第四單元 單元活動 全球定位系統(tǒng)與交通運(yùn)輸-魯教版

1、 全球定位系統(tǒng)的全稱全球定位系統(tǒng)的全稱: : 授時與測距導(dǎo)航系統(tǒng)授時與測距導(dǎo)航系統(tǒng)-全球定全球定位系統(tǒng)位系統(tǒng) ( navigation system timing and ( navigation system timing and rangingrangingglobal positioning global positioning system system 縮寫縮寫:GPS:GPS) ) 全球定位系統(tǒng)是美國從全球定位系統(tǒng)是美國從2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代開始研制，歷時年代開始研制，歷時2020年，耗資年，耗資200200億億美元，于美元，于19941994年全面建成，具有在海、年全面建

2、成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實時三維導(dǎo)航與定位陸、空進(jìn)行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。 在美國在美國,GPS,GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)與全球衛(wèi)星定位技術(shù)與“阿波羅阿波羅”飛船登月、航天飛機(jī)升空，飛船登月、航天飛機(jī)升空，同列為同列為2020世紀(jì)世紀(jì)“三大航天工程三大航天工程”。 （1 1）空間衛(wèi)星系統(tǒng)）空間衛(wèi)星系統(tǒng) （2 2）地面監(jiān)控系統(tǒng)）地面監(jiān)控系統(tǒng) （3 3）用戶設(shè)備系統(tǒng)）用戶設(shè)備系統(tǒng) 空間衛(wèi)星系統(tǒng)由均勻分布在空間衛(wèi)星系統(tǒng)由均勻分布在6 6個軌道平面?zhèn)€軌道平面上的上的2424顆高軌道工作衛(wèi)星構(gòu)成，各軌道平面顆高軌道工作衛(wèi)星構(gòu)成，各軌道

3、平面相對于赤道平面的傾角為相對于赤道平面的傾角為5555，軌道平面間距，軌道平面間距6060。在每一軌道平面內(nèi)，各衛(wèi)星升交角距差。在每一軌道平面內(nèi)，各衛(wèi)星升交角距差9090，任一軌道上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道上的，任一軌道上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道上的相應(yīng)衛(wèi)星超前相應(yīng)衛(wèi)星超前3030。 GPS GPS工作衛(wèi)星組網(wǎng)保障全球任一時刻、任工作衛(wèi)星組網(wǎng)保障全球任一時刻、任一地點(diǎn)都可對一地點(diǎn)都可對4 4顆以上衛(wèi)星進(jìn)行觀測（最多可顆以上衛(wèi)星進(jìn)行觀測（最多可達(dá)達(dá)11 11顆），實現(xiàn)連續(xù)、實時地導(dǎo)航和定位顆），實現(xiàn)連續(xù)、實時地導(dǎo)航和定位。 GPS衛(wèi)星衛(wèi)星空間空間GPS系統(tǒng)系統(tǒng) 地面監(jiān)控系統(tǒng)地面監(jiān)控系統(tǒng) 由均勻分布在美

4、國本土和三大洋的由均勻分布在美國本土和三大洋的美軍基地上的美軍基地上的5 5個個監(jiān)測站監(jiān)測站、一個、一個主控主控站站和三個注入站構(gòu)成。該系統(tǒng)的功能和三個注入站構(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，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。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主控站位于美國科羅拉多的斯平士（Colorado SpringsColorado Springs）的聯(lián)合空間執(zhí)行中心）的聯(lián)合空間執(zhí)行中心（CSOCCSOC），三個注入站分別設(shè)在大西洋、?。?，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，即大西度

5、洋和太平洋的三個美國軍事基地上，即大西洋的阿松森島（洋的阿松森島（AscensionAscension）、印度洋的狄）、印度洋的狄哥哥伽西亞伽西亞(Diego Garcia)(Diego Garcia)和太平洋的卡瓦加蘭和太平洋的卡瓦加蘭(Kwajalein),(Kwajalein),五個監(jiān)測站設(shè)在主控站和三個注五個監(jiān)測站設(shè)在主控站和三個注入站以及夏威夷島。入站以及夏威夷島。 監(jiān)測站監(jiān)測站 用用GPSGPS接收系統(tǒng)測量每顆衛(wèi)星的位距接收系統(tǒng)測量每顆衛(wèi)星的位距和距離差，采集氣象數(shù)據(jù)，并將觀測數(shù)和距離差，采集氣象數(shù)據(jù)，并將觀測數(shù)據(jù)傳送給主控點(diǎn)。據(jù)傳送給主控點(diǎn)。 5 5個監(jiān)控站均為無人守值的數(shù)據(jù)采個

6、監(jiān)控站均為無人守值的數(shù)據(jù)采集中心集中心。 主控站主控站 主控站接收各監(jiān)測站的主控站接收各監(jiān)測站的GPSGPS衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、各監(jiān)測站和注入站自身的衛(wèi)星工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、各監(jiān)測站和注入站自身的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。根據(jù)上述各類數(shù)據(jù)，完成以下工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。根據(jù)上述各類數(shù)據(jù)，完成以下幾項工作：幾項工作： 及時編算每顆衛(wèi)星的導(dǎo)航電文并傳送給注及時編算每顆衛(wèi)星的導(dǎo)航電文并傳送給注入站。入站。 控制和協(xié)調(diào)監(jiān)測站間、注入站間的工作，控制和協(xié)調(diào)監(jiān)測站間、注入站間的工作，檢驗注入衛(wèi)星的導(dǎo)航電文是否正確以及衛(wèi)星是檢驗注入衛(wèi)星的導(dǎo)航電文是否正確以及衛(wèi)星是否將導(dǎo)航電文發(fā)給了否將導(dǎo)航電文發(fā)給了GPSG

7、PS用戶系統(tǒng)。用戶系統(tǒng)。 診斷衛(wèi)星工作狀態(tài)，改變偏離軌道的衛(wèi)星診斷衛(wèi)星工作狀態(tài)，改變偏離軌道的衛(wèi)星位置及姿態(tài)，調(diào)整備用衛(wèi)星取代失效衛(wèi)星。位置及姿態(tài)，調(diào)整備用衛(wèi)星取代失效衛(wèi)星。 注入站注入站 接受主控站送達(dá)的各衛(wèi)星導(dǎo)航電文并接受主控站送達(dá)的各衛(wèi)星導(dǎo)航電文并將之注入飛越其上空的每顆衛(wèi)星。將之注入飛越其上空的每顆衛(wèi)星。GPSGPS在軍事上的應(yīng)用在軍事上的應(yīng)用GPSGPS在交通上的應(yīng)用在交通上的應(yīng)用GPSGPS在旅游探險中的應(yīng)用在旅游探險中的應(yīng)用 軍事是軍事是GPSGPS技術(shù)最早的應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)最早的應(yīng)用領(lǐng)域, ,主要是為各主要是為各種軍事活動提供定位導(dǎo)航種軍事活動提供定位導(dǎo)航. .在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，不僅在

8、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，陸、海、空三軍，而且許多高科技武器彈藥等，也都開始采用也都開始采用GPSGPS技術(shù)進(jìn)行定位導(dǎo)航。目前精技術(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。確制導(dǎo)武器復(fù)合制導(dǎo)的重要技術(shù)手段。 裝備裝備GPSGPS制導(dǎo)系統(tǒng)之前制導(dǎo)系統(tǒng)之前, ,美軍美軍BGM-09C“BGM-09C“戰(zhàn)戰(zhàn)斧斧”巡航導(dǎo)彈誤差約為巡航導(dǎo)彈誤差約為9 9米；在其米；在其“慣性和地慣性和地形匹配形匹配”制導(dǎo)系統(tǒng)中加入制導(dǎo)系統(tǒng)中加入GPSGPS后，誤差降至后，誤差降至3 3米，米，制導(dǎo)精度大大提高。制導(dǎo)精度大大提高。民用民用GPSGPS 主要用于交通車輛導(dǎo)航管理

9、、航空器定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)研究等求援、旅游探險、農(nóng)業(yè)監(jiān)測、生態(tài)研究等方面。方面。GPSGPS在交通上的應(yīng)用在交通上的應(yīng)用 車輛跟蹤、提供出行路線功能和導(dǎo)航、車輛跟蹤、提供出行路線功能和導(dǎo)航、 信息查詢、話務(wù)指揮和緊急救援等。信息查詢、話務(wù)指揮和緊急救援等。 戶外探險：戶外探險： 余純順在羅布泊探險遇難時離最近的補(bǔ)給站僅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?；哪畮装倜?。風(fēng)沙淹埋了前人走過的足跡，在茫?；哪杏挚视逐I的他終于倒下了。如果當(dāng)

10、時他有一臺中又渴又餓的他終于倒下了。如果當(dāng)時他有一臺 GPSGPS接收機(jī)，慘劇又何以發(fā)生？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，危險無時無刻不在情況下，危險無時無刻不在, ,手持手持GPSGPS接收機(jī)沿著機(jī)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。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目前，許多休閑俱樂部圍繞GPSGPS功能相繼推出功能相繼推出“穿越穿越”、“尋寶尋寶”、“野外拓展野外拓展”等都市游戲，等都市游戲，豐富了人們周末生活，提高了人們生活品位，深得豐富了人們周末生活，提高了人

11、們生活品位，深得戶外運(yùn)動愛好者的歡迎。戶外運(yùn)動愛好者的歡迎。 GPSGPS接收機(jī)是用于接收接收機(jī)是用于接收GPSGPS衛(wèi)星定位信息衛(wèi)星定位信息的用戶設(shè)備，有兩大主要用途：定位和導(dǎo)航。的用戶設(shè)備，有兩大主要用途：定位和導(dǎo)航。 GPS12GPS12是美國是美國GARMINGARMIN公司于公司于19981998年推出年推出的全中文接收機(jī)，是目前國內(nèi)市場上的一款的全中文接收機(jī)，是目前國內(nèi)市場上的一款主流機(jī)型。主流機(jī)型。 如下頁圖中所示如下頁圖中所示內(nèi)置天線內(nèi)置天線翻頁翻頁光標(biāo)鍵光標(biāo)鍵定位鍵定位鍵輸入鍵輸入鍵顯示屏顯示屏導(dǎo)航鍵導(dǎo)航鍵開機(jī)鍵開機(jī)鍵退出鍵退出鍵圖圖1-1 用用GPSGPS接收機(jī)定位，詳細(xì)步

12、驟如下：接收機(jī)定位，詳細(xì)步驟如下： A:A:開機(jī)接收衛(wèi)星信號，顯示收星開機(jī)接收衛(wèi)星信號，顯示收星畫面畫面 如圖如圖1-21-2所示所示地平線地平線衛(wèi)星編號衛(wèi)星編號衛(wèi)星信號衛(wèi)星信號圖圖1-21-2 收星畫面是開機(jī)后的第一個畫面，表示衛(wèi)收星畫面是開機(jī)后的第一個畫面，表示衛(wèi)星的分布與接收狀態(tài)。接收到的衛(wèi)星不能低星的分布與接收狀態(tài)。接收到的衛(wèi)星不能低于于3 3顆，要選擇室外無障礙物地區(qū)接收。顆，要選擇室外無障礙物地區(qū)接收。上北下南，左西右東上北下南，左西右東 中心相當(dāng)于所處位置正上方，大圓代中心相當(dāng)于所處位置正上方，大圓代表地平線，中間圓為表地平線，中間圓為4545度仰角度仰角 圖中數(shù)字表示地平線上方

13、的衛(wèi)星，數(shù)圖中數(shù)字表示地平線上方的衛(wèi)星，數(shù)字反白表示衛(wèi)星未收到字反白表示衛(wèi)星未收到 表示接收到的衛(wèi)星信號的強(qiáng)弱，黑條表示接收到的衛(wèi)星信號的強(qiáng)弱，黑條越高，代表信號越強(qiáng)；如果是白框條，表示該顆衛(wèi)越高，代表信號越強(qiáng)；如果是白框條，表示該顆衛(wèi)星正處于跟蹤狀態(tài)；如果黑條和白框條都沒有，表星正處于跟蹤狀態(tài)；如果黑條和白框條都沒有，表示還未收到衛(wèi)星信號。一般來說，圓圈中衛(wèi)星越靠示還未收到衛(wèi)星信號。一般來說，圓圈中衛(wèi)星越靠近中心，接收到的衛(wèi)星信號越強(qiáng)。如圖近中心，接收到的衛(wèi)星信號越強(qiáng)。如圖1-21-2中接收到中接收到1010顆衛(wèi)星，而且信號比較強(qiáng)。顆衛(wèi)星，而且信號比較強(qiáng)。 B:B:連續(xù)按連續(xù)按 翻頁翻頁 鍵

14、或鍵或 退出退出 鍵鍵, ,切換至切換至 如圖如圖1-31-3所示所示 數(shù)據(jù)查詢畫面表示接收點(diǎn)的具體信息。數(shù)據(jù)查詢畫面表示接收點(diǎn)的具體信息。 圖圖 1 - 31 - 3 航向：運(yùn)動時的方向，它的角度是以正北為航向：運(yùn)動時的方向，它的角度是以正北為0 0，順時針逐漸增加，正東為，順時針逐漸增加，正東為9090，正西為，正西為270270，因此運(yùn)動時可以椐此判斷北的方向。，因此運(yùn)動時可以椐此判斷北的方向。 航速：為固定顯示數(shù)據(jù)不能更改，當(dāng)接收衛(wèi)星航速：為固定顯示數(shù)據(jù)不能更改，當(dāng)接收衛(wèi)星后衛(wèi)星會自動根據(jù)你的運(yùn)動情況測定該值。后衛(wèi)星會自動根據(jù)你的運(yùn)動情況測定該值。 航程：相當(dāng)于里程表，記錄航行過的實際

15、路程。航程：相當(dāng)于里程表，記錄航行過的實際路程。 高度：顯示所處點(diǎn)的海拔高度。圖高度：顯示所處點(diǎn)的海拔高度。圖1-31-3中高度中高度是是17m17m 坐標(biāo)：接收點(diǎn)的經(jīng)緯度。圖坐標(biāo)：接收點(diǎn)的經(jīng)緯度。圖1-31-3中坐標(biāo)是中坐標(biāo)是N32N323653.93653.9；E120E1205419.25419.2。 時間：采用衛(wèi)星鐘授時。時間：采用衛(wèi)星鐘授時。 C:C:定位定位 鍵，顯示標(biāo)定位置畫面如圖鍵，顯示標(biāo)定位置畫面如圖1-41-4所所示，圖中顯示航點(diǎn)編號為示，圖中顯示航點(diǎn)編號為005005、經(jīng)緯度為、經(jīng)緯度為N32N3203.23203.232，E118E11845.92345.923等信息等

16、信息圖1-4 D:D:移動移動 光標(biāo)光標(biāo) 鍵至航點(diǎn)編號處，按鍵至航點(diǎn)編號處，按 輸入輸入 鍵確鍵確定，按上下定，按上下 光標(biāo)光標(biāo) 鍵可對航點(diǎn)名稱進(jìn)行重新編號，鍵可對航點(diǎn)名稱進(jìn)行重新編號，最后再按最后再按 輸入輸入 鍵確定鍵確定 E:E:移動移動 光標(biāo)光標(biāo) 鍵選中鍵選中 平均平均 處，處， 平均平均 反白處，反白處，按按 輸入輸入 鍵確定，此時機(jī)器開始自動平滑，提高鍵確定，此時機(jī)器開始自動平滑，提高定位精度定位精度 F:F:誤差誤差 處為平滑參考值，數(shù)字越小，精度越高，處為平滑參考值，數(shù)字越小，精度越高，待待 誤差誤差 處數(shù)字固定不變或達(dá)到期望值，此時光處數(shù)字固定不變或達(dá)到期望值，此時光標(biāo)在標(biāo)在

17、 存入存入 處，按處，按 輸入輸入 鍵，存點(diǎn)完畢。鍵，存點(diǎn)完畢。 （二）導(dǎo)航（二）導(dǎo)航 GPSGPS接收機(jī)不僅可定位，而且可導(dǎo)航。接收機(jī)不僅可定位，而且可導(dǎo)航。 不管你是身處浩瀚的沙漠之中，還是在波浪不管你是身處浩瀚的沙漠之中，還是在波浪滔天的大海上，都不會因為迷失方向而發(fā)愁。滔天的大海上，都不會因為迷失方向而發(fā)愁。 使用使用GPSGPS接收機(jī)導(dǎo)航，首先要建立航點(diǎn)，接收機(jī)導(dǎo)航，首先要建立航點(diǎn)，然后才能進(jìn)行導(dǎo)航。然后才能進(jìn)行導(dǎo)航。 第一種方法：按第一種方法：按 定位定位 鍵記錄各個位置鍵記錄各個位置, ,建立航點(diǎn)。（方法參照上節(jié)所述）建立航點(diǎn)。（方法參照上節(jié)所述） 第二種方法：直接輸入經(jīng)、緯度數(shù)

18、據(jù)，第二種方法：直接輸入經(jīng)、緯度數(shù)據(jù)，建立航點(diǎn)。建立航點(diǎn)。 A. A. 開機(jī)接收衛(wèi)星信號，顯示收星畫面開機(jī)接收衛(wèi)星信號，顯示收星畫面 如圖如圖1-21-2所示所示地平線地平線衛(wèi)星編號衛(wèi)星編號衛(wèi)星信號衛(wèi)星信號圖圖1-2 B. B. 連續(xù)按連續(xù)按 翻頁翻頁 鍵或鍵或 退出退出 鍵，直到顯示功能鍵，直到顯示功能設(shè)定畫面如圖設(shè)定畫面如圖1-51-5所示所示圖1-5 C. C. 移動移動 光標(biāo)光標(biāo) 鍵選中鍵選中 航點(diǎn)航點(diǎn) ，按，按 輸入輸入 鍵確定，鍵確定，顯示航點(diǎn)畫面。如圖顯示航點(diǎn)畫面。如圖1-61-6 圖1-6 D. D. 移動移動 光標(biāo)光標(biāo) 鍵選中航點(diǎn)編號，按鍵選中航點(diǎn)編號，按 輸入輸入 鍵確定，用鍵確定，用 光標(biāo)光標(biāo) 鍵選擇所要的航點(diǎn)編號，鍵選擇所要的航點(diǎn)編號，按按 輸入輸入 鍵確定