[名校联盟]陕西西安市临潼区华清中学高二地理《33+全球定位系统及其应用》课件(必修三+湘教版)

1、3.3 3.3 全球定位系统及其应用全球定位系统及其应用华清中学华清中学地理组地理组黄元霄黄元霄教学目标教学目标新课标要求新课标要求: 1.简述简述GPS的基本工作原理。的基本工作原理。 2.结合实例，说出结合实例，说出GPS在交通、旅在交通、旅游、导航、军事、野外勘探等领域中游、导航、军事、野外勘探等领域中的应用。的应用。教学重点：教学重点： 1.全球定位系统（全球定位系统（GPS）的概念、发展阶段和）的概念、发展阶段和组成组成 2.全球定位系统（全球定位系统（GPS）的应用）的应用教学难点：教学难点：全球定位系统（全球定位系统（GPS）的组成和应用）的组成和应用阅读阅读：1999年年3月月

2、28日北京时间日北京时间5时，时，北约向北约向南联盟南联盟发动了第四轮空袭。英勇发动了第四轮空袭。英勇的的南联盟南联盟击落了击落了美国美国F-117隐形飞机。隐形飞机。当中弹的当中弹的F-117战机的飞行员从座舱弹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约太空的卫星迅速将有关信息传送给北约军事指挥部，营救小组仅用军事指挥部，营救小组仅用20分钟就将分钟就将飞行员救走。飞行员救走。 这个例子是现代战争中这个例子是现代战争中引用引用GPS系统的典型案例

3、。系统的典型案例。我们反对战争，但要想能更我们反对战争，但要想能更好的维护世界和平，我们就好的维护世界和平，我们就需要了解需要了解GPS全球定位全球定位系统这种现代地理信息技术。系统这种现代地理信息技术。一、一、 全球定位系统全球定位系统（一）概念（一）概念：（Global Positioning System 简称简称GPS ）是具有在海、陆、是具有在海、陆、空进行全方位、实空进行全方位、实时三维时三维导航导航与与定位定位功能的新一代功能的新一代卫星卫星导航导航与与定位系统定位系统 。 阅读指导阅读指导 GPS的起源的起源 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

4、无线电导远程导航与定位主要用无线电导航系统。航系统。 1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；电波传播受大气影响；定位精度不波传播受大气影响；定位精度不高。高。 2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)，1958年研制年研制1964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(56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

5、部门对连续实时和三维导航的迫切要求，的迫切要求，1973年美国国防部制定了年美国国防部制定了GPS计划。计划。 3GPS发展历程发展历程 GPS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1973年到年到1979年，共发射了年，共发射了4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1979年到年到1984年，又陆续发射了年，又陆续发射了7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

6、验表明，验表明，GPS定位精度远远超过设计标定位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。1989年年2月月4日第一颗日第一颗GPS工作卫星发工作卫星发射成功，表明射成功，表明GPS系统进入工程系统进入工程建设阶段。建设阶段。1993年底实用的年底实用的GPS网即网即(21+3)GPS星座已经建星座已经建成，今后将根据计划更换失效的成，今后将根据计划更换失效的卫星。卫星。（二二）GPS组成组成返回返回全球定位系统的组成全球定位系统的组成系统结构系统结构空间空间位置位置组成和分布组成和分布全全球球定定位位系系统统GPS空间空间星座星座地面监地面监控系统控系统用户用

7、户系统系统空空间间由由2l颗工作卫星和颗工作卫星和3颗在轨备用卫颗在轨备用卫星组成，星组成，24颗卫星均匀分布在颗卫星均匀分布在6个个轨道平面内轨道平面内地地 面面由分布在全球的由分布在全球的5个地面站个地面站(包括包括1个个主控站、主控站、 3个注入站和个注入站和5个监控站个监控站 ，主控站和注入站都位于监控站里主控站和注入站都位于监控站里)组组成成用用 户户接收机硬件（天线单元和接收单接收机硬件（天线单元和接收单元）、元）、 GPS数据处理软件等用户数据处理软件等用户设备设备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

8、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的4颗卫星称为定位星座。颗卫星称为定位星座。返回返回地面监控部分主控站主控站位于美国科罗拉多的斯平士（位于美国科罗拉多的斯平士（Colorado Springs）的联合空间执行中）的联合空间执行中心（心（CSOC），三个），三个注入注入站分别设在大西洋、印度洋和太平洋的三个美国军站分别设在大西洋、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（事基地上，即大西洋的阿松森（Ascension）岛、印度洋的狄哥）岛、印度洋的狄哥伽西亚伽西亚(D

9、iego Garcia)和太平洋的卡瓦加兰和太平洋的卡瓦加兰(Kwajalein),五个监测站设在五个监测站设在主控站和主控站和三三个注入站个注入站以及以及夏威夷岛夏威夷岛。返回返回卫星上各种设备是否正常工作卫星上各种设备是否正常工作,是否是否一直沿预定轨道运行一直沿预定轨道运行,要由地面设备监控要由地面设备监控(三) . GPS 接收机的类型根据用途分类根据用途分类 GPS 接收机分为导航型接收机、测地型接收机和授时接收机。接收机分为导航型接收机、测地型接收机和授时接收机。类型类型应应 用用特点特点导航型导航型接收机接收机测地型测地型接收机接收机授时接授时接收机收机用户设备类型类型应用应用特

10、点特点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用于精密大地测量和精密工程测量工程测量 导航接收机导航接收机天线单元天线单元接收单元接收单元授时授时接收机接收机阅读指导阅读指导手持型手持型

11、CPS 接收机接收机应用领应用领域域性能性能优点优点功能功能手持手持型型 GPS 接收接收机多机多为导为导航使航使用用液晶显液晶显示，导示，导航画面航画面清晰，清晰，配有背配有背景灯，景灯，方便夜方便夜问操作问操作功能键功能键齐全齐全不需要地不需要地面辅助设面辅助设备，只要备，只要收到卫星收到卫星信号，就信号，就能快速定能快速定位，不受位，不受天气、行天气、行政区域的政区域的限制限制 能够计算当地的国际能够计算当地的国际标准时间，处于运动状标准时间，处于运动状态还能指出正北方向，态还能指出正北方向，并将经过的地点、路线并将经过的地点、路线记录下来，方便返回时记录下来，方便返回时用；计算两点间的

12、距离，用；计算两点间的距离，实现坐标系间的相互转实现坐标系间的相互转换；计算日出、换；计算日出、日落时间日落时间地面监控系统对卫星进行监测地面监控系统对卫星进行监测和调控。和调控。GPS卫星的工作过程：卫星的工作过程：向向GPS卫星发送导航定位信号卫星发送导航定位信号 用户系统接受用户系统接受GPS卫星发射卫星发射的信号后进行导航、定位。的信号后进行导航、定位。 （P97）：）：卫星导航定位系统的新卫星导航定位系统的新 时代时代 20世纪世纪80年代，苏联也建立了自己的年代，苏联也建立了自己的卫星定位导航。目前，欧洲也在建立自卫星定位导航。目前，欧洲也在建立自己的卫星定位导航系统，称为己的卫星

13、定位导航系统，称为“伽利略伽利略计划计划”。而我国也成功地研制了。而我国也成功地研制了“北斗北斗导航系统导航系统”，并投入运营，这标志着中，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。国在这一领域也已经处于世界先进水平。北北斗斗卫卫星星导导航航系系统统示示意意图图补充补充：全球定位系统的特点：全球定位系统的特点 (1)全球，全天候工作全球，全天候工作。 (2)能为用户提供能为用户提供连续连续、实时的三维位置实时的三维位置、速度速度和和精密时间精密时间，不受天气不受天气的影响的影响。 (3)定位精度高定位精度高：采用差分定位，精度可达采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级厘米级和毫米

14、级。 (4)功能多，应用广功能多，应用广：随着人们对随着人们对GPS认识认识的加深，的加深，GPS不仅在测量、导航、测速、测不仅在测量、导航、测速、测时等方面取得更广泛的应用而且其应用领时等方面取得更广泛的应用而且其应用领域不断扩大。域不断扩大。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接收我们知道要保证地面各点能接收到信息只要到信息只要3颗卫星就可以了颗卫星就可以了,为什么我们要用为什么我们要用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

15、是无效能还会显示高度数据，但这数据是无效的。当的。当GPS能够收到能够收到4颗及以上卫星的信颗及以上卫星的信号时，它能计算出本地的号时，它能计算出本地的3维坐标：维坐标：经度、经度、纬度、高度纬度、高度。所以：定位原理：颗卫星定位一点所以：定位原理：颗卫星定位一点1234S1S3S4S23 3二、GPS与定位导航 静态定位中静态定位中， GPS 接收机在接收机在捕获和跟踪捕获和跟踪 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 信号的传播时间，信号的传播时间，利用利用 GPS 卫星在轨的已知位卫星在轨的已知位置，解算出接收机天线所在位置，解算

16、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 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 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 接收接收机天线在跟踪机天线在跟踪 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 信号信号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

17、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1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，旅调度管理，旅游区车

18、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P100使装有使装有GPS的出租车配备合理，能最大程度的满足的出租车配备合理，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，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，并使行车、乘车安全系数大大提节省运行成本，并使行车、乘车安全系数大大提高等功能。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、海迹显示避免船只冲

19、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、航空应、航空应用用p100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、航海航海应用应用P100GPS应用领应用领域域主要功能主要功能在林业管理在林业管理方面的应用方面的应用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

20、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肥，在合理施肥，精确农业管精确农业管理方面的应理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(

21、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(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，所以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接受器可以接收到精确的时间信息在农业方面在农业方面GPS也有用武之地以往飞机向农田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，而有常由于不够准确造成喷洒效率低，而有GPS定位定位仪后，合理分布航线仪后，合理分布航线,飞机可以按事先设计好的经飞机可以按事先设计好的经纬度，利用定位仪确认坐标后喷洒，大大提高了纬度，利用定位仪确认坐标后喷洒，大大提高了喷洒效率喷洒效率 ,大大节省飞机作业的费用大大节省飞机作业的费用,喷杀化肥农药喷杀化肥农药时时,减少重叠减少重叠,避免浪费避免浪费,避免过多的用量影响农作物避免过多的用量影响农作物生长生长.例例1 下列关于全球定位系统的下列关于全球定位系统的叙述。不正确的是叙述。不正确的是( ) A GPS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 BGPS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