1、BUSINESSBUSINESS3.3 全球定位系统及其应用BUSINESSBUSINESS教学目标新课标要求:1.简述GPS的基本工作原理。2.结合实例，说出GPS在交通、旅游、导航、军事、野外勘探等领域中的应用。教学重点：1.全球定位系统（GPS）的概念、发展阶段和组成2.全球定位系统（GPS）的应用教学难点：全球定位系统（GPS）的组成和应用阅读：1999年3月28日北京时间5时，北约向南联盟发动了第四轮空袭。英勇的南联盟击落了美国F-117隐形飞机。当中弹的F-117战机的飞行员从座舱弹出的一瞬间，他就被包括全球卫星定位系统在内的一些感应装置跟踪，高悬于太空的卫星迅速将有关信息传送给北
2、约军事指挥部，营救小组仅用20分钟就将飞行员救走。这个例子是现代战争中引用GPS系统的典型案例。我们反对战争，但要想能更好的维护世界和平，我们就需要了解GPS全球定位系统这种现代地理信息技术。一、全球定位系统（一）概念：（GlobalPositioning System 简称GPS）是具有在海、陆、空进行全方位、实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。阅读指导 GPS的起源在卫星定位系统出现之前，在卫星定位系统出现之前，远程导航与定位主要用无线电导远程导航与定位主要用无线电导航系统。航系统。11无线电导航系统无线电导航系统缺点：覆盖的工作区域小；电缺点：覆盖的工作区域小；电波传播受大
3、气影响；定位精度不波传播受大气影响；定位精度不高。高。22卫星定位系统卫星定位系统最早的卫星定位系统是美国的最早的卫星定位系统是美国的子午仪子午仪系统系统(TRANSIT)(TRANSIT)，19581958年研制年研制19641964年年正式投入使用。由于该系统卫星数目较正式投入使用。由于该系统卫星数目较少少(5(566颗颗)，无法提供连续的实时三维，无法提供连续的实时三维导航，而且精度也不算高。为满足军事导航，而且精度也不算高。为满足军事部门和民用部门对连续实时和三维导航部门和民用部门对连续实时和三维导航的迫切要求，的迫切要求，19731973年美国国防部制定了年美国国防部制定了GPSGP
4、S计划。计划。33GPSGPS发展历程发展历程GPSGPS实施计划共分实施计划共分三个阶段三个阶段：第一阶段为方案论证和初步设计阶段第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从从19731973年到年到19791979年，共发射了年，共发射了44颗试验颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。踪网。第二阶段为全面研制和试验阶段第二阶段为全面研制和试验阶段。从。从19791979年到年到19841984年，又陆续发射了年，又陆续发射了77颗试颗试验卫星。研制了各种用途的接收机。实验卫星。研制了各种用途的接收机。实验表明，验表明，GPSGPS定位精度远远超过设计标定位
5、精度远远超过设计标准。准。第三阶段为实用组网阶段第三阶段为实用组网阶段。19891989年年22月月44日第一颗日第一颗GPSGPS工作卫星发工作卫星发射成功，表明射成功，表明GPSGPS系统进入工程系统进入工程建设阶段。建设阶段。19931993年底实用的年底实用的GPSGPS网即网即(21+3)GPS(21+3)GPS星座已经建成，星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。今后将根据计划更换失效的卫星。（二）GPS组成返回全球定位系统的组成系统结构空间位置组成和分布全球定位系统GPS空间星座地面监控系统用户系统空间由2l颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内
6、地面由分布在全球的5个地面站(包括1个主控站、3个注入站和5个监控站，主控站和注入站都位于监控站里)组成用户接收机硬件（天线单元和接收单元）、GPS数据处理软件等用户设备空间部分各轨道平面相对于赤道平面的倾角为55，轨道平面间距60。在每一轨道平面内，各卫星升交角距差90 为了减少误差，一般要求4颗卫星，用于定位的4颗卫星称为定位星座。返回地面监控部分主控站位于美国科罗拉多的斯平士（Colorado Springs）的联合空间执行中心（CSOC），三个注入站分别设在大西洋、印度洋和太平洋的三个美国军事基地上，即大西洋的阿松森（Ascension）岛、印度洋的狄哥伽西亚(Diego Garcia
7、)和太平洋的卡瓦加兰(Kwajalein),五个监测站设在主控站和三个注入站以及夏威夷岛。返回卫星上各种设备是否正常工作,是否一直沿预定轨道运行,要由地面设备监控(三).GPS 接收机的类型类型应 用特点导航型接收机测地型接收机授时接收机根据用途分类 GPS 接收机分为导航型接收机、测地型接收机和授时接收机。用户设备类型应用特点用于运动载体的导航，分为车载型、航海型、航空型和星载型能够实时给出载体的位置和速度，价格便宜，应用广泛测地接收机定位精度高，仪器结构复杂，价格较贵授时接收机用于天文台及无线电通讯利用GPS卫星提供的高精度时间进行授时用于精密大地测量和精密工程测量导航接收机测地型接收机天
8、线单元接收单元授时接收机阅读指导手持型 CPS 接收机应用领域性能优点功能手持型GPS接收机多为导航使用液晶显示，导航画面清晰，配有背景灯，方便夜问操作功能键齐全不需要地面辅助设备，只要收到卫星信号，就能快速定位，不受天气、行政区域的限制能够计算当地的国际标准时间，处于运动状态还能指出正北方向，并将经过的地点、路线记录下来，方便返回时用；计算两点间的距离，实现坐标系间的相互转换；计算日出、日落时间地面监控系统对卫星进行监测和调控。GPS卫星的工作过程：向GPS卫星发送导航定位信号 用户系统接受GPS卫星发射的信号后进行导航、定位。（P97）：卫星导航定位系统的新时代20世纪80年代，苏联也建立
9、了自己的卫星定位导航。目前，欧洲也在建立自己的卫星定位导航系统，称为“伽利略计划”。而我国也成功地研制了“北斗导航系统”，并投入运营，这标志着中国在这一领域也已经处于世界先进水平。北斗卫星导航系统示意图补充：全球定位系统的特点 (1)全球，全天候工作。(2)能为用户提供连续、实时的三维位置、速度和精密时间，不受天气的影响。(3)定位精度高：采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。(4)功能多，应用广：随着人们对GPS认识的加深，GPS不仅在测量、导航、测速、测时等方面取得更广泛的应用而且其应用领域不断扩大。问题探讨:按照理论,我们知道要保证地面各点能接收到信息只要3颗卫星就可以了,为什么我们要用
10、4颗卫星呢?当GPS收到3颗卫星的信号，它只能计算出2维坐标：经度和纬度，这时它可能还会显示高度数据，但这数据是无效的。当GPS能够收到4颗及以上卫星的信号时，它能计算出本地的3维坐标：经度、纬度、高度。所以：定位原理：颗卫星定位一点1234S1S3S4S2（XX、YY、ZZ、TT）3二、GPS与定位导航 静态定位中静态定位中，GPS GPS 接收机在接收机在捕获和跟踪捕获和跟踪 GPS GPS 卫星的过程卫星的过程中固定不变，接收机高精度地中固定不变，接收机高精度地测量测量 GPS GPS 信号的传播时间，信号的传播时间，利用利用 GPS GPS 卫星在轨的已知位卫星在轨的已知位置，解算出接
11、收机天线所在位置，解算出接收机天线所在位置的三维坐标。置的三维坐标。能达到厘米级能达到厘米级甚至毫米级的精度。甚至毫米级的精度。动态定位动态定位则是用则是用 GPS GPS 接收机侧定一接收机侧定一个运动物体的运行轨迹。个运动物体的运行轨迹。GPS GPS 信号信号接收机所位于的运动物体叫做载体接收机所位于的运动物体叫做载体（如航行中的船舰，空中的飞机，行（如航行中的船舰，空中的飞机，行走的车辆等）。载体上的走的车辆等）。载体上的 GPS GPS 接收接收机天线在跟踪机天线在跟踪 GPS GPS 卫星的过程中相卫星的过程中相对地球而运动，接收机用对地球而运动，接收机用 GPS GPS 信号信号
12、实时地测得运动载体的状态参数（瞬实时地测得运动载体的状态参数（瞬间三维位置和三维速度）间三维位置和三维速度）能达到能达到11米米以内的精度，速度测量能达到厘米级以内的精度，速度测量能达到厘米级的精度，时间侧量能达到毫微秒级精的精度，时间侧量能达到毫微秒级精度。度。信息接收信息发射应用领域通过车载GPS可以在屏幕上及时查看车辆所在的经纬度、运行轨迹、速度、行进方向车载电台把定位信息发给监控中心，在电子地图上显示出来，可对车辆进行调度指挥城市公共汽车调度管理，旅游区车辆报警与调度，海关、公安、海防等部门对车辆的调度与监控1、车载GPS的功用P100使装有GPS的出租车配备合理，能最大程度的满足乘客
13、的要求，从而减少了空载率，降低能源消耗，节省运行成本，并使行车、乘车安全系数大大提高等功能。应用类型应用领域应用作用向用户提供船舶的位置、航速、航向、时间信息、海图、海迹显示避免船只冲撞，确保航行安全现在很难想象那艘船舶不装备GPS导航系统和设备把自己的位置和航向发送到航海管理中心便于中心的跟踪、搜寻和救援3、航空应用p100空域航路、着陆、机场监视和管理实现空域划分、空中交通流量管理、飞行路径管理2、航海应用P100GPS应用领域主要功能在林业管理方面的应用GPS技术在确定林区面积，估算木材量，计算可采伐木材面积，确定原始森林、道路位置，对森林火灾周边测量，寻找水源和测定地区边界方面可以发挥
14、独特的重要作用在合理施肥，精确农业管理方面的应用依据农田土壤养分含量分布图，设置有GPS接收机的“受控应用”的喷施器，在GPS的控制下，依据土壤养分含量分布图，能够精确地给田地各点施肥。(1)可以监测作物产量(计算机产量监视器GPS接收机)(2)帮助合理施肥(3)应用于土壤养分的分布调查(GPS接收机把样品的位置)在精确定时方面的应用每颗GPS卫星上都有精密的原子钟，所以GPS接受器可以接收到精确的时间信息在农业方面GPS也有用武之地以往飞机向农田喷洒农药，用人在地面摇动红旗做方位指示，经常由于不够准确造成喷洒效率低，而有GPS定位仪后，合理分布航线,飞机可以按事先设计好的经纬度，利用定位仪确
15、认坐标后喷洒，大大提高了喷洒效率,大大节省飞机作业的费用,喷杀化肥农药时,减少重叠,避免浪费,避免过多的用量影响农作物生长.例1 下列关于全球定位系统的叙述。不正确的是()A A GPSGPS是利用卫星进行导航、定位的系统是利用卫星进行导航、定位的系统 BBGPSGPS包括两大部分，即空间部分和包括两大部分，即空间部分和地面控制部分地面控制部分 C C GPSGPS卫星星座由卫星星座由2424颗卫星组成颗卫星组成 DD野外旅行，只要拥有野外旅行，只要拥有GPSGPS信号接收信号接收机，可随时知道自己所处的经纬度机，可随时知道自己所处的经纬度B解析：全球定位系统包括三大部分。即空间星座、地面控制
16、系统和用户系统。例例 2 2 在伊拉克战争中，伊拉克点在伊拉克战争中，伊拉克点燃巴格达周围的战壕石油阻碍美燃巴格达周围的战壕石油阻碍美军进攻，但美军事专家指出，烟军进攻，但美军事专家指出，烟雾对于美军的卫星制导导弹没有雾对于美军的卫星制导导弹没有影响影响，请问美军的卫星制导导请问美军的卫星制导导弹采弹采 用的技术是（用的技术是（）AA GIS GIS 系统系统B.RS B.RS 技术技术 C C.GPS.GPS 技术技术D.lTD.lT技术技术C解析：美军使用的导弹采用全球定位系统枝术，实行定位轰炸，烟雾不会产生形响。A组同学：上网查找收集各种GPS接收机的图片，制作手抄报或者制作计算机演示文稿-B组同学：如果对GPS未来应用领域很感兴趣的话，可以利用课余时间查找一些相关资料，写一篇关于畅想GPS在未来生活中的应用的短文-附：与GPS有关的科普网站1、北京致强时代导航科技2、 中国GPS协会3、 北京图天科技有限公司课后活动:
