《教師參考》湘教版(高中地理)必修3：3.3 全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用 同課異構(gòu)課件2

1、第三章 地理信息技術(shù)應(yīng)用第三節(jié) 全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用P95閱讀：從軍用到民用全球定位系統(tǒng)無所不在（一）全球定位系統(tǒng)的概念（一）全球定位系統(tǒng)的概念全球定位系統(tǒng)(Global positioning system，簡稱GPS)是具有在海、陸、空進(jìn)行全方位、實時三維導(dǎo)航與定位功能的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。一、全球定位系統(tǒng)跨越障礙 全球定位系統(tǒng)的特點(diǎn)是什么(1)全球，全天候工作。(2)能為用戶提供連續(xù)、實時的三維位置、三維速度和精密時間，不受天氣的影響。(3)定位精度高：單機(jī)定位精度優(yōu)于10米，采用差分定位，精度可達(dá)厘米級和毫米級。(4)功能多，應(yīng)用廣：隨著人們對GPS認(rèn)識的加深，GPS不僅在測量、

2、導(dǎo)航、測速、測時等方面取得更廣泛的應(yīng)用而且其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。 閱讀指導(dǎo) GPS的起源在衛(wèi)星定位系統(tǒng)出現(xiàn)之前，遠(yuǎn)程導(dǎo)航與定位主要用無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。1無線電導(dǎo)航系統(tǒng) 缺點(diǎn)：覆蓋的工作區(qū)域??；電波傳播受大氣影響；定位精度不高。 2衛(wèi)星定位系統(tǒng) 最早的衛(wèi)星定位系統(tǒng)是美國的子午儀系統(tǒng)(TRANSIT)，1958年研制1964年正式投入使用。由于該系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目較少(56顆)，運(yùn)行高度較低(平均1 000 km)，從地面站觀測到衛(wèi)星的時間間隔較長(平均15 h)，因而它無法提供連續(xù)的實時三維導(dǎo)航，而且精度較低。為滿足軍事部門和民用部門對連續(xù)實時和三維導(dǎo)航的迫切要求，1973年美國國防部制定了GPS計劃。3

3、GPS發(fā)展歷程 GPS實施計劃共分三個階段： 第一階段為方案論證和初步設(shè)計階段。從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗衛(wèi)星。研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)。 第二階段為全面研制和試驗階段。從1979年到1984年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗衛(wèi)星。研制了各種用途的接收機(jī)。實驗表明，GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。 第三階段為實用組網(wǎng)階段。1989年2月4日第一顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明GPS系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)階段。1993年底實用的GPS網(wǎng)即(21+3)GPS星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)計劃更換失效的衛(wèi)星。（二）全球定位系統(tǒng)的組成空間由2l顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成，24顆衛(wèi)星均勻分布在6個

4、軌道平面內(nèi)地 面由分布在全球的5個地面站(包括5個監(jiān)控站、1個主控站和3個注入站，主控站和注入站都位于監(jiān)控站里)組成用 戶導(dǎo)航型接收機(jī)、測地型接收機(jī)、授時接收機(jī) 請思考：讀右圖，相鄰兩個GPS星座衛(wèi)星軌道平面之間的夾角是多少度?() 每個衛(wèi)星軌道上各有幾顆衛(wèi)星?它們兩兩相隔多少度? ( )60 4顆顆；90 (1)GPS衛(wèi)星星座 由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成。GPS衛(wèi)星星座記作(2l+3)GPS星座。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內(nèi)，軌道傾角為55度，各個軌道平面之間的夾角為60度，即軌道的升交點(diǎn)赤經(jīng)各相差60度。每個軌道平面內(nèi)。各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差90度。一軌道平面上的衛(wèi)星

5、比兩邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30度。(2)地面監(jiān)控系統(tǒng)對于導(dǎo)航定位來說GPS衛(wèi)星是一動態(tài)已知點(diǎn)。星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷描述衛(wèi)星運(yùn)動及其軌道的參數(shù)算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常工作以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運(yùn)行，都要由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標(biāo)準(zhǔn)GPS時間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測各顆衛(wèi)星的時間求出鐘差。然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站。(3)GPS信號接收機(jī) GPS信號接收機(jī)的任務(wù)是：能夠捕獲

6、到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行對所接收到的GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時地計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號，是一種可供無數(shù)用戶共享的信息資源。對于陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要用戶擁有能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的接收設(shè)備即GPS信號接收機(jī)。可以在任何時候用GPS信號進(jìn)行導(dǎo)航定位測量。根據(jù)使用目的的不同，用戶要求的GPS信號接收機(jī)也各有差異。目前世界上已有幾十家工廠生產(chǎn)GPS接收機(jī)，產(chǎn)品也有幾百種。這些產(chǎn)品可以按照原理、用

7、途、功能等來分類。背景知識 GPS的定位原理是什么?GPS的基本定位原理是：衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息，用戶接收到這些信息后經(jīng)過計算，求出接收機(jī)的三維位置，三維方向以及運(yùn)動速度和時間信息。(三) . GPS 接收機(jī)的類型根據(jù)用途分類 GPS 接收機(jī)分為導(dǎo)航型接收機(jī)、測地型接收機(jī)和授時接收機(jī)。車載GPS接收器專業(yè)型測地型接收機(jī)天線單元接收單元閱讀指導(dǎo)手持型 CPS 接收機(jī)手持型 GPS 接收機(jī)多為導(dǎo)航使用液晶顯示，導(dǎo)航畫面清晰，配有背景燈，方便夜問操作功能鍵齊全不需要地面輔助設(shè)備，只要收到衛(wèi)星信號，就能快速定位，不受天氣、行政區(qū)域的限制能夠計算當(dāng)?shù)氐膰H標(biāo)準(zhǔn)時問，處于運(yùn)動狀態(tài)還能指

8、出 i 北方向，并將經(jīng)過的地點(diǎn)、路線記錄下來，方便返回時用；計算兩點(diǎn)間的距離，實現(xiàn)坐標(biāo)系間的相互轉(zhuǎn)換；計算日出、日落時間二、全球定位系統(tǒng)與定位導(dǎo)航1 . GPS 靜態(tài)導(dǎo)航定位與動態(tài)導(dǎo)航定位 靜態(tài)定位中， GPS 接收機(jī)在捕獲和跟蹤 GPS 衛(wèi)星的過程中固定不變，接收機(jī)高精度地測量 GPS 信號的傳播時間，利用 GPS 衛(wèi)星在軌的已知位置，解算出接收機(jī)天線所在位置的三維坐標(biāo)。 動態(tài)定位則是用 GPS 接收機(jī)側(cè)定一個運(yùn)動物體的運(yùn)行軌跡。 GPS 信號接收機(jī)所位于的運(yùn)動物體叫做載體（如航行中的船艦，空中的飛機(jī)，行走的車輛等）。載體上的 GPS 接收機(jī)天線在跟蹤 GPS 衛(wèi)星的過程中相對地球而運(yùn)動，接

9、收機(jī)用 GPS 信號實時地測得運(yùn)動載體的狀態(tài)參數(shù)（瞬間三維位置和三維速度）2 . GPS 的用途GPS 最初就是為軍方提供精確定位而建立的，至今它仍然由美國軍方控制。軍用 GPS 產(chǎn)品主要用來確定并跟蹤在野外行進(jìn)中的士兵和裝備的坐標(biāo)、給海中的軍艦導(dǎo)航、為軍用飛機(jī)提供位置和導(dǎo)航信息等。 目前 GPS 系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，我們可以應(yīng)用 GPS 信號進(jìn)行?？蘸完懙氐膶?dǎo)航、導(dǎo)彈的制導(dǎo)、大地測量和工程側(cè)量的精密定位、時間的傳遞和速度的測量等。【 閱讀指導(dǎo) 】 車載 GPS 的功用通過車載 GPS, 可以在顯示屏上及時查看車輛所在的經(jīng)緯度、運(yùn)行軌跡、速度、行進(jìn)方向等車載電臺把定位信息發(fā)送給監(jiān)控中心，在電子地圖上 顯示出來，可對車輛進(jìn)行調(diào)度指揮城市公共汽車調(diào)度管理，旅游區(qū)車輛報警與調(diào)度，海關(guān)、公安、海防