全球定位系统及其应用(成稿).ppt

3.3 全球定位系统及其应用,全球定位系统是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。目前的全球覆盖率为98%。 在美国,GPS全球卫星定位技术与“阿波罗”飞船登月,航天飞机升空,共同给列为20世纪“三大航天工程”,它能够实时测量“四度”：经度、纬度、高度、速度。,在伊拉克战争中，曾经有记者问一位飞行员：“你知道去轰炸哪个城市吗？”,飞行员回答：“不知道。”,“那你怎么去轰炸呢？”,“容易，上级给我一个坐标，我按计算机的指引，投下采用GPS导航的炸弹掉头就走，跟我玩游戏机没哈两样。”,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，我们也需要了解GPS全球定位系统这种现代地理信息技术。,学习要求,基本要求1了解全球定位系统（GPS）的概念、基本组成和工作过程。2收集信息，运用实例，说明GPS的主要应用领域。3了解GPS接收机的主要种类和用途。4从我国在GPS领域的发展，感悟我国在空间科学技术所取得的成就。,发展要求 从定位导航历史发展，领略科技进步对人类社会发展的推动作用。,一、全球定位系统(GPS) Global positioning system,1.概念：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带卫星导航与定位系统。,通俗地说：利用卫星，在全球范围内适时进行导航、定位的系统,2、全球定位系统的组成,（1）空间星座(24颗卫星） （2）地面监控系统 （1个主控站、3个注入站、5个监控站） （3）用户系统（接受设备）,GPS组成,GPS卫星星座,地面监控系统,GPS信 号接收机,返回,GPS卫星,空间GPS系统,空间星座部分由均匀分布在6个轨道平面上的24颗高轨道工作卫星构成，各轨道平面相对于赤道平面的倾角为55。事实上，空间卫星系统的卫星数量要超过24颗，以便及时更换老化或损坏的卫星，保障系统正常工作。该卫星系统能够保证在地球的任一地点向使用者提供4颗以上可视卫星。 GPS工作卫星组网保障全球任一时刻、任一地点都可对4颗以上的卫星进行观测（最多可达11颗），实现连续、实时地导航和定位。,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,地面监控系统: 由均匀分布的5个监控站、一个主控站和三个注入站构成。,该系统的功能是：对空间卫星系统进行监测、控制，并向每颗卫星注入更新的导航数据。,主控站 主控站接收各监控站的GPS卫星观测数据、卫星工作状态数据、各监控站和注入站自身的工作状态数据。根据上述各类数据，完成以下几项工作： 及时编算每颗卫星的导航电文并传送给注入站。 控制和协调监控站间、注入站间的工作，检验注入卫星的导航电文是否正确以及卫星是否将导航电文发给了GPS用户系统。 诊断卫星工作状态，改变偏离轨道的卫星位置及姿态，调整备用卫星取代失效卫星。,监控站 用GPS接收系统测量每颗卫星的位距和距离差，采集气象数据，并将观测数据传送给主控点。5个监控站均为无人守值的数据采集中心。,注入站 接受主控站送达的各卫星导航电文并将之注入飞越其上空的每颗卫星。,用户系统 组成: 类型：,用户设备,用于精密大地测量,导航接收机,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。,北斗卫星导航系统示意图,“北斗”卫星的战略运用,3、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。,它能够实时测量“四度”：经度、纬度、高度、速度,GPS功能,1、定位: 2、导航:,我现在在哪里？,我要去哪里？如何去？,3.跟踪:跟踪-监视人或物体的运动。 4.绘图:用于绘制世界地图。 5.定时：提供精确的时间。,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。,思考1： （1）每个卫星轨道上各有几颗卫星？,4颗,（3）利用GPS定位时，地面上任何一点，在任一时刻，地面上空至少要有几颗卫星？ A、1颗 B、2颗 C、3颗 D、4颗,（4）无论是在飞机或汽车上，还是在野外旅行考察，只要拥有手机大小的GPS信号接受机，你就能随时知道自己所在地的： A、季节 B、天气 C、地理坐标 D、气候,D,C,思考2 ： 1999 年 3 月 27 日，北约部队一架 F 一 117A 隐形战斗机被南联盟防空部队击落。飞行员跳伞后在脚触地的一刹那，通过手持型信号发射器发出紧急呼救信号，当间谍卫星把呼救信号传送到北约空袭南联盟指挥所后，美军立即安排了救援行动。 6 小时后，当一架 EA 一 6B 电子干扰机发现飞行员的准确位置时，一架 MH 一 6oG 搜索与救援直升机降落在飞行员面前，把飞行员接上直升机并安全返回基地。据此回答,（1）飞行员发出的呼救信号是（ ）,A .GIS 系统信号 B .GPS 系统信号 C .RS 系统信号 D .以上都不对,B,（2）北约轰炸的科索沃，其气候属于（ ）,A 温带海洋性气候 B 温带季风气候 C 地中海气候 D 热带沙漠气候,C,GPS系统的营救范例 GPS系统在营救F-117A隐形战斗机飞行员之前，曾成功地营救过美国F-16战斗机的飞行员，1993年4月还曾营救过阿拉法特 1993年4月，巴勒斯坦解放组织领导人阿拉法特的座机在飞行途中不幸遇上沙暴，飞机被迫降落在撒哈拉大沙漠里与阿拉法特失去联系的巴勒斯坦解放组织总部使尽浑身解数寻找未果，最后只好借助美国的侦察卫星十几小时之后，才在茫茫沙漠中找到了迫降飞机的准确位置，使阿拉法特获救美国使用的这种卫星救援系统正是屡见奇功的“导航星”全球定位系统，即GPS由于它全球定位及时准确，被称为“当代观音.印度洋地震引发的海啸所带来的灾难让世人震惊。这场灾难中也发生了一些幸运的事情：36名英国游客被困在斯里兰卡南部海滨的希克杜沃海滩，其中一名游客的手机帮助救援人员发现了他们的地点。海啸救援中心负责人表示，海啸发生以后，当地的所有电话公司加入到营救行动中，他们通过跟踪手机信号发现手机用户的地点。这是斯里兰卡首次在救援中利用高技术手段并获得成功。此外，摩根士丹利公司香港总部的35名员工也依靠国际漫游手机，最后成功获救。,(1) 当奔驰的车辆行驶在车流熙攘的高速公路上时，司机启动自动驾驶系统，就可悠然自得地读书看报。车辆能自动与前车保持距离，自动刹车或超车，自动驾驶系统能够精确到厘米。在不打搅车内乘客读书看报的情况下，它能自动选择一条能避免堵塞的道路前进。到达目的地后它会自动报告：“您已到达。”这些听起来犹如神话，其实它都依赖于来自太空的信号。这种高度精确的太空信号就是由比GPS更先进的欧洲“伽利略”卫星导航系统提供的。 (2)汽车安装上GPS接收机，不仅能利用电子地图知道自己的方位和其他街区的车辆行驶状况，从而绕开堵车地区，选择最便利的路线行驶，还能在遇到劫匪报警时向警方提供自己精确的所在位置，使警方尽快赶+到据介绍：日本90的机动车都安装有GPS接收机 。 (3)GPS电子站牌现身上海街头: 下一辆车离本站还有1.2千米,约3分钟内到达.上海的许多 出租车上装备了GPS系统.公司可以根据GPS对出租车定位,并提供无线电联系以及电子地图 到2007年,上海1.8万公交车全部实现GPS监控,(1)热爱旅游的人们已经将更多的目兴投向人迹罕至的地区高山、峡谷、沙漠、戈壁等在地广人稀没有任何参照物可用以辨别方向的情况下，极易迷失方向,危险无时无刻不存在,手持GPS接收机沿着机中记录的安全轨迹小心行进，从而可以安全返航。如果旅游者配上GPS接收机，根据地图标示的经纬度就可以保障安全GPS能提供误差不足30m的经纬度，受难者可以用它提供给救援人员自己所在地的坐标，从而为挽救自己和他人的生命争取宝贵的时间 (2)利用GPS，旅游者可以在陌生的城市里迅速找到自己所在的位置，确定的前往目的地的最优行进方式和路线。 余纯顺在罗布泊探险遇难时离最近的补给站仅几百米。风沙淹埋了前人走过的足迹。在茫茫荒漠中又渴又饿的他终于倒下了。如果当时他有一台中文显示GPS接收机，这种惨剧又何以发生？。目前，许多休闲俱乐部围绕GPS功能相继推出“穿越“、“寻宝“、“野外拓展“等都市游戏，丰富了人们的周末生活，提高了人们的生活品位，深得户外运动爱好者的欢迎,1912年4月14日，英国大型豪华客船泰坦尼克号在北大西洋北纬4046，西经5014处与冰山相撞，于15日2时20分沉没 ，是死亡人数最多的海难。泰坦尼克号于1912年建成，1912年4月10日载客1316人、船员885人，自英国南安普敦始航至美国纽约，也是该船建成后的首次远航。航行中于14日9时至18时20分之前多次收到关于流冰与冰山的无线电报 ,由于报务员忙于旅客的电报，未向船长报告 ,至22时大副报告已进入冰区时，船长仍令按原航向行驶。到23时40分为避撞船首前方冰山，大副下令满舵左转、全速后退时，船首右舷与20万吨重，速度为每小时26米的冰山相撞，冰山的水下部分划破右舷前部6个水密舱，共长91.44米（而船的登记长度为259.84米），使机舱大量进水，船开始下沉 15日1时发出SOS呼救信号并放火箭信号，至2时20分沉没。817位旅客、673位船员共1490人遇难冰海。船长和大副均在指挥中随船沉没,二、全球定位系统与定位导航,1 . GPS 静态导航定位与动态导航定位,静态定位中， GPS 接收机在捕获和跟踪 GPS 卫星的过程中固定不变，接收机高精度地测量 GPS 信号的传播时间，利用 GPS 卫星在轨的已知位置，解算出接收机天线所在位置的三维坐标。,而动态定位则是用 GPS 接收机侧定一个运动物体的运行轨迹。 GPS 信号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，行走的车辆等）。载体上的 GPS 接收机天线在跟踪 GPS 卫星的过程中相对地球而运动，接收机用 GPS 信号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）,2 . GPS 的用途,GPS 最初就是为军方提供精确定位而建立的，至今它仍然由美国军方控制。军用 GPS 产品主要用来确定并跟踪在野外行进中的士兵和装备的坐标、给海中的军舰导航、为军用飞机提供位置和导航信息等。,2 . GPS 的用途,目前 GPS 系统的应用已经十分广泛，我们可以应用 GPS 信号进行海空和陆地的导航、导弹的制导、大地测量和工程侧量的精密定位、时间的传递和速度的测量等。,【 阅读指导 】 车载 GPS 的功用,通过车载 GPS, 可以在显示屏 上及时查看车 辆所在的经纬 度、运行轨迹、 速度、行进方 向等,车载电台把定 位信息发送给 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,【 阅读指导 】 GPS 在航海、航空导航中的应用,向用户提供船舶位置、 航速、航向信息、海 图、海迹显示,避免船