第三节全球定位系统及其应用

1、 在伊拉克战争中，曾经有记者问一位飞行在伊拉克战争中，曾经有记者问一位飞行 员：员：“你知道去轰炸哪个城市吗？你知道去轰炸哪个城市吗？” 飞行员回答：飞行员回答：“不知道。不知道。” “那你怎么去轰炸呢？那你怎么去轰炸呢？” “容易，上级给我一个坐标，我按计算容易，上级给我一个坐标，我按计算 机的指引，投下采用机的指引，投下采用GPS导航的炸弹掉头导航的炸弹掉头 就走，跟我玩游戏机没哈两样。就走，跟我玩游戏机没哈两样。” 这个例子是现代战争中引用这个例子是现代战争中引用GPS系统系统 的典型案例。我们反对战争，但要想能更好的典型案例。我们反对战争，但要想能更好 的维护世界和平，我们也需要了解的

2、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。全球定位系统这种现代地理信息技术。 基本概念 全球定位系统：全球定位系统： （Global Positioning System 简称简称GPS ） 是具有在海、陆、空是具有在海、陆、空 进行全方位、实时三进行全方位、实时三 维维导航导航与与定位定位功能的功能的 新一代卫星导航与定新一代卫星导航与定 位系统位系统 。 知识点导航知识点导航 通俗地说：利用卫星，在全通俗地说：利用卫星，在全 球范围内适时进行导航、定球范围内适时进行导航、定 位的系统位的系统 在美国在美国, 共同给列为共同给列为20世纪世纪“三大三大 航天工程航

3、天工程”. 问题探讨问题探讨: 按照理论按照理论,我们知道要保证地面各点能我们知道要保证地面各点能 接收到信息只要接收到信息只要3颗卫星就可以了颗卫星就可以了,为什么为什么 我们要用我们要用4颗卫星呢颗卫星呢? 当当GPS收到收到3颗卫星的信号，它只能颗卫星的信号，它只能 计算出计算出2维坐标：经度和纬度，这时它可维坐标：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。能还会显示高度数据，但这数据是无效的。 当当GPS能够收到能够收到4颗及以上卫星的信号时，颗及以上卫星的信号时， 它能计算出本地的它能计算出本地的3维坐标：维坐标：经度、纬度、经度、纬度、 高度。高度。 空空 间间

4、部部 分分 24颗卫星星座颗卫星星座 用用 户户 设设 备备 地地 面面 控控 制制 1个主控站个主控站 3个注入站个注入站 5个监控站个监控站 目目 录录 面面 板板 开开 关关 知识点导航知识点导航 监测站监测站获取获取GPSGPS数据数据, ,并将并将 数据送至主控站。数据送至主控站。 主控站主控站-控制、调度卫星。控制、调度卫星。 注入站注入站 将主控站的改正参将主控站的改正参 数等注入每颗卫星。数等注入每颗卫星。 空间部分 各轨道平面相对于赤道平面的倾角为各轨道平面相对于赤道平面的倾角为55，轨道平面间距，轨道平面间距60。 在每一轨道平面内，各卫星升交角距差在每一轨道平面内，各卫星

5、升交角距差90 为了减少误差，一般要求为了减少误差，一般要求4颗卫星，颗卫星， 用于定位的用于定位的4颗卫星称为定位星座。颗卫星称为定位星座。 返回返回 用户设备 类型类型应用应用 用于用于运动载体运动载体的导航，分为车的导航，分为车 载型、航海型、航空型和星载载型、航海型、航空型和星载 型型 能够实时给出载体的能够实时给出载体的位置位置 和和速度速度，价格便宜，应用，价格便宜，应用 广泛广泛 测地接收机测地接收机 定位精度高，仪器结构复定位精度高，仪器结构复 杂，价格较贵杂，价格较贵 授时接收机授时接收机 用于天文台及无线电通讯用于天文台及无线电通讯利用利用GPS卫星提供的高精卫星提供的高精

6、 度时间进行授时度时间进行授时 用于精密大地测量和精密工程测量用于精密大地测量和精密工程测量 导航接收机导航接收机 返回返回 车载GPS接收器 目目 录录 面面 板板 开开 关关 知识点导航知识点导航 它能够实时测量它能够实时测量“四度四度”：经度、纬度、高度、速：经度、纬度、高度、速 度度 GPS功能 1、定位: 2、导航: 我现在在哪里？ 我要去哪里？如何去？我要去哪里？如何去？ 3.跟踪。跟踪跟踪。跟踪-监视人或物体的运动。监视人或物体的运动。 4.绘图。用于绘制世界地图。绘图。用于绘制世界地图。 5.定时。提供精确的时间。定时。提供精确的时间。 C:C:定位定位 键，显示键，显示标定位

7、置画面标定位置画面如图如图1-41-4所示，所示， 经纬度为经纬度为N32N3203.23203.232，E118E11845.92345.923海拔海拔 高度高度1717米等信息米等信息 图1-4 【 阅读指导阅读指导 】 车载车载 GPS 的功用的功用 信息接收信息接收信息发射信息发射应用领域应用领域 通过车载通过车载 GPS, 可以在显示屏可以在显示屏 上及时查看车上及时查看车 辆所在的经纬辆所在的经纬 度、运行轨迹、度、运行轨迹、 速度、行进方速度、行进方 向等向等 车载电台把定车载电台把定 位信息发送给位信息发送给 监控中心，在监控中心，在 电子地图电子地图上上 显显 示出来，可对示

8、出来，可对 车辆进行调度车辆进行调度 指挥指挥 城城市市公共汽车公共汽车 调度管理，旅调度管理，旅 游区车辆报警游区车辆报警 与调度，海关、与调度，海关、 公安、海防等公安、海防等 部门对车辆的部门对车辆的 调度与监控调度与监控 【 阅读指导阅读指导 】 GPS 在航海、航空导航中的应在航海、航空导航中的应 用用 应用类型应用类型 应用领域应用领域应用作用应用作用 航海航海 应用应用 航空航空 应用应用 向用户提供船舶位置、向用户提供船舶位置、 航速、航向信息、海航速、航向信息、海 图、海迹显示图、海迹显示 避免船只冲撞，避免船只冲撞， 确保航行安全确保航行安全 把自己的位置把自己的位置 和航

9、向发送到和航向发送到 航海管理航海管理 中中 心心 便于中心的跟便于中心的跟 踪、搜寻和救援踪、搜寻和救援 空域航路、着空域航路、着 陆、机场监视陆、机场监视 和管理和管理 实现空域划分、空实现空域划分、空 中交通流量管理、中交通流量管理、 飞行路径管理飞行路径管理 美国地面部队在人生地不熟的沙漠里，正是靠美国地面部队在人生地不熟的沙漠里，正是靠GPS的指向，才顺的指向，才顺 利完成了各项军事任务；现代战争中，从几千公里外发射的导弹利完成了各项军事任务；现代战争中，从几千公里外发射的导弹 能准确地命中目标，也是靠的能准确地命中目标，也是靠的GPS技术我们技术我们1999年南联盟使馆年南联盟使馆

10、 被炸，那被炸，那5枚精确制导炸弹，全部是枚精确制导炸弹，全部是GPS精确制导的炸弹，那精确制导的炸弹，那5枚枚 导弹均匀地分布在我们的大使馆楼顶的扇面上，这是导弹均匀地分布在我们的大使馆楼顶的扇面上，这是GPS在军事在军事 上运用获得的效能。上运用获得的效能。 导弹的飞行、飞机的导航、精确打击的实现，无不依赖于导弹的飞行、飞机的导航、精确打击的实现，无不依赖于GPS， 所以，当前的美伊战争，所以，当前的美伊战争，GPS也成了双方争斗的重要一环也成了双方争斗的重要一环.如果没如果没 有这一系统，海湾战争中美国的两枚导弹先后攻击同一目标，后有这一系统，海湾战争中美国的两枚导弹先后攻击同一目标，后

11、 一枚导弹通过前一导弹炸开的洞钻入目标内部进行攻击是不可能一枚导弹通过前一导弹炸开的洞钻入目标内部进行攻击是不可能 的）。由于它的精确度目前已达到的）。由于它的精确度目前已达到10米内，该系统曾被美军在海米内，该系统曾被美军在海 湾战争、科索沃战争、阿富汗战争中广泛运用，并发挥了巨大威湾战争、科索沃战争、阿富汗战争中广泛运用，并发挥了巨大威 力。为了提高精确度，美国国防部在实际运行的时候，又增加力。为了提高精确度，美国国防部在实际运行的时候，又增加4 颗卫星，使得卫星总数达到颗卫星，使得卫星总数达到28颗，精确度也相应地提高到了颗，精确度也相应地提高到了7米。米。 再加上美军使用的是能更好弥补

12、大气偏差的加密接收机，它们可再加上美军使用的是能更好弥补大气偏差的加密接收机，它们可 以得到更精确的实时精度。据国外媒体早先报道，即使是美国的以得到更精确的实时精度。据国外媒体早先报道，即使是美国的 民用手持民用手持GPS接收器在水平面上的定位精度都可以达到接收器在水平面上的定位精度都可以达到5米。足米。足 见其军用系统定位精度之高。见其军用系统定位精度之高。 在现代高科技战争条件下，全球定位系统（在现代高科技战争条件下，全球定位系统（GPS）扮演着重要角色，导弹）扮演着重要角色，导弹 的飞行、飞机的导航、精确打击的实现，无不依赖于的飞行、飞机的导航、精确打击的实现，无不依赖于GPS，所以，当

13、前的，所以，当前的 美伊战争，美伊战争，GPS也成了双方争斗的重要一环。也成了双方争斗的重要一环。GPS是美国开发的一种利用是美国开发的一种利用 环绕地球的环绕地球的24颗卫星准确计算全球任意点位置的庞大卫星网络定位系统。颗卫星准确计算全球任意点位置的庞大卫星网络定位系统。 在战争中，只有实现了精确的定位，才有可能实现精确打击（如果没有这在战争中，只有实现了精确的定位，才有可能实现精确打击（如果没有这 一系统，海湾战争中美国的两枚导弹先后攻击同一目标，后一枚导弹通过一系统，海湾战争中美国的两枚导弹先后攻击同一目标，后一枚导弹通过 前一导弹炸开的洞钻入目标内部进行攻击是不可能的）。由于它的精确度

14、前一导弹炸开的洞钻入目标内部进行攻击是不可能的）。由于它的精确度 目前已达到目前已达到10米内，该系统曾被美军在海湾战争、科索沃战争、阿富汗战米内，该系统曾被美军在海湾战争、科索沃战争、阿富汗战 争中广泛运用，并发挥了巨大威力。为了提高精确度，美国国防部在实际争中广泛运用，并发挥了巨大威力。为了提高精确度，美国国防部在实际 运行的时候，又增加运行的时候，又增加4颗卫星，使得卫星总数达到颗卫星，使得卫星总数达到28颗，精确度也相应地颗，精确度也相应地 提高到了提高到了7米。再加上美军使用的是能更好弥补大气偏差的加密接收机，米。再加上美军使用的是能更好弥补大气偏差的加密接收机， 它们可以得到更精确

15、的实时精度。据国外媒体早先报道，即使是美国的民它们可以得到更精确的实时精度。据国外媒体早先报道，即使是美国的民 用手持用手持GPS接收器在水平面上的定位精度都可以达到接收器在水平面上的定位精度都可以达到5米。足见其军用系米。足见其军用系 统定位精度之高。他们在这方面并不甘落后，比如欧洲和俄罗斯，他们同统定位精度之高。他们在这方面并不甘落后，比如欧洲和俄罗斯，他们同 样拥有先进的卫星技术，具有向样拥有先进的卫星技术，具有向GPS发起挑战的优势。于是，俄罗斯推出发起挑战的优势。于是，俄罗斯推出 了自己的了自己的Glonass系统，现在已经完成部署，并开始投入运营。欧盟更是系统，现在已经完成部署，并

16、开始投入运营。欧盟更是 雄心勃勃，他们计划推出目前规模最大的卫星导航定位系统雄心勃勃，他们计划推出目前规模最大的卫星导航定位系统-伽利略系统，伽利略系统， 这个系统的卫星数量高达这个系统的卫星数量高达30颗，总投资预计为颗，总投资预计为33亿欧元，正准备付诸实施。亿欧元，正准备付诸实施。 欧洲与俄罗斯在卫星导航定位系统上的大动作，将打破美国欧洲与俄罗斯在卫星导航定位系统上的大动作，将打破美国GPS一统天下一统天下 的局面，给美国造成了巨大的压力。的局面，给美国造成了巨大的压力。 3GPS系统的营救范例系统的营救范例 GPS系统在营救系统在营救F-117A隐形战斗机飞行员之前，曾成功地营隐形战斗

17、机飞行员之前，曾成功地营 救过美国救过美国F-16战斗机的飞行员，战斗机的飞行员，1993年年4月还曾营救过阿拉法月还曾营救过阿拉法 特特 1993年年4月，巴勒斯坦解放组织领导人阿拉法特的座机在飞行月，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，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

18、，使阿拉法特获救美国使用的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这种卫星救援系统正是屡见奇功的“导航星导航星”全球定位系统，全球定位系统， 即即GPS由于它全球定位及时准确，被称为由于它全球定位及时准确，被称为“当代观音当代观音.印度洋印度洋 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：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希克杜沃海滩，其中一名游客的手机帮助

19、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名员工也依靠名员工也依靠 国际漫游手机，最后成功获救。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，司机启动当奔驰的车辆行驶在车流熙

20、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。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：免堵塞的道路前进。到达目的地后它会自动报告：“您已到您已到 达。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

21、由比这种高度精确的太空信号就是由比GPS更先进的欧洲更先进的欧洲“伽利略伽利略” 卫星导航系统提供的。卫星导航系统提供的。 (2)汽车安装上汽车安装上GPS接收机，不仅能利用电子地图知道自己的方接收机，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，使警方尽快赶所在位置，使警方尽快赶+到据介绍：日本到据介绍：日本90的机动车都的机动车都 安装有安装有GPS接收机接收机 。 (3)GP

22、S电子站牌现身上海街头电子站牌现身上海街头: 下一辆车离本站还有下一辆车离本站还有1.2千米千米,越越3分钟内到达分钟内到达.上海的许多上海的许多 出租出租 车上装备了车上装备了GPS系统系统.公司可以根据公司可以根据GPS对出租车定位对出租车定位,并提供无并提供无 线电联系以及电子地图线电联系以及电子地图 到到2007年年,上海上海1.8万公交车全部实现万公交车全部实现GPS监控监控 2）军用领域）军用领域 GPS是自动化指挥系统、先进武器系统及新的战役战术理论的一是自动化指挥系统、先进武器系统及新的战役战术理论的一 项关键性基本保障技术，能为地面车辆、人员以及航空、航海、项关键性基本保障技

23、术，能为地面车辆、人员以及航空、航海、 航天等领域的飞机、船只、潜艇、卫星、航天飞机进行导航定位；航天等领域的飞机、船只、潜艇、卫星、航天飞机进行导航定位； 武器发射、侦察、飞机进场着陆、交通管制、搜索营救，战场部武器发射、侦察、飞机进场着陆、交通管制、搜索营救，战场部 队、车辆以及单兵定位；精确制导导弹打击目标坐标定位及弹道队、车辆以及单兵定位；精确制导导弹打击目标坐标定位及弹道 导引。导引。 陆地应用：主要包括车辆导航、景点导游、应急反应、高精度陆地应用：主要包括车辆导航、景点导游、应急反应、高精度 时频对比、大气物理观测、地球物理资源戡探、工程测量、变时频对比、大气物理观测、地球物理资源戡探、工程测量、变 形监测、地壳运动监测、市政规划控制等；形监测、地壳运动