全球定位系统

1、 当当奔驰的车辆行驶在车流熙攘的高速公路上时，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。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：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这些听起来犹如神话，其实

2、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。 汽车汽车安装上安装上GPS接收机，不仅能利用电子地图知道接收机，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：日本到据介绍：日本90的机动车都安装有的机

3、动车都安装有GPS接收机接收机 。 GPS电子站牌现身上海街头电子站牌现身上海街头: 下下一辆车离本站还有一辆车离本站还有1.2千米千米,约约3分钟内到达分钟内到达.上海上海的许多的许多 出租车上装备了出租车上装备了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,并提供无线电联系以及电子地图并提供无线电联系以及电子地图1、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一代卫星导航

4、与定位系统 。通俗地说：利通俗地说：利用卫星，在全用卫星，在全球范围内适时球范围内适时进行导航、定进行导航、定位的系统。位的系统。 导航卫星导航卫星系统将为导航、定位、授时、测速、测系统将为导航、定位、授时、测速、测向、测形变、降雨和电离层探测等方面提供服务向、测形变、降雨和电离层探测等方面提供服务美国的美国的GPS系统系统俄罗斯俄罗斯GLONASS系统系统中国中国北斗星北斗星 欧洲欧洲伽利略伽利略 在沙漠中迷路时，可用哪种方式获知在沙漠中迷路时，可用哪种方式获知自己所处的具体位置信息（自己所处的具体位置信息（ ）A. 指南针指南针 B. GPS设备设备C. 遥感图像遥感图像 D. 地形图地形

5、图 在海湾战争中，美英联军的制导导弹在海湾战争中，美英联军的制导导弹不受浓烟、沙尘的影响，是因为采取了不受浓烟、沙尘的影响，是因为采取了（ ）A、RS技术技术 B、GPS技术技术C、GIS技术技术 D、空间分析技术、空间分析技术BB空空间间部部分分 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GPS组成组成系统结构系统结构空间位置空间位置组成和分布组成和分布全全球球定定位位系系统统空间空间由由21颗工作卫星和颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，颗在轨备用卫星组成，24颗卫星均匀分布在颗卫星均匀分布在6个轨道平面内个轨道平面内地面地

6、面由分布在全球的由分布在全球的5个地面站组成（个地面站组成（5个监控站、个监控站、1个主控站和个主控站和3个注入站个注入站）用户用户导航接收机、测地型接收机、授时接收机导航接收机、测地型接收机、授时接收机实时计算出三维实时计算出三维坐标坐标速度速度以及以及时间时间GPS卫卫星星座星星座地面监地面监控系统控系统GPS信信号接收机号接收机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

7、的4颗卫星称为定位星座。颗卫星称为定位星座。车载GPS接收器天线单元天线单元三边测量术原理 假如你在野外迷了路，为假如你在野外迷了路，为了确定你所处的位置，你向一了确定你所处的位置，你向一个路人询问，他告诉你这里离个路人询问，他告诉你这里离王家村王家村10千米。你于是打开地千米。你于是打开地图，找到王家村，以它为圆心，图，找到王家村，以它为圆心，按比例尺在地图上画一个半径按比例尺在地图上画一个半径相当于相当于10千米的圆（图）。千米的圆（图）。 然后你又遇到了另外一个然后你又遇到了另外一个路人，他告诉你距离李家村路人，他告诉你距离李家村15千米。你按同样的方法，绘制千米。你按同样的方法，绘制第

8、二个圆（图）。现在，你第二个圆（图）。现在，你得到了两个交点，你必定处在得到了两个交点，你必定处在其中一个点的位置。其中一个点的位置。 这时，你向第三个人打听到，这里距离张家村这时，你向第三个人打听到，这里距离张家村10千米。当你把这个千米。当你把这个圆在地图上画好后，你的位置也就一目了然了（图）。这就是三边测圆在地图上画好后，你的位置也就一目了然了（图）。这就是三边测量术的原理。量术的原理。 GPS GPS的定位原理与的定位原理与“三边测量术三边测量术”原理相似。不同的是原理相似。不同的是3 3颗卫星代替了颗卫星代替了3 3个村子，地图上平面的圆变成了三维的球面。个村子，地图上平面的圆变成了

9、三维的球面。 如图如图GPSGPS接收机接收接收机接收GPSGPS卫星卫星A A、B B、C C传来的信号，计算传来的信号，计算出接收机与它们之间的距离，然后分别以出接收机与它们之间的距离，然后分别以3 3颗卫星为球心，颗卫星为球心，以该卫星到接收机之间的距离为半径，以该卫星到接收机之间的距离为半径，“绘制绘制”3 3个巨大的个巨大的球体。球体。3 3个球体会交于两点，其中那个与地球表面相交的点个球体会交于两点，其中那个与地球表面相交的点就是这台就是这台GPSGPS接收机所处的位置，然后通过计算得到该接收接收机所处的位置，然后通过计算得到该接收机所处的经纬度。卫星机所处的经纬度。卫星D D测量

10、测量GPSGPS接收机所在的高程。接收机所在的高程。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，用于定位的颗卫星，用于定位的4颗颗卫星称为定位星座。卫星称为定位星座。课堂巩固 导航、授时和测距全球定位系统由导航、授时和测距全球定位系统由24颗卫星组成，分布在颗卫星组成，分布在6个轨道平面上绕地个轨道平面上绕地球运转，接收并传递信息。如果要确定一球运转，接收并传递信息。如果要确定一个人（或船只、车辆、飞机等）所

11、处的位个人（或船只、车辆、飞机等）所处的位置，使用的卫星不能少于（置，使用的卫星不能少于（ ）A. 一颗一颗B. 两颗两颗C. 三颗三颗D. 六颗六颗 第一次第一次海湾战争中，美国空军首次使用海湾战争中，美国空军首次使用GPSGPS而大获成功。在而大获成功。在为使用为使用GPSGPS之前，打击某个目标可能要使用多枚炸弹，而使用之前，打击某个目标可能要使用多枚炸弹，而使用GPSGPS精确制导武器精确制导武器1 1枚就可以命中目标。这既提高了打击效果，枚就可以命中目标。这既提高了打击效果，又能避免伤及平民；利用又能避免伤及平民；利用GPSGPS，在沙漠里每一个作战单位都可，在沙漠里每一个作战单位都

12、可以知道自己前方、后方其他作战单位的精确位置；以知道自己前方、后方其他作战单位的精确位置；GPSGPS在搜索在搜索营救中也能发挥作用，一旦己方飞机被打落，发出的信号能及营救中也能发挥作用，一旦己方飞机被打落，发出的信号能及时被发现，并能为救援节省时间。时被发现，并能为救援节省时间。材料一材料一材料二材料二在伊拉克战争中，曾经有记者问一位飞行员：在伊拉克战争中，曾经有记者问一位飞行员：“你知道去你知道去轰炸哪座城市吗？轰炸哪座城市吗？” 飞行员回答：飞行员回答：“不知道。不知道。” “那么你知道轰炸的是什么目标吗？那么你知道轰炸的是什么目标吗？” “不知道。不知道。” “那你怎么去轰炸呢那你怎么

13、去轰炸呢” “容易，上级给我一个坐标，我按计算机的指引，投下容易，上级给我一个坐标，我按计算机的指引，投下采用采用GPS导航的炸弹掉头就走，跟玩游戏没啥两样。导航的炸弹掉头就走，跟玩游戏没啥两样。”说说说说GPS主要优点主要优点GPS主要优点： (1)全球全球,全天候工作全天候工作 (2)实时性实时性,能提供连续、实时的三能提供连续、实时的三 维位置、速度和精密时间，不受维位置、速度和精密时间，不受 天气的影响。天气的影响。（3）高精度）高精度（4）自动测量）自动测量（5）应用广泛、多功能应用广泛、多功能 GPS最初是为军事应用而建立的，至今仍然由美最初是为军事应用而建立的，至今仍然由美国国防

14、部控制。结合所学知识完成下题。国国防部控制。结合所学知识完成下题。1. GPS系统是哪些技术的结晶（系统是哪些技术的结晶（ ）航空航天技术航空航天技术 无线电通信技术无线电通信技术计算机技术计算机技术 基因工程基因工程A. B. C. D. 2. 配备配备GPS接收机的美国士兵随时都可获得工作卫星接收机的美国士兵随时都可获得工作卫星提供的（提供的（ ）三维位置三维位置 三维方向三维方向 运动速度和时间运动速度和时间 伊军士兵位置伊军士兵位置A. B. C. D. DB课堂巩固它能够实时测量它能够实时测量“四度四度”：经度、纬度、高度、速度：经度、纬度、高度、速度GPS功能1、定位、定位:2、导

15、航、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、绘图:用于绘制世界地图。用于绘制世界地图。5、定时、定时:提供精确的时间。提供精确的时间。二、全球定位系统的应用二、全球定位系统的应用应用原理：应用原理： 定位导航（卫星不间断地发送定位导航（卫星不间断地发送 自身的自身的数据参数和时间信息，用户接收到这些信息数据参数和时间信息，用户接收到这些信息后经过计算，求出接收机的三维位置、三维后经过计算，求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。）方向以及运动速度和时间信息。） GPS系统的应用范例系统

16、的应用范例 (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

17、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

18、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)GPS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,约约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二、GPS与定位导航GPS应用军事军事:导弹的飞行、飞机的导航、精确打击的实现导弹的飞行、飞机的导航、精确打击的实现测绘：有哪些优势？有哪些具体应用领域？测绘：有哪些优势？有哪些具体应用领域？交通：关键是交通：关键是导航导航救援：

19、关键是救援：关键是定位定位农业：什么是精准农业耕作？其优势在哪里？农业：什么是精准农业耕作？其优势在哪里？娱乐旅游娱乐旅游 当你外出旅游或者野外探险的时候，为当你外出旅游或者野外探险的时候，为了不迷失方向，请问你通常用哪些方法来辨了不迷失方向，请问你通常用哪些方法来辨别方向或确定你所在的位置？别方向或确定你所在的位置？ GPS应用应用领域领域主要功能主要功能在林业管在林业管理方面的理方面的应用应用GPS技术在确定林区面积，估算木材量，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，寻找水源路位置，对森林火灾周边

20、测量，寻找水源和测定地区边界方面可以发挥独特的重要和测定地区边界方面可以发挥独特的重要作用作用在合理施在合理施肥，精确肥，精确农业管理农业管理方面的应方面的应用用依据农田土壤养分含量分布图，设置有依据农田土壤养分含量分布图，设置有GPS接收机的接收机的“受受控应用控应用”的喷施器，在的喷施器，在GPS的控制下，依据土壤养分含量的控制下，依据土壤养分含量分布图，能够精确地给田地各点施肥。分布图，能够精确地给田地各点施肥。(1)可以监测作物产量可以监测作物产量(计算机计算机产量监视器产量监视器GPS接收机接收机)(2)帮助合理施肥帮助合理施肥(3)应用于土壤养分的分布调查应用于土壤养分的分布调查(

21、GPS接收机把接收机把样品的位置样品的位置)在精确定时在精确定时方面的应用方面的应用每颗每颗GPS卫星上都有精密的原子钟，所卫星上都有精密的原子钟，所以以GPS接受器可以接收到精确的时间信接受器可以接收到精确的时间信息息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可以在屏幕上可以在屏幕上及时查看车辆及时查看车辆所在的经纬度、所在的经纬度、运行轨迹、速运行轨迹、速度、行进方向度、行进方向车载电台把定车载电台把定位信息发给监位信息发给监控中心，在电控中心，在电子地图上显示子地图上显示出来，可对车出来，可对车辆进行调度指辆进行调度指挥挥城市公共汽车城市公共汽车调度管理，旅调

22、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1、车载、车载GPS的功用的功用使装有使装有GPS的出租车配备合理，能最大程度的满足乘客的的出租车配备合理，能最大程度的满足乘客的要求，从而减少了空载率，降低能源消耗，节省运行成本，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。并使行车、乘车安全系数大大提高等功能。应用类型应用类型应用领域应用领域应用作用应用作用向用户提供船舶的向用户提供船舶的位置位置、航速航速、航向航向、时间信息、时间信息、海图、海迹显示海图、海迹显示避

23、免船只冲撞，确保避免船只冲撞，确保航行安全现在很难想航行安全现在很难想象那艘船舶不装备象那艘船舶不装备GPS导航系统和设备导航系统和设备 把自己的位置和航向发把自己的位置和航向发送到航海管理中心送到航海管理中心便于中心的跟踪、搜便于中心的跟踪、搜寻和救援寻和救援3、航、航空应用空应用空域航路、着陆、机场空域航路、着陆、机场监视和管理监视和管理实现空域划分、空中实现空域划分、空中交通流量管理、飞行交通流量管理、飞行路径管理路径管理2、航、航海应用海应用 “北斗北斗”卫星导航系统是卫星导航系统是中国独立发展、自主运行的中国独立发展、自主运行的全球卫星导航系统，同时也全球卫星导航系统，同时也是国家正

24、在建设的重要空间是国家正在建设的重要空间信息基础设施。信息基础设施。“北斗北斗”系系统的建设，促进了全球卫星统的建设，促进了全球卫星导航领域的合作发展与技术导航领域的合作发展与技术进步。进步。 北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 BDSBeiDou Navigation Satellite System 可可在全球范围内全天候、全天时在全球范围内全天候、全天时为各类用户为各类用户提供高精度、高可靠定位、提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能导航、授时服务，并具短报文通信能力力，已经初步具备，已经初步具备区域导航、定位和区域导航、定位和授时能力，定位精度授时能力，定位精度10米，

25、测速精度米，测速精度0.2米米/秒秒,授时精度授时精度10纳秒纳秒,. “北斗北斗”卫星导航系统由空间卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成，端、地面端和用户端三部分组成，空间端包括空间端包括5颗静止轨道卫星和颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面端包括主颗非静止轨道卫星，地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地控站、注入站和监测站等若干个地面站，面站， 用户端由北斗用户终端以及用户端由北斗用户终端以及与美国与美国GPS、俄罗斯、俄罗斯GLONASS、欧、欧洲洲GALILEO等其他卫星导航系统兼等其他卫星导航系统兼容的终端组成。容的终端组成。短短报文通信报文通信： 北斗北斗系统用

26、户终端具有双向报文通信功能，用户可以一系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送次传送40-6040-60个汉字的短报文信息。可以达到一次传送达个汉字的短报文信息。可以达到一次传送达120120个个汉字的信息。在远洋航行中有重要的应用价值。它同时具备定汉字的信息。在远洋航行中有重要的应用价值。它同时具备定位与通讯功能，不需要其他通讯系统支持。而位与通讯功能，不需要其他通讯系统支持。而 GPSGPS只能定位。只能定位。精密精密授时授时： 北斗北斗系统具有精系统具有精密授时功能，可向用密授时功能，可向用户提供户提供20ns-100ns20ns-100ns时时间同步精度间同步精度。四大功能四

27、大功能精密授时精密授时 精度达20纳秒。系统系统容纳的最大用户数：容纳的最大用户数：540000户户/小时。小时。 根据根据系统建设总体规划，按照系统建设总体规划，按照“三步走三步走”的发展战的发展战略，略，20122012年左右，年左右， 系统将首先具备覆盖亚太地区的定系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力；位、导航和授时以及短报文通信服务能力；20202020年左右，年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。 可以可以说，说， 未来自主知识产权导航系统的应用，将未来自主知识产权导航系统的应用，将打破国外对我国技术的垄断和限制，尤其在军

28、事领域拥打破国外对我国技术的垄断和限制，尤其在军事领域拥有自主权，将在国家安全防护和国民经济的建设中发挥有自主权，将在国家安全防护和国民经济的建设中发挥更重要的作用。更重要的作用。 经过经过不断发展和建设，不断发展和建设，“北斗北斗”卫星导航系统已在卫星导航系统已在我国的测绘、渔业、交通运输、电信、水利、森林防火、我国的测绘、渔业、交通运输、电信、水利、森林防火、减灾救灾和国家安全等诸多领域得到应用，产生了显著的减灾救灾和国家安全等诸多领域得到应用，产生了显著的经济效益和社会效益，特别是在四川汶川、青海玉树抗震经济效益和社会效益，特别是在四川汶川、青海玉树抗震救灾中发挥了非常重要的作用。救灾中发挥了非常重要的作用。 北斗北斗卫星导航系统卫星导航系统民用功能民用功能（2）气象）气象应用应用 北斗北斗导航卫星气象应用的开展，可以促进中国天气分析导航卫星气象应用的开展，可