994年3月28日完成第24颗工作卫星的发射，GPS共发射了24颗(其中21颗工作卫星，3颗备用卫星，目前的卫星数已经超过32颗)均匀分布在6个相对于赤道的倾角为55°的近似圆形轨道上，每个轨道上有4颗卫星运行，它们距地球表面的平均高度约为20200km，运行速度为3800米/秒，运行周期11小时58分。每颗卫星可覆盖全球38％的面积，卫星的分布，可保证在地球上任何地点、任何时刻、在高度15°以上的天空同时能观测到4颗以上卫星。随着GPS的投入使用，NNSS于1996年12月停止使用。

可以自动旋转使电池翼板面始终对准太阳，给3组15A的镉镍蓄电池充电，以保证卫星的电源供应；卫星上装有4台频率稳定度为的高精度原子钟，为距离测量提供高精度的时间基准；卫星姿态调整采用三轴稳定方式，由四个斜装惯性轮和喷气控制装置构成三轴稳定系统，使12根螺旋形天线组成的天线阵列所辐射的电磁波束始终对准卫星的可见地面。GPS工作卫星的外形如上图所示，卫星呈圆柱形，直径为1.5m，重约843kg，两侧有由4片拼接成的双叶太阳能电池翼板。两侧翼板受对日定向系统控制，GPS是采用空间测距交会原理来进行定位的。GPS的组成GPS由工作卫星、地面监控系统和用户设备三部分组成。1.工作卫星（卫星星座—见前述）2.地面监控系统每颗卫星的广播星历是由地面监控系统提供的。地面监控系统包括1个主控站、3个注入站和5个监测站，其分布位置如图8-4所示。主控站位于美国本土科罗拉多•斯平士的联合空间执行中心，3个注入站分别位于大西洋的阿森松群岛、印度洋的狄哥伽西亚和太平洋的卡瓦加兰3个美国军事基地上，5个监测站除了位于1个主控站和3个注入站以外，还在夏威夷设立了1个监测站。(1)监测站完成对GPS卫星信号的连续观测，搜集当地的气象数据，观测数据经计算机处理后传送到主控站。(2)主控站协调和管理所有地面监控系统的工作，还进行下列工作：1）根据本站和其它监测站的观测数据，推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气层的修正参数，并将这些数据传送到注入站。2）提供时间基准。各监测站和GPS卫星的原子钟均应与主控站的原子钟同步，或测量出其间的钟差，并将这些钟差信息编入导航电文，送到注入站。3）

整偏离轨道的卫星，使之沿预定的轨道运行。4）

用备用卫星以代替失效的工作