高中地理：3.3《全球定位系统及其应用 》课件（湘教版必修3）.ppt

第第三三节节 全球定位系统及其应用全球定位系统及其应用 一、一、全球定位系统全球定位系统（一）全球定位系统的概念（一）全球定位系统的概念 全球定位系全球定位系统(Global positioning system，，简称称GPS)是具有在是具有在海、海、陆、、空空进行行全方位全方位、、实时三三维导航航与与定位功能定位功能的新一代的新一代卫星星导航航与与定位系定位系统[跨越障碍跨越障碍] 全球定位系统的特点是什么全球定位系统的特点是什么• (1)全球，全天候工作全球，全天候工作•￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿(2)能能为用用户提供提供连续、、实时的三的三维位置位置、、三三维速度速度和和精密精密时间，，不受天气不受天气的影响•￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿(3)定位精度高定位精度高：：单机定位精度机定位精度优于于10米，采用差分定米，采用差分定位，精度可达厘米位，精度可达厘米级和毫米和毫米级•￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿(4)功能多，功能多，应用广用广：随着人：随着人们对GPS认识的加深，的加深，GPS不不仅在在测量、量、导航、航、测速、速、测时等方面取得更广泛的等方面取得更广泛的应用．而且其用．而且其应用用领域不断域不断扩大。

大 [阅读指导阅读指导] GPS的起源的起源•在在卫星定位系星定位系统出出现之前，之前，远程程导航与定位主要用无航与定位主要用无线电导航系航系统•1．无．无线电导航系航系统•￿ ￿缺点：覆盖的工作区域小；缺点：覆盖的工作区域小；电波波传播受大气影响；定位精度不播受大气影响；定位精度不高•2．．卫星定位系星定位系统•最早的最早的卫星定位系星定位系统是美国的是美国的子午子午仪系系统(TRANSIT)，，1958年研制．年研制．1964年正年正式投入使用由于式投入使用由于该系系统卫星数目星数目较少少(5～～6颗)，运行高度，运行高度较低低(平均平均1 000 km)，从地面站，从地面站观测到到卫星的星的时间间隔隔较长(平均平均1．．5 h)，因而它无法提供，因而它无法提供连续的的实时三三维导航，而且精度航，而且精度较低为满足足军事部事部门和民用部和民用部门对连续实时和和三三维导航的迫切要求，航的迫切要求，1973年美国国防年美国国防部制定了部制定了GPS计划•3．．GPS发展展历程程•￿￿￿￿￿￿￿￿GPS实施施计划共分划共分三个三个阶段段：：•第第一一阶段段为方案方案论证和初步和初步设计阶段段。

从从1973年到年到1979年，共年，共发射了射了4颗试验卫星研制了地面接收机及建立地面跟星研制了地面接收机及建立地面跟踪网•第第二二阶段段为全面研制和全面研制和试验阶段段从1979年到年到1984年，又年，又陆续发射了射了7颗试验卫星研制了各种用途的接收机研制了各种用途的接收机实验表明，表明，GPS定位精度定位精度远远超超过设计标准￿￿￿￿•第三第三阶段段为实用用组网网阶段段1989年年2月月4日第一日第一颗GPS工作工作卫星星发射成功，表明射成功，表明GPS系系统进入工程入工程建建设阶段1993年底年底实用的用的GPS网即网即(21+3)GPS星座已星座已经建成，建成，今后将根据今后将根据计划更划更换失效的失效的卫星（二）全球定位系统的组成（二）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卫星卫星星座星座地面地面监控监控系统系统GPS信信号接收号接收机机空空间间由由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5个监控个监控站、站、1个主控站和个主控站和3个注入站，主控站和个注入站，主控站和注入站都位于监控站里注入站都位于监控站里)组成组成用用 户户导航型接收机、测地型接收机、授时导航型接收机、测地型接收机、授时接收机接收机•请思考：请思考：读读右图，右图，①相相邻两个邻两个GPS星座卫星轨星座卫星轨道平面之间道平面之间的夹角是多的夹角是多少度少度?(　　　　)•②每个卫星每个卫星轨道上各有轨道上各有几颗卫星几颗卫星?它它们两两相隔们两两相隔多少度多少度? (　　　　　　　　)60°4颗颗；；90°(1)GPS卫星星座卫星星座•由由21颗工作工作卫星和星和3颗在在轨备用用卫星星组成。

成GPS卫星星座星星座记作作(2l+3)GPS星座24颗卫星均匀分星均匀分布在布在6个个轨道平各个道平各个轨道平面之道平面之间的的夹角角为60度度(2)地面监控系统地面监控系统•对于于导航定位来航定位来说．．GPS卫星星是一是一动态已知点星的位置是已知点星的位置是依据依据卫星星发射的星射的星历——描述描述卫星运星运动及其及其轨道的参数算得道的参数算得的每颗GPS卫星所播星所播发的星的星历是由地面是由地面监控系控系统提供的•卫星上的各种星上的各种设备是否正常工作以及是否正常工作以及卫星是否一直沿着星是否一直沿着预定定轨道运行，都要由道运行，都要由地面地面设备进行行监测和控制地面和控制地面监控系控系统另一重要作用是保持各另一重要作用是保持各颗卫星星处于同于同一一时间标准准——GPS时间系系统这就需就需要地面站要地面站监测各各颗卫星的星的时间求出求出钟差然后由地面注入站然后由地面注入站发给卫星，星，卫星再由星再由导航航电文文发给用用户设备GPS工作工作卫星星的地面的地面监控系控系统包括一个主控站、三个包括一个主控站、三个注入站和五个注入站和五个监测站地面监控系统地面监控系统（（1 1）主控站）主控站（（2 2）监测站）监测站（（3 3）注入站）注入站请你说说各自的组成和功能请你说说各自的组成和功能?监测站监测站—获取获取GPSGPS数据数据, ,并将并将数据送至主控站。

数据送至主控站主控站主控站----控制、调度卫星控制、调度卫星注入站注入站— 将主控站的改正参将主控站的改正参数等注入每颗卫星数等注入每颗卫星美国全球定位系统地面监控系统美国全球定位系统地面监控系统由均匀分布在美国本土和三大洋的美军由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基地上的基地上的1 1个个主控站、主控站、3 3个注入站、个注入站、5 5个个监测站监测站构成该系统的功能是：对空间构成该系统的功能是：对空间卫星系统进行监测、控制，并向每颗卫卫星系统进行监测、控制，并向每颗卫星注入更新的导航电文星注入更新的导航电文 主控站位于美国科罗拉多的斯平士（主控站位于美国科罗拉多的斯平士（Colorado Colorado SpringsSprings）的联合空间执行中心（）的联合空间执行中心（CSOCCSOC），三），三个注入站分别设在个注入站分别设在大西洋、印度洋和太平洋的大西洋、印度洋和太平洋的三个美国军事基地上三个美国军事基地上，即大西洋的阿松森岛，即大西洋的阿松森岛（（AscensionAscension）、印度洋的迭哥）、印度洋的迭哥··伽西亚伽西亚( (岛岛Diego Garcia)Diego Garcia)和太平洋的夸贾林岛和太平洋的夸贾林岛Kwajalein),Kwajalein),五个监测站设在主控站和三个注五个监测站设在主控站和三个注入站以及夏威夷岛。

入站以及夏威夷岛 (3)GPS信号接收机信号接收机•组成成:GPS卫星接收机星接收机•￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿GPS数据数据处理理软件件￿￿￿￿￿￿任任务:能能够捕捕获到按一定到按一定卫星高度截止星高度截止角所角所选择的待的待测卫星的信号星的信号，，实时地地计算出算出测站的三站的三维坐坐标，甚至三，甚至三维速度和速度和时间•GPS卫星星发送的送的导航定位信号，是一种航定位信号，是一种可供无数用可供无数用户共享共享的信息的信息资源对于于陆地、海洋和空地、海洋和空间的广大用的广大用户，只要用，只要用户拥有能有能够接收、跟踪、接收、跟踪、变换和和测量量GPS信号的接收信号的接收设备即即GPS信号接收机可信号接收机可以在以在任何任何时候候用用GPS信号信号进行行导航定位航定位测量根据使用目的的不同，用量根据使用目的的不同，用户要求要求的的GPS信号接收机也各有差异目前世信号接收机也各有差异目前世界上已有几十家工厂生界上已有几十家工厂生产GPS接收机，接收机，产品也有几百种品也有几百种这些些产品可以按照原品可以按照原理、用途、功能等来分理、用途、功能等来分类GPSGPS信信号号接接收收机机(三) GPS 接收机的类型类型类型应应 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［阅读指导］［阅读指导］ 手持型手持型 CPS 接收机接收机应用领域应用领域性能性能优点优点功能功能手持型手持型 GPS 接收机接收机多为导多为导航使用航使用液晶显液晶显示，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能够计算当地的国际标准时问，国际标准时问，处于运动状态还处于运动状态还能指出能指出 〔〔 北方北方向，并将经过的向，并将经过的地点、路线记录地点、路线记录下来，方便返回下来，方便返回时用；计算两点时用；计算两点间的距离，实现间的距离，实现坐标系间的相互坐标系间的相互转换；计算日出、转换；计算日出、日落时间日落时间阅读阅读: P97“终结终结GPS垄断垄断 许多国家发展卫星许多国家发展卫星导航定位系统导航定位系统”，了解世界上发展，了解世界上发展GPS的一些国家概况。

的一些国家概况 二、二、GPSGPS的应用领域的应用领域1 1、、GPSGPS在军事上的应用在军事上的应用3 3、、GPSGPS在交通上的应用在交通上的应用4 4、、GPSGPS在旅游探险中的应用在旅游探险中的应用2 2、民用、民用GPSGPS1 1、、GPSGPS在军事上的应用在军事上的应用军事是军事是GPSGPS技术最早的应用领域技术最早的应用领域, ,主要是为各种主要是为各种军事活动提供定位导航军事活动提供定位导航. .在现代战争中，不仅在现代战争中，不仅陆、海、空三军，而且许多高科技武器弹药等，陆、海、空三军，而且许多高科技武器弹药等，也都开始采用也都开始采用GPSGPS技术进行定位导航技术进行定位导航目前精确制导武器复合制导的重要技术手段目前精确制导武器复合制导的重要技术手段装备装备GPSGPS制导系统之前制导系统之前, ,美军美军BGM-10CBGM-10C““战斧战斧””巡航导弹误差约为巡航导弹误差约为9 9米；在其米；在其““惯性和地形匹惯性和地形匹配配””制导系统中加入制导系统中加入GPSGPS后，误差降至后，误差降至3 3米，制米，制导精度大大提高导精度大大提高。

2 2、民用、民用GPSGPS主要用于交通车辆导航管理、航主要用于交通车辆导航管理、航空器定位及导航，以及大地测量空器定位及导航，以及大地测量野外勘测、紧急求援、旅游探险、野外勘测、紧急求援、旅游探险、农业监测、生态研究等方面农业监测、生态研究等方面3 3、、GPSGPS在交通上的应用在交通上的应用4 4、户外旅游探险：、户外旅游探险：余纯顺余纯顺在罗布泊探险遇难时离最近的补给站仅几百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渴又饿的他终于倒下了如果当时他有一台 GPSGPS接接收机，惨剧又何以发生？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，危险无时无刻不在的情况下，危险无时无刻不在, ,手持手持GPSGPS接收机沿接收机沿着机中记录的安全轨迹小心行进，可安全返航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目前，许多休闲俱乐部围绕GPSGPS功能相继推出功能相继推出““穿越穿越””、、““寻宝寻宝””、、““野外拓展野外拓展””等都市游戏，丰富等都市游戏，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。

外运动爱好者的欢迎内置天线内置天线翻页翻页光标键光标键定位键定位键输入键输入键显示屏显示屏导航键导航键开机键开机键退出键退出键图图1-1地平线地平线卫星编号卫星编号卫星信号卫星信号图图1-21-2 C:[C:[定位定位] ]键，显示〈标定位置画面〉如图键，显示〈标定位置画面〉如图1-41-4所所示，经纬度为示，经纬度为N32N32°°03.232′03.232′，，E118E118°°45.923′45.923′海拔高度海拔高度1717米等信息米等信息图1-4 三、三、全球定位系统与定位导航全球定位系统与定位导航1 . GPS 静态导航定位与动态导航定位静态导航定位与动态导航定位•静静态定位中定位中，，￿ ￿GPS 接收机在接收机在捕捕获和跟踪和跟踪￿ ￿GPS 卫星的星的过程程中固定不中固定不变，接收机高精度地，接收机高精度地测量量￿ ￿GPS 信号的信号的传播播时间，，利用利用￿ ￿GPS 卫星在星在轨的已知位的已知位置，解算出接收机天置，解算出接收机天线所在位所在位置的三置的三维坐坐标•而而动态定位定位则是用是用￿ ￿GPS 接收机接收机侧定一个运定一个运动物体的运行物体的运行轨迹。

迹￿ ￿GPS 信号接收机所位于的运信号接收机所位于的运动物体叫做物体叫做载体（如航行中的船体（如航行中的船舰，空中的，空中的飞机，行走的机，行走的车辆等）载体上的体上的￿ ￿GPS 接收机天接收机天线在跟踪在跟踪￿ ￿GPS 卫星星的的过程中相程中相对地球而运地球而运动，接收机，接收机用用￿ ￿GPS 信号信号实时地地测得运得运动载体体的状的状态参数（瞬参数（瞬间三三维位置和三位置和三维速度）速度）2 . GPS 的用途的用途•GPS 最初就是最初就是为军方提供精确方提供精确定位而建立的，至今它仍然由美定位而建立的，至今它仍然由美国国军方控制军用用￿ ￿GPS 产品主品主要用来确定并跟踪在野外行要用来确定并跟踪在野外行进中中的士兵和装的士兵和装备的坐的坐标、、给海中的海中的军舰导航、航、为军用用飞机提供位置机提供位置和和导航信息等航信息等2 . GPS 的用途的用途•目前目前￿ ￿GPS 系系统的的应用已用已经十分广泛，我十分广泛，我们可以可以应用用￿ ￿GPS 信号信号进行海空和行海空和陆地的地的导航、航、导弹的制的制导、、大地大地测量和工程量和工程侧量的精量的精密定位、密定位、时间的的传递和速和速度的度的测量等。

量等【【 阅读指导阅读指导 】】 车载车载 GPS 的功用的功用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, 可以在显示屏可以在显示屏上及时查看车上及时查看车辆所在的经纬辆所在的经纬度、运行轨迹、度、运行轨迹、速度、行进方速度、行进方向等向等车载电台把定车载电台把定位信息发送给位信息发送给监控中心，在监控中心，在电子地图电子地图上上 显显示出来，可对示出来，可对车辆进行调度车辆进行调度指挥指挥城城市市公共汽车公共汽车调度管理，旅调度管理，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【【 阅读指导阅读指导 】】 GPS 在航海、航空导航中的应用在航海、航空导航中的应用应用类型应用类型应用领域应用领域应用作用应用作用航海航海应用应用航空航空应用应用向用户提供船舶位置、向用户提供船舶位置、航速、航向信息、海航速、航向信息、海图、海迹显示图、海迹显示避免船只冲撞，避免船只冲撞，确保航行安全确保航行安全把自己的位置把自己的位置和航向发送到和航向发送到航海管理航海管理 中中 心心便于中心的跟便于中心的跟踪、搜寻和救援踪、搜寻和救援空域航路、着空域航路、着陆、机场监视陆、机场监视和管理和管理实现空域划分、空实现空域划分、空中交通流量管理、中交通流量管理、飞行路径管理飞行路径管理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是利用是利用卫星星进行行导航、定位的系航、定位的系统•B．．GPS包括两大部分，即空包括两大部分，即空间部分和部分和地面控制部分地面控制部分•C ．．GPS卫星星座由星星座由24颗卫星星组成成•D．野外旅行，只要．野外旅行，只要拥有有GPS信号接收信号接收机，可随机，可随时知道自己所知道自己所处的的经纬度度B解析解析：全球定位系统包括三大部分全球定位系统包括三大部分即空间星座、地面控制系统和用户系统即空间星座、地面控制系统和用户系统•例例￿ ￿2 1999 年年￿ ￿3 月月￿ ￿27 日，北日，北约部部队一架一架￿ ￿F -- 117A 隐形形战斗机被南斗机被南联盟防空部盟防空部队击落飞行行员跳跳伞后在脚触地的一刹后在脚触地的一刹那，通那，通过手持型信号手持型信号发射器射器发出出紧急呼救信号，当急呼救信号，当间谍卫星星把呼救信号把呼救信号传送到北送到北约空空袭南南联盟指盟指挥所后，美所后，美军立即安排立即安排了救援行了救援行动￿ ￿6 小小时后，当一架后，当一架￿ ￿EA 一一￿ ￿6B 电子干子干扰机机发现飞行行员的准确位置的准确位置时，一架，一架￿ ￿MH 一一￿ ￿6oG 搜索与救援直升搜索与救援直升机降落在机降落在飞行行员面前，把面前，把飞行行员接上直升机并安全返回基地。

接上直升机并安全返回基地据此回答（据此回答（￿ ￿l ））~（（￿ ￿2 ））题（（1）飞行员发出的呼救信号是（）飞行员发出的呼救信号是（ ））•A . GIS 系系统信号信号￿ ￿•B . GPS 系系统信号信号￿ ￿•C . RS 系系统信号信号￿ ￿•D ．以上都不．以上都不对B（（2）北约轰炸的科索沃，）北约轰炸的科索沃，其气候属于（其气候属于（ ））•A ．温．温带海洋性气候海洋性气候￿ ￿•B ．温．温带季季风气候气候￿ ￿•C ．地中海气候．地中海气候￿ ￿•D ．．热带沙漠气候沙漠气候C•例例￿ ￿3 在伊拉克在伊拉克战争中，伊拉克点燃争中，伊拉克点燃巴格达周巴格达周围的的战壕石油阻碍美壕石油阻碍美军进攻，但美攻，但美军事事专家指出，烟家指出，烟雾对于于美美军的的卫星制星制导导弹没有影响没有影响￿ ￿，，￿ ￿请问美美军的的卫星制星制导导弹采采￿ ￿用的技用的技术是（是（￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿））￿ ￿•A．．￿ ￿GIS 系系统￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿B . RS 技技术•￿ ￿C . GPS 技技术￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿D . lT技技术C解析：美军使用的导弹采用全球定位系统枝术，实行定解析：美军使用的导弹采用全球定位系统枝术，实行定位轰炸，烟雾不会产生形响。

位轰炸，烟雾不会产生形响。