全球定位系统的应用

当你旅游或野外考察时，通常用哪些方法来辨别方向或确定你所在的位置？这些方法有什么不足？思考？现在有没有更简单、更准确的方法？手持型GPS机车载型GPS机第一节全球定位系统的应用第三章地理信息技术的应用探究：1.在一个平面直角坐标系上，确定A点的位置，需要知道几个值？2.在一个空间三维坐标系上，确定点的位置，需要知道几个值？3.要精确知道一个人在地球上的位置，必须知道几个值？至少需要几颗卫星？YXAXYZB卫星定位的基本原理

简单地说就是用户同时向已知其位置的3个导航卫星分别进行距离测量，然后再以该卫星为球心，以所测得的距离为半径，在空间画出3个球面，则该3个球面的相交点，就是用户的所在位置了。

通常应用三颗卫星的数据就可以进行定位，但要保证对目标实时观测（如提供目标运动速度、方向等），则至少需要四颗卫星的信号。卫星定位技术发展的回顾

1957年世界上第一颗人造地球卫星发射成功，半个多世纪以来，人造地球卫星技术在通信、气象、资源勘察、导航、遥感、大地测量、地球动力学、天文学和军事科学等众多领域，得到了极广泛应用。

1958年底，美国海军武器实验室，开始着手建立为美国海军舰艇导航的卫星系统，即“海军导航卫星系统”，1964年该系统建成，并在美国军方启用。1967年美国政府批准该系统解密，提供民用。该系统不受气象条件的限制，自动化程度高，具有良好的定位精度。由于该系统卫星数目少（5-6颗），运行轨道低（1000km）,观测时间长（1.5小时），无法提供连续实时三维导航，同时获得一次导航解读的时间长，难以满足军事要求，尤其是高动态目标（飞机、导弹等）导航要求。为满足军事和民用对连续实时和三维导航的迫切要求，1973年美国国防部开始组织陆海空三军，共同研究建立新一代卫星导航系统的计划，即全球定位系统（GPS）。于１９９４年全面建成。一、全球定位系统全球定位系统：（GlobalPositioningSystem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。它是利用卫星网络来获得地面某点经纬度和高程的系统。全球定位系统的系统组成空间部分地面监控系统用户设备部分全球定位系统主要是GPS接收机提供与定位相关的参数和时间信息主要用于监测和控制卫星及其各种设备的运行可以确定接收机所在点的位置、速度、到航路终点的距离和航向等信息6个轨道面平均轨道高度20200km轨道倾角55（与赤道平面的夹角）周期11h58min（顾及地球自转，地球-卫星的几何关系每天提前4min重复一次）GPS的空间部分GPS卫星星座设计星座：21+3

21颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星保证在每天24小时的任何时刻，在高度角15以上，能够同时观测到4颗以上卫星。请思考：读右图，①相邻两个GPS星座卫星轨道平面之间的夹角是多少度?(

)②每个卫星轨道上各有几颗卫星?它们两两相隔多少度?(

)60°4颗；90°BlockIIRBlockIIABlockIIABlockIIRBlockIIFBlockIIR不同类型的GPS卫星GPS的地面监控部分地面监控部分组成主控站：1个监测站：5个注入站：3个通讯与辅助系统监测站—获取GPS数据,并将数据送至主控站。主控站--控制、调度卫星。注入站—

将主控站的改正参数等注入每颗卫星。主控站（1个）作用：管理、协调地面监控系统各部分的工作;收集各监测站的数据，编制导航电文，送往注入站将卫星星历注入卫星;监控卫星状态，向卫星发送控制指令；卫星维护与异常情况的处理。地点：美国科罗拉多州法尔孔空军基地。监测站（5个）作用：接收卫星数据，采集气象信息，并将所收集到的数据传送给主控站。地点：科罗拉多、夏威夷、阿松森群岛（大西洋）、迪戈加西亚（印度洋）和卡瓦加兰（太平洋）。注入站（3个）作用：将导航电文注入GPS卫星。地点：阿松森群岛（大西洋）、迪戈加西亚（印度洋）和卡瓦加兰（太平洋）各种用户设备

GPS信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。阅读导航型接收机：用于运动载体的导航，分为车载型、航海型、航空型、星载型。能实时提供载体的位置、速度。测地型接收机：用于精密大地测量、精密工程测量。天线单元接收单元授时接收机：利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时。用于天文台及无线电通讯。内置天线翻页光标键定位键输入键显示屏导航键开机键退出键图1-1

表示接收机所在的经纬度位置

数字表示被接收信号的卫星编号，黑色柱长短表示信号的强弱。

卫星分布图描绘了在你处位置（圆心）仰望天空能搜索到的卫星，大圆表示地平线，小圆为抬以45°角仰望天空的范围，越靠近中心，卫星信号越强。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卫星星座地面监控系统GPS信号接收机空间由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个轨道平面内地面由分布在全球的5个地面站(包括5个监控站、1个主控站和3个注入站)组成用户导航型接收机、测地型接收机、授时接收机小结全球定位系统的作用、功能和特点：

特点：（1）全天候，不受天气影响；（2）全球覆盖；（3）三维定速定时高精度；（4）快速省时高效率；（5）应用广泛、多功能。作用：可以快速精确地确定地面某点的位置（经度、纬度）和高程，甚至速度、距离和航向等。主要功能：定位和导航。

美国认为这是对它的威胁，这与GPS系统的脆弱性相联系。与欧洲的“伽利略”、俄罗斯的“格洛纳斯系统相比，美国GPS系统的抗干扰能力较弱，因为在一般情况下，从卫星反馈到地面的信号很小，如果对方一旦进行干扰，都会使GPS接收机无法正常工作，从而使其导航定位精度降低或产生误导。例如对方用装有模仿GPS信号发生装置的飞机不断在特定空域飞行，因飞机离地面近信号比卫星强得多，就可以干扰GPS终端的信号接收。特别是美国GPS系统各星之间信号频率和调制方式相同。其他国家的卫星定位系统欧洲的“伽利略”、俄罗斯的“格洛纳斯”、中国的“北斗”等全球卫星导航定位系统也在发展。

“格洛纳斯”系统在20世纪70年代开始研制、1984年首颗卫星就入轨、从1993年到2000年先后有24颗卫星并网，它在其他性能方面也很不错，大有后来居上的味道。阅读材料1、1999年3月27日，北约部队一架F—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，通过手持式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—6B电子干扰机发现飞行员的准确位置时，一架MH—60G搜索与救援直升机降落在飞行员面前，将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

系统信号，该系统包括三大部分

、

、

。（2）北约轰炸的科索沃，其气候属于

，该气候的形成原因是

GPS空间部分地面监控部分用户设备部分地中海气候冬季受西风带的影响，夏季受副热带高压的控制。小试牛刀

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。案例二、全球定位系统的应用1、军事方面

随着卫星技术在军事领域的广泛运用，战争的陆、海、空三维空间已发展到陆、海、空、天、电（磁）五维空间。在海湾战争中，美国航天司令部统一指挥了约70颗卫星，支援陆海空作战，海湾战争也因此被称为“第一次空间战争”。显然，谁拥有“制信息权”，谁就能掌握高技术战场的主动权，而“制信息权”又离不开“制天权”。“制天权”与美国国家导弹防御系统也有着密不可分的联系，如果卫星被毁或“致盲”它就会瘫痪，因此，美国在打“卫星战”方面比谁都起劲。ＧＰＳ的军事应用：给航行中的军舰、飞机及导弹等设施提供定位和导航信息；同时也应用于野外行进中的单兵和移动装置的定位及跟踪．阅读材料归纳2、测量方面

本次测量除采用1975年时的传统测量方法外，还采取GPS测量系统。2005年10月9日上午10时，国家测绘局局长陈邦柱宣布珠穆朗玛峰高度最新测量结果：8844.43米(岩面高度）测量精度±0.21米，峰顶冰雪深度3.50米。原1975年公布的珠峰高程数据停止使用。优点：测量精度高、操作简便、仪器便于携带、全天候操作、信息自动接收、存储。应用：大地测量、资源勘探、地壳运动观测、地籍测量等。大坝变形监测车载GPS在交通运输中的作用3、交通方面【阅读指导】

车载GPS的功用信息接收信息发射应用领域通过车载GPS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、航空导航中的应用应用类型应用领域应用作用航海应用航空应用提供船舶位置、航速、航向信息、海图、海迹显示。避免船只冲撞，确保航行安全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GPS让物流运输过程透明化

通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。监控台的电子地图可显示求助信息和报警目标，规划出最优援助方案，并以报警声、光提醒值班人员进行应急处理。

4、紧急援助案例：2005年8月10日傍晚六点左右，飞达GPS监控中心接到要求查询粤S4HXXX车辆位置的电话，原来驾驶该车辆的赵先生当天下午被一伙歹徒劫持了，这伙歹徒打电话给赵先生的亲人勒索金钱，飞达监控中心迅速查出该车辆停放在惠州市惠环镇离莞惠公路约100米的地方，并将情况通知了公司的负责人。傍晚七点半，飞达公司人员到达现场，利用先进的专用设备，很快发现该车辆，为了不打草惊蛇，指示监控中心将车辆断油断电。后来，在当地警察的大力追捕下，将一名探听虚实的贼抓获。警察根据他提供的指示很快找回了被劫持了的赵先生，人和车都完好无损。经审讯，该团伙共有八人，专门伺机对东莞的车主进行绑架勒索，已多次作案，想不到这次栽在卫星定位手里。5、农业方面（1）精准农业耕作

利用GPS技术，配合遥感技术（RS）和地理信息系统（GIS），能够做到监测农作物产量分布、土壤成分和性质分布、做到合理施肥、播种和喷洒农药，节约费用、降低成本、达到增加产量提高效益的目的。利用差分GPS技术可以做到：土壤养分分布调查、监测作物产量、合理施肥，精确农业管理。在作物生长期的管理中，利用遥感图象并结合GPS可绘出作物色彩变化图。利用GPS定位采集一定数量的土壤及作物样品进行分析，可以绘制出作物生长的不同时期的土壤含量的系列分布图。这样可以做到精确地对作物生长进行管理。（2）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界线等方面可以发挥其独特的重要的作用。在森林中进行常规测量相当困难，而GPS定位技术可以发挥它的优越性，精确测定森林位置和面积，绘制精确的森林分布图。（3）GPS技术用于森林防火它是在飞机的环动仪上安装热红外系统和GPS接收机，使用这些机载设备来确定火灾位置，并迅速向地面站报告。（4）鱼群定位：P79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GPS接收机，惨剧又何以发生？在地广人稀没有任何参照物可用以辨别方向的情况下，危险无时无刻不在,手持GPS接收机沿着机中记录的安全轨迹小心行进，可安全返航。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，丰富了人们周末生活，提高了人们生活品位，深得户外运动爱好者的欢迎。6、休闲娱乐

在2006年的“五一”黄金周，12位北京户外运动爱好者在内蒙古库布其沙漠进行徒步穿越时被困，其中一位队员不幸遇难。由于遇险地点位于沙漠深处，给搜救工作带来很大困难。所幸的是探险队员们随身带了GPS全球卫星定位手持机，通过GPS定位准确地向救援人员报告了遇险地点的经纬度坐标，救援人员也通过GPS定位，在茫茫沙漠中找到了被困队员。这次意外，让更多人知道了GPS这个名词。如果没有GPS，在没有向导的情况下，这样的沙漠穿越与救援几乎是不可想象的。在旅游及野外考察中，比如到风景秀丽的地区去旅游，到原始大森林、雪山峡谷或者大沙漠地区去进行野外考察，GPS接收机是你最忠实的向导。可以随时知道你所在的位置及行走速度和方向，使你不会迷失路途。前景畅想“GPS的应用仅受到人们想象力的限制”——美国前副总统戈尔。温馨提示角色扮演假设你是(士兵、导游、家长……)“GPS的应用有利有弊,我们应尽可能发挥它的优势合理使用它”。温馨提示

GPS最初是为军事应用而建立的，至今仍然由美国国防部控制。结合所学知识完成1-2题。1.GPS系统是哪些技术的结晶①航空航天技术 ②无线电通信技术③计算机技术④基因工程A.①②④ B.①③④ C.②③④ D.①②③2.配备GPS接收机的美国士兵随时都可获得工作卫星提供的①三维位置②三维方向 ③运动速度和时间④伊军士兵位置A.①②④ B.①②③ C.②③④ D.①③④课堂巩固3、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A.指南针 B.GPS设备C.遥感图像 D.地形图4、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A、RS技术 B、GPS技术 C、GIS技术 D、空间分析技术5.利用GPS卫星定位时，地面上任何一点，在任一时刻，地面上空至少有（）A.一颗GPS卫星 B.二颗GPS卫星C.三颗GPS