全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用ppt課件

普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)地理必修第3冊(cè),全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用,沅陵一中高二地理備課組,1,在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，曾經(jīng)有記者問(wèn)一位飛行員：“你知道去轟炸哪個(gè)城市嗎？”,飛行員回答：“不知道?！?“那你怎么去轟炸呢？”,“容易，上級(jí)給我一個(gè)坐標(biāo)，我按計(jì)算機(jī)的指引，投下采用GPS導(dǎo)航的炸彈掉頭就走，跟我玩游戲機(jī)沒(méi)哈兩樣?！?這個(gè)例子是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中引用GPS系統(tǒng)的典型案例。我們反對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)，但要想能更好的維護(hù)世界和平，我們也需要了解GPS全球定位系統(tǒng)這種現(xiàn)代地理信息技術(shù)。,2,一、基本概念,全球定位系統(tǒng)：（GlobalPositioningSystem簡(jiǎn)稱(chēng)GPS）是具有在海、陸、空進(jìn)行全方位、實(shí)時(shí)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)。,3,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(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)。1無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)缺點(diǎn)：覆蓋的工作區(qū)域小；電波傳播受大氣影響；定位精度不高。,4,2衛(wèi)星定位系統(tǒng)最早的衛(wèi)星定位系統(tǒng)是美國(guó)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1000km)，從地面站觀測(cè)到衛(wèi)星的時(shí)間間隔較長(zhǎng)(平均15h)，因而它無(wú)法提供連續(xù)的實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航，而且精度較低。為滿足軍事部門(mén)和民用部門(mén)對(duì)連續(xù)實(shí)時(shí)和三維導(dǎo)航的迫切要求，1973年美國(guó)國(guó)防部制定了GPS計(jì)劃。,5,3GPS發(fā)展歷程GPS實(shí)施計(jì)劃共分三個(gè)階段：第一階段為方案論證和初步設(shè)計(jì)階段。從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗(yàn)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(yàn)階段。從1979年到1984年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗(yàn)衛(wèi)星。研制了各種用途的接收機(jī)。實(shí)驗(yàn)表明，GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。,6,第三階段為實(shí)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(shí)用的GPS網(wǎng)即(21+3)GPS星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)計(jì)劃更換失效的衛(wèi)星。,在美國(guó),GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)與“阿波羅”飛船登月,航天飛機(jī)升空,共同給列為20世紀(jì)“三大航天工程”.,7,思考？,經(jīng)度,緯度,海拔,8,二、定位原理：顆衛(wèi)星定位一點(diǎn),1,2,3,4,S1,S3,S4,S2,（X、Y、Z、T）,3,9,問(wèn)題探討:按照理論,我們知道要保證地面各點(diǎn)能接收到信息只要3顆衛(wèi)星就可以了,為什么我們要用4顆衛(wèi)星呢?,當(dāng)GPS收到3顆衛(wèi)星的信號(hào)，它只能計(jì)算出2維坐標(biāo)：經(jīng)度和緯度，這時(shí)它可能還會(huì)顯示高度數(shù)據(jù)，但這數(shù)據(jù)是無(wú)效的。當(dāng)GPS能夠收到4顆及以上衛(wèi)星的信號(hào)時(shí)，它能計(jì)算出本地的3維坐標(biāo)：經(jīng)度、緯度、高度。,10,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(shí)時(shí)的三維位置、三維速度和精密時(shí)間，不受天氣的影響。(3)定位精度高：?jiǎn)螜C(jī)定位精度優(yōu)于10米，采用差分定位，精度可達(dá)厘米級(jí)和毫米級(jí)。(4)功能多，應(yīng)用廣：隨著人們對(duì)GPS認(rèn)識(shí)的加深，GPS不僅在測(cè)量、導(dǎo)航、測(cè)速、測(cè)時(shí)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。,11,三、系統(tǒng)組成,12,用戶設(shè)備,空間部分,24顆衛(wèi)星,三、系統(tǒng)組成,13,(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(gè)軌道平面內(nèi)，軌道傾角為55度，各個(gè)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(gè)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)星比兩邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30度。,14,15,(2)地面監(jiān)控系統(tǒng),對(duì)于導(dǎo)航定位來(lái)說(shuō)GPS衛(wèi)星是一動(dòng)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(dòng)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。,16,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(cè)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(shí)間標(biāo)準(zhǔn)GPS時(shí)間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測(cè)各顆衛(wèi)星的時(shí)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:,地面監(jiān)控系統(tǒng)（1）主控站（2）監(jiān)測(cè)站（3）注入站,17,監(jiān)測(cè)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。,18,19,主控站位于美國(guó)科羅拉多的斯平士（ColoradoSprings）的聯(lián)合空間執(zhí)行中心（CSOC），三個(gè)注入站分別設(shè)在大西洋、印度洋和太平洋的三個(gè)美國(guó)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DiegoGarcia)和太平洋的夸賈林島Kwajalein),五個(gè)監(jiān)測(cè)站設(shè)在主控站和三個(gè)注入站以及夏威夷島。,20,21,(3)GPS信號(hào)接收機(jī),GPS信號(hào)接收機(jī)的任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行對(duì)所接收到的GPS信號(hào)進(jìn)行變換、放大和處理，以便測(cè)量出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的三維位置，甚至三維速度和時(shí)間。,22,GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號(hào)，是一種可供無(wú)數(shù)用戶共享的信息資源。對(duì)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(cè)量GPS信號(hào)的接收設(shè)備即GPS信號(hào)接收機(jī)?？梢栽谌魏螘r(shí)候用GPS信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位測(cè)量。根據(jù)使用目的的不同，用戶要求的GPS信號(hào)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(lái)分類(lèi)。,23,導(dǎo)航型接收機(jī),24,測(cè)地型接收機(jī),天線單元,接收單元,25,授時(shí)接收機(jī),26,27,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(gè)軌道平面內(nèi),地面,由分布在全球的5個(gè)地面站(包括5個(gè)監(jiān)控站、1個(gè)主控站和3個(gè)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(cè)地型接收機(jī)、授時(shí)接收機(jī),28,請(qǐng)思考：讀右圖，相鄰兩個(gè)GPS星座衛(wèi)星軌道平面之間的夾角是多少度?()每個(gè)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；,90,29,二、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(xiǎn)中的應(yīng)用,2、民用GPS,30,1、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(dòng)提供定位導(dǎo)航.在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，不僅陸、海、空三軍，而且許多高科技武器彈藥等，也都開(kāi)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。,31,2、民用GPS主要用于交通車(chē)輛導(dǎo)航管理、航空器定位及導(dǎo)航，以及大地測(cè)量野外勘測(cè)、緊急求援、旅游探險(xiǎn)、農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)、生態(tài)研究等方面。,3、GPS在交通上的應(yīng)用,32,33,34,35,當(dāng)你外出旅游或者野外探險(xiǎn)的時(shí)候，為了不迷失方向，請(qǐng)問(wèn)你通常用哪些方法來(lái)辨別方向或確定你所在的位置？,36,4、戶外旅游探險(xiǎn)：余純順在羅布泊探險(xiǎn)遇難時(shí)離最近的補(bǔ)給站僅幾百米。風(fēng)沙淹埋了前人走過(guò)的足跡，在茫?；哪杏挚视逐I的他終于倒下了。如果當(dāng)時(shí)他有一臺(tái)GPS接收機(jī)，慘劇又何以發(fā)生？,在地廣人稀沒(méi)有任何參照物可用以辨別方向的情況下，危險(xiǎn)無(wú)時(shí)無(wú)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(lè)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(dòng)愛(ài)好者的歡迎。,37,圖1-1,38,39,C:定位鍵，顯示標(biāo)定位置畫(huà)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1-4,40,一般而言：GPS接受機(jī)的功能包括以下幾方面：（1）、顯示坐標(biāo)（2）、設(shè)定路標(biāo)（亦稱(chēng)“航點(diǎn)”）（3）、生成行進(jìn)路線（GPS根據(jù)用戶設(shè)定的起點(diǎn)與終點(diǎn)所生成的線路，各坐標(biāo)點(diǎn)可以從現(xiàn)有路標(biāo)中選擇，或手工輸入數(shù)值，輸入的路點(diǎn)都會(huì)作為一個(gè)路標(biāo)保存)。（4）、方向指標(biāo)（GPS可以動(dòng)態(tài)地指示目前前進(jìn)的方向，其方向是以“”來(lái)顯示的，正北方向?yàn)椤?按順時(shí)針?lè)较蛟黾咏嵌?。,41,GPS讓物流運(yùn)輸過(guò)程透明化,42,大壩變形監(jiān)測(cè),43,前景暢想,44,【閱讀指導(dǎo)】車(chē)載GPS的功用,通過(guò)車(chē)載GPS,可以在顯示屏上及時(shí)查看車(chē)輛所在的經(jīng)緯度、運(yùn)行軌跡、速度、行進(jìn)方向等,車(chē)載電臺(tái)把定位信息發(fā)送給監(jiān)控中心，在電子地圖上顯示出來(lái)，可對(duì)車(chē)輛進(jìn)行調(diào)度指揮,城市公共汽車(chē)調(diào)度管理，旅游區(qū)車(chē)輛報(bào)警與調(diào)度，海關(guān)、公安、海防等部門(mén)對(duì)車(chē)輛的調(diào)度與監(jiān)控,45,【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(chǎng)監(jiān)視和管理,實(shí)現(xiàn)空域劃分、空中交通流量管理、飛行路徑管理,46,例1下列關(guān)于全球定位系統(tǒng)的敘述。不正確的是(),AGPS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CGPS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(hào)接收機(jī)，可隨時(shí)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)。,47,例21999年3月27日，北約部隊(duì)一架F一117A隱形戰(zhàn)斗機(jī)被南聯(lián)盟防空部隊(duì)擊落。飛行員跳傘后在腳觸地的一剎那，通過(guò)手持型信號(hào)發(fā)射器發(fā)出緊急呼救信號(hào)，當(dāng)間諜衛(wèi)星把呼救信號(hào)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(dòng)。6小時(shí)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(shí)，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。,48,（1）飛行員發(fā)出的呼救信號(hào)是（）,A,GIS系統(tǒng)信號(hào)B.GPS系統(tǒng)信號(hào)C.RS系統(tǒng)信號(hào)D以上都不對(duì),B,49,（2）北約轟炸的科索沃，其氣候?qū)儆冢ǎ?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,50,解析：（1）全球定位系統(tǒng)具有定位功能手持型GPS接收機(jī)不需要地面輔助設(shè)備，只要能接收到衛(wèi)星信號(hào)，就能快速定位，不受天氣、行政區(qū)域的限制。（2）科索沃位于巴爾干半島，屬于地中海氣候。,51,例3在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，伊拉克點(diǎn)燃巴格達(dá)周?chē)膽?zhàn)壕石油阻礙美軍進(jìn)攻，但美軍事專(zhuān)家指出，煙霧對(duì)于美軍的衛(wèi)星制導(dǎo)導(dǎo)彈沒(méi)有影響，請(qǐng)問(wèn)美軍的衛(wèi)星制導(dǎo)導(dǎo)彈采用的技術(shù)是（）AGIS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(shí)行定位轟炸，煙霧不會(huì)產(chǎn)生形響。,52,全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用/全球定位系統(tǒng),1、在沙漠中迷路時(shí)，可用哪種方式獲知自己所處的具體位置信息（）A.指南針B.GPS設(shè)備C.遙感圖像D.地形圖,課堂鞏固：,2、在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美英聯(lián)軍的制導(dǎo)導(dǎo)彈不受濃煙、沙塵的影響，是因?yàn)椴扇×耍ǎ〢、RS技術(shù)B、GPS技術(shù)C、GIS技術(shù)D、空間分析技術(shù),B,B,53,全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用/GPS定位原理,課堂鞏固,3、導(dǎo)航、授時(shí)和測(cè)距全球定位系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個(gè)軌道平面上繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，接收并傳遞信息。如果要確定一個(gè)人（或船只、車(chē)輛、飛機(jī)等）所處的位置，使用的衛(wèi)星不能少于（）A.一顆B.兩顆C.三顆D.六顆,C,54,課堂鞏固,4、下列關(guān)于全球定位系統(tǒng)的敘述不正確的是（）A、全球定位系統(tǒng)就是GPS信號(hào)接收機(jī)B、全球定位系統(tǒng)能為用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間C、具有全球性、全天性、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)D、只要擁有GPS信號(hào)接收機(jī)，就可以隨時(shí)知道自己的位置（地理坐標(biāo)）5、GPS衛(wèi)星星座的工作衛(wèi)星和在軌備用衛(wèi)星分別是（）,A,55,A、21顆和3顆B、22顆和2顆C、21顆和4顆D、24顆和4顆6、在第二次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，伊拉克軍方點(diǎn)燃巴格達(dá)周?chē)鷿补嗍偷膽?zhàn)壕來(lái)阻礙美軍行動(dòng)，但美專(zhuān)家指出煙霧對(duì)美軍轟炸使用的衛(wèi)星制導(dǎo)彈沒(méi)有影響。因?yàn)檫@種導(dǎo)彈采用了（）A、IT技術(shù)B、RS技術(shù)C、GIS技術(shù)D、GPS技術(shù),A,D,56,7、想要隨時(shí)知道自己所處的地理坐標(biāo)，需要擁有（）A、全球定位技術(shù)