第三章第三節(jié) 全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用,一、全球定位系統(tǒng),（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)。,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、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?。浑姴▊鞑ナ艽髿庥绊懀欢ㄎ痪炔桓?。,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。,3GPS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；,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個軌道平各個軌道平面之間的夾角為60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。,地面監(jiān)控系統(tǒng) （1）主控站 （2）監(jiān)測站 （3）注入站,請你說說各自的組成和功能?,監(jiān)測站獲取GPS數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)送至主控站。 主控站-控制、調(diào)度衛(wèi)星。 注入站 將主控站的改正參數(shù)等注入每顆衛(wèi)星。,美國全球定位系統(tǒng)地面監(jiān)控系統(tǒng) 由均勻分布在美國本土和三大洋的美軍基地上的1個主控站、3個注入站、5個監(jiān)測站構(gòu)成。該系統(tǒng)的功能是：對空間衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測、控制，并向每顆衛(wèi)星注入更新的導(dǎo)航電文。,主控站位于美國科羅拉多的斯平士（Colorado Springs）的聯(lián)合空間執(zhí)行中心（CSOC），三個注入站分別設(shè)在大西洋、印度洋和太平洋的三個美國軍事基地上，即大西洋的阿松森島（Ascension）、印度洋的迭哥伽西亞(島Diego Garcia)和太平洋的夸賈林島Kwajalein),五個監(jiān)測站設(shè)在主控站和三個注入站以及夏威夷島。,(3)GPS信號接收機(jī),組成:GPS衛(wèi)星接收機(jī) GPS數(shù)據(jù)處理軟件 任務(wù):能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，實時地計算出測站的三維坐標(biāo)，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、用途、功能等來分類。,GPS信號接收機(jī),(三) . GPS 接收機(jī)的類型,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?國際標(biāo)準(zhǔn)時問， 處于運(yùn)動狀態(tài)還 能指出 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,閱讀: P97“終結(jié)GPS壟斷 許多國家發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)”，了解世界上發(fā)展GPS的一些國家概況。,二、GPS的應(yīng)用領(lǐng)域,1、GPS在軍事上的應(yīng)用,3、GPS在交通上的應(yīng)用,4、GPS在旅游探險中的應(yīng)用,2、民用GPS,1、GPS在軍事上的應(yīng)用,軍事是GPS技術(shù)最早的應(yīng)用領(lǐng)域,主要是為各種軍事活動提供定位導(dǎo)航.在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，不僅陸、海、空三軍，而且許多高科技武器彈藥等，也都開始采用GPS技術(shù)進(jìn)行定位導(dǎo)航。 目前精確制導(dǎo)武器復(fù)合制導(dǎo)的重要技術(shù)手段。裝備GPS制導(dǎo)系統(tǒng)之前,美軍BGM-10C“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈誤差約為9米；在其“慣性和地形匹配”制導(dǎo)系統(tǒng)中加入GPS后，誤差降至3米，制導(dǎo)精度大大提高。,2、民用GPS 主要用于交通車輛導(dǎo)航管理、航空器定位及導(dǎo)航，以及大地測量野外勘測、緊急求援、旅游探險、農(nóng)業(yè)監(jiān)測、生態(tài)研究等方面。,3、GPS在交通上的應(yīng)用,4、戶外旅游探險： 余純順在羅布泊探險遇難時離最近的補(bǔ)給站僅幾百米。風(fēng)沙淹埋了前人走過的足跡，在茫茫荒漠中又渴又餓的他終于倒下了。如果當(dāng)時他有一臺 GPS接收機(jī)，慘劇又何以發(fā)生？,在地廣人稀沒有任何參照物可用以辨別方向 的情況下，危險無時無刻不在,手持GPS接收機(jī)沿 著機(jī)中記錄的安全軌跡小心行進(jìn)，可安全返航。 目前，許多休閑俱樂部圍繞GPS功能相繼推出 “穿越”、“尋寶”、“野外拓展”等都市游戲，豐富 了人們周末生活，提高了人們生活品位，深得戶 外運(yùn)動愛好者的歡迎。,圖1-1,C:定位鍵，顯示標(biāo)定位置畫面如圖1-4所示，經(jīng)緯度為N3203.232，E11845.923海拔高度17米等信息,圖1-4,第三章第三節(jié) 全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用,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)。,而動態(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。,2 . GPS 的用途,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、海防等 部門對車輛的 調(diào)度與監(jiān)控,【 閱讀指導(dǎo) 】 GPS 在航海、航空導(dǎo)航中的應(yīng)用,向用戶提供船舶位置、 航速、航向信息、海 圖、海跡顯示,避免船只沖撞， 確保航行安全,把自己的位置 和航向發(fā)送到 航海管理 中 心,便于中心的跟 蹤、搜尋和救援,空域航路、著 陸、機(jī)場監(jiān)視 和管理,實現(xiàn)空域劃分、空 中交通流量管理、 飛行路徑管理,例1 下列關(guān)于全球定位系統(tǒng)的敘述。不正確的是( ),A GPS是利用衛(wèi)星進(jìn)行導(dǎo)航、定位的系統(tǒng) BGPS包括兩大部分，即空間部分和地面控制部分 C GPS衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成 D野外旅行，只要擁有GPS信號接收機(jī)，可隨時知道自己所處的經(jīng)緯度,B,解析：全球定位系統(tǒng)包括三大部分。 即空間星座、地面控制系統(tǒng)和用戶系統(tǒng)。,例 2 1999 年 3 月 27 日，北約部隊一架 F 一 117A 隱形戰(zhàn)斗機(jī)被南聯(lián)盟防空部隊擊落。飛行員跳傘后在腳觸地的一剎那，通過手持型信號發(fā)射器發(fā)出緊急呼救信號，當(dāng)間諜衛(wèi)星把呼救信號傳送到北約空襲南聯(lián)盟指揮所后，美軍立即安排了救援行動。 6 小時后，當(dāng)一架 EA 一 6B 電子干擾機(jī)發(fā)現(xiàn)飛行員的準(zhǔn)確位置時，一架 MH 一 6oG 搜索與救援直升機(jī)降落在飛行員面前，把飛行員接上直升機(jī)并安全返回基地。據(jù)此回答（ l ）一（ 2 ）題。,（1）飛行員發(fā)出的呼救信號是（ ）,A , GIS 系統(tǒng)信號 B . GPS 系統(tǒng)信號 C . RS 系統(tǒng)信號 D 以上都不對,B,（2）北約轟炸的科索沃，其氣候?qū)儆冢?）,A 溫帶海洋性氣候 B 溫帶季風(fēng)氣候 C 地中海氣候 D 熱帶沙漠氣候,C,例 3 在伊拉克戰(zhàn)爭中，伊拉克點(diǎn)燃巴格達(dá)周圍的戰(zhàn)壕石油阻礙美軍進(jìn)攻，但美軍事專家指出，煙霧對于美軍的衛(wèi)星制導(dǎo)導(dǎo)彈沒有影響 ， 請問美軍的衛(wèi)星制導(dǎo)導(dǎo)彈采 用的技術(shù)是（ ） A GIS 系統(tǒng) B . RS 技術(shù) C . GPS 技術(shù) D . lT技術(shù),C,解析：美軍使用的導(dǎo)彈采用全球定位系統(tǒng)枝術(shù)，實行定位轟炸，煙霧不會產(chǎn)生形響。,