第三節(jié)全球定位系統(tǒng)及其應用

1、 在伊拉克戰(zhàn)爭中，曾經(jīng)有記者問一位飛行在伊拉克戰(zhàn)爭中，曾經(jīng)有記者問一位飛行員：員：“你知道去轟炸哪個城市嗎？你知道去轟炸哪個城市嗎？” 飛行員回答：飛行員回答：“不知道。不知道?！?“那你怎么去轟炸呢？那你怎么去轟炸呢？” “容易，上級給我一個坐標，我按計算容易，上級給我一個坐標，我按計算機的指引，投下采用機的指引，投下采用GPS導航的炸彈掉頭導航的炸彈掉頭就走，跟我玩游戲機沒哈兩樣。就走，跟我玩游戲機沒哈兩樣?！?這個例子是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中引用這個例子是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中引用GPS系統(tǒng)系統(tǒng)的典型案例。我們反對戰(zhàn)爭，但要想能更好的典型案例。我們反對戰(zhàn)爭，但要想能更好的維護世界和平，我們也需要了解的維護世界和

2、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)。全球定位系統(tǒng)這種現(xiàn)代地理信息技術(shù)?；靖拍钊蚨ㄎ幌到y(tǒng)：全球定位系統(tǒng)：（Global Positioning System 簡稱簡稱GPS ）是具有在海、陸、空是具有在海、陸、空進行全方位、實時三進行全方位、實時三維維導航導航與與定位定位功能的功能的新一代衛(wèi)星導航與定新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)位系統(tǒng) 。知識點導航知識點導航通俗地說：利用衛(wèi)星，在全通俗地說：利用衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)適時進行導航、定球范圍內(nèi)適時進行導航、定位的系統(tǒng)位的系統(tǒng) 在美國在美國,共同給列為共同給列為20世紀世紀“三大三大航天工程航天工程”.問題探討問題探討: 按照理論按

3、照理論,我們知道要保證地面各點能我們知道要保證地面各點能接收到信息只要接收到信息只要3顆衛(wèi)星就可以了顆衛(wèi)星就可以了,為什么為什么我們要用我們要用4顆衛(wèi)星呢顆衛(wèi)星呢? 當當GPS收到收到3顆衛(wèi)星的信號，它只能顆衛(wèi)星的信號，它只能計算出計算出2維坐標：經(jīng)度和緯度，這時它可維坐標：經(jīng)度和緯度，這時它可能還會顯示高度數(shù)據(jù)，但這數(shù)據(jù)是無效的。能還會顯示高度數(shù)據(jù)，但這數(shù)據(jù)是無效的。當當GPS能夠收到能夠收到4顆及以上衛(wèi)星的信號時，顆及以上衛(wèi)星的信號時，它能計算出本地的它能計算出本地的3維坐標：維坐標：經(jīng)度、緯度、經(jīng)度、緯度、高度。高度?？湛臻g間部部分分 24顆衛(wèi)星星座顆衛(wèi)星星座用用戶戶設設備備地地面面控控

4、制制1個主控站個主控站3個注入站個注入站5個監(jiān)控站個監(jiān)控站目目錄錄面面板板開開關關知識點導航知識點導航監(jiān)測站監(jiān)測站獲取獲取GPSGPS數(shù)據(jù)數(shù)據(jù), ,并將并將數(shù)據(jù)送至主控站。數(shù)據(jù)送至主控站。主控站主控站-控制、調(diào)度衛(wèi)星?？刂?、調(diào)度衛(wèi)星。注入站注入站 將主控站的改正參將主控站的改正參數(shù)等注入每顆衛(wèi)星。數(shù)等注入每顆衛(wèi)星。空間部分各軌道平面相對于赤道平面的傾角為各軌道平面相對于赤道平面的傾角為55，軌道平面間距，軌道平面間距60。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90 為了減少誤差，一般要求為了減少誤差，一般要求4顆衛(wèi)星，顆衛(wèi)星，用于定位的用于定位的4顆衛(wèi)星稱為定位星

5、座。顆衛(wèi)星稱為定位星座。返回返回用戶設備類型類型應用應用用于用于運動載體運動載體的導航，分為車的導航，分為車載型、航海型、航空型和星載載型、航海型、航空型和星載型型能夠?qū)崟r給出載體的能夠?qū)崟r給出載體的位置位置和和速度速度，價格便宜，應用，價格便宜，應用廣泛廣泛測地接收機測地接收機定位精度高，儀器結(jié)構(gòu)復定位精度高，儀器結(jié)構(gòu)復雜，價格較貴雜，價格較貴授時接收機授時接收機用于天文臺及無線電通訊用于天文臺及無線電通訊利用利用GPS衛(wèi)星提供的高精衛(wèi)星提供的高精度時間進行授時度時間進行授時用于精密大地測量和精密工程測量用于精密大地測量和精密工程測量導航接收機導航接收機返回返回車載GPS接收器目目錄錄面面板

6、板開開關關知識點導航知識點導航它能夠?qū)崟r測量它能夠?qū)崟r測量“四度四度”：經(jīng)度、緯度、高度、速：經(jīng)度、緯度、高度、速度度GPS功能1、定位:2、導航:我現(xiàn)在在哪里？我要去哪里？如何去？我要去哪里？如何去？3.跟蹤。跟蹤跟蹤。跟蹤-監(jiān)視人或物體的運動。監(jiān)視人或物體的運動。4.繪圖。用于繪制世界地圖。繪圖。用于繪制世界地圖。5.定時。提供精確的時間。定時。提供精確的時間。 C:C:定位定位 鍵，顯示鍵，顯示標定位置畫面標定位置畫面如圖如圖1-41-4所示，所示，經(jīng)緯度為經(jīng)緯度為N32N3203.23203.232，E118E11845.92345.923海拔海拔高度高度1717米等信息米等信息圖1-

7、4【 閱讀指導閱讀指導 】 車載車載 GPS 的功用的功用信息接收信息接收信息發(fā)射信息發(fā)射應用領域應用領域通過車載通過車載 GPS, 可以在顯示屏可以在顯示屏上及時查看車上及時查看車輛所在的經(jīng)緯輛所在的經(jīng)緯度、運行軌跡、度、運行軌跡、速度、行進方速度、行進方向等向等車載電臺把定車載電臺把定位信息發(fā)送給位信息發(fā)送給監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心，在電子地圖電子地圖上上 顯顯示出來，可對示出來，可對車輛進行調(diào)度車輛進行調(diào)度指揮指揮城城市市公共汽車公共汽車調(diào)度管理，旅調(diào)度管理，旅游區(qū)車輛報警游區(qū)車輛報警與調(diào)度，海關、與調(diào)度，海關、公安、海防等公安、海防等部門對車輛的部門對車輛的調(diào)度與監(jiān)控調(diào)度與監(jiān)控【 閱讀指導

8、閱讀指導 】 GPS 在航海、航空導航中的應在航海、航空導航中的應用用應用類型應用類型應用領域應用領域應用作用應用作用航海航海應用應用航空航空應用應用向用戶提供船舶位置、向用戶提供船舶位置、航速、航向信息、海航速、航向信息、海圖、海跡顯示圖、海跡顯示避免船只沖撞，避免船只沖撞，確保航行安全確保航行安全把自己的位置把自己的位置和航向發(fā)送到和航向發(fā)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蹤、搜尋和救援蹤、搜尋和救援空域航路、著空域航路、著陸、機場監(jiān)視陸、機場監(jiān)視和管理和管理實現(xiàn)空域劃分、空實現(xiàn)空域劃分、空中交通流量管理、中交通流量管理、飛行路徑管理飛行路徑管理美國地面部隊在人生地不

9、熟的沙漠里，正是靠美國地面部隊在人生地不熟的沙漠里，正是靠GPS的指向，才順的指向，才順利完成了各項軍事任務；現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，從幾千公里外發(fā)射的導彈利完成了各項軍事任務；現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，從幾千公里外發(fā)射的導彈能準確地命中目標，也是靠的能準確地命中目標，也是靠的GPS技術(shù)我們技術(shù)我們1999年南聯(lián)盟使館年南聯(lián)盟使館被炸，那被炸，那5枚精確制導炸彈，全部是枚精確制導炸彈，全部是GPS精確制導的炸彈，那精確制導的炸彈，那5枚枚導彈均勻地分布在我們的大使館樓頂?shù)纳让嫔?，這是導彈均勻地分布在我們的大使館樓頂?shù)纳让嫔?，這是GPS在軍事在軍事上運用獲得的效能。上運用獲得的效能。 導彈的飛行、飛機的導航、精確打擊的實

10、現(xiàn)，無不依賴于導彈的飛行、飛機的導航、精確打擊的實現(xiàn)，無不依賴于GPS，所以，當前的美伊戰(zhàn)爭，所以，當前的美伊戰(zhàn)爭，GPS也成了雙方爭斗的重要一環(huán)也成了雙方爭斗的重要一環(huán).如果沒如果沒有這一系統(tǒng)，海灣戰(zhàn)爭中美國的兩枚導彈先后攻擊同一目標，后有這一系統(tǒng)，海灣戰(zhàn)爭中美國的兩枚導彈先后攻擊同一目標，后一枚導彈通過前一導彈炸開的洞鉆入目標內(nèi)部進行攻擊是不可能一枚導彈通過前一導彈炸開的洞鉆入目標內(nèi)部進行攻擊是不可能的）。由于它的精確度目前已達到的）。由于它的精確度目前已達到10米內(nèi)，該系統(tǒng)曾被美軍在海米內(nèi)，該系統(tǒng)曾被美軍在海灣戰(zhàn)爭、科索沃戰(zhàn)爭、阿富汗戰(zhàn)爭中廣泛運用，并發(fā)揮了巨大威灣戰(zhàn)爭、科索沃戰(zhàn)爭、阿富

11、汗戰(zhàn)爭中廣泛運用，并發(fā)揮了巨大威力。為了提高精確度，美國國防部在實際運行的時候，又增加力。為了提高精確度，美國國防部在實際運行的時候，又增加4顆衛(wèi)星，使得衛(wèi)星總數(shù)達到顆衛(wèi)星，使得衛(wèi)星總數(shù)達到28顆，精確度也相應地提高到了顆，精確度也相應地提高到了7米。米。再加上美軍使用的是能更好彌補大氣偏差的加密接收機，它們可再加上美軍使用的是能更好彌補大氣偏差的加密接收機，它們可以得到更精確的實時精度。據(jù)國外媒體早先報道，即使是美國的以得到更精確的實時精度。據(jù)國外媒體早先報道，即使是美國的民用手持民用手持GPS接收器在水平面上的定位精度都可以達到接收器在水平面上的定位精度都可以達到5米。足米。足見其軍用系統(tǒng)

12、定位精度之高。見其軍用系統(tǒng)定位精度之高。在現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭條件下，全球定位系統(tǒng)（在現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭條件下，全球定位系統(tǒng)（GPS）扮演著重要角色，導彈）扮演著重要角色，導彈的飛行、飛機的導航、精確打擊的實現(xiàn)，無不依賴于的飛行、飛機的導航、精確打擊的實現(xiàn)，無不依賴于GPS，所以，當前的，所以，當前的美伊戰(zhàn)爭，美伊戰(zhàn)爭，GPS也成了雙方爭斗的重要一環(huán)。也成了雙方爭斗的重要一環(huán)。GPS是美國開發(fā)的一種利用是美國開發(fā)的一種利用環(huán)繞地球的環(huán)繞地球的24顆衛(wèi)星準確計算全球任意點位置的龐大衛(wèi)星網(wǎng)絡定位系統(tǒng)。顆衛(wèi)星準確計算全球任意點位置的龐大衛(wèi)星網(wǎng)絡定位系統(tǒng)。在戰(zhàn)爭中，只有實現(xiàn)了精確的定位，才有可能實現(xiàn)精確打擊（如

13、果沒有這在戰(zhàn)爭中，只有實現(xiàn)了精確的定位，才有可能實現(xiàn)精確打擊（如果沒有這一系統(tǒng)，海灣戰(zhàn)爭中美國的兩枚導彈先后攻擊同一目標，后一枚導彈通過一系統(tǒng)，海灣戰(zhàn)爭中美國的兩枚導彈先后攻擊同一目標，后一枚導彈通過前一導彈炸開的洞鉆入目標內(nèi)部進行攻擊是不可能的）。由于它的精確度前一導彈炸開的洞鉆入目標內(nèi)部進行攻擊是不可能的）。由于它的精確度目前已達到目前已達到10米內(nèi)，該系統(tǒng)曾被美軍在海灣戰(zhàn)爭、科索沃戰(zhàn)爭、阿富汗戰(zhàn)米內(nèi)，該系統(tǒng)曾被美軍在海灣戰(zhàn)爭、科索沃戰(zhàn)爭、阿富汗戰(zhàn)爭中廣泛運用，并發(fā)揮了巨大威力。為了提高精確度，美國國防部在實際爭中廣泛運用，并發(fā)揮了巨大威力。為了提高精確度，美國國防部在實際運行的時候，又增

14、加運行的時候，又增加4顆衛(wèi)星，使得衛(wèi)星總數(shù)達到顆衛(wèi)星，使得衛(wèi)星總數(shù)達到28顆，精確度也相應地顆，精確度也相應地提高到了提高到了7米。再加上美軍使用的是能更好彌補大氣偏差的加密接收機，米。再加上美軍使用的是能更好彌補大氣偏差的加密接收機，它們可以得到更精確的實時精度。據(jù)國外媒體早先報道，即使是美國的民它們可以得到更精確的實時精度。據(jù)國外媒體早先報道，即使是美國的民用手持用手持GPS接收器在水平面上的定位精度都可以達到接收器在水平面上的定位精度都可以達到5米。足見其軍用系米。足見其軍用系統(tǒng)定位精度之高。他們在這方面并不甘落后，比如歐洲和俄羅斯，他們同統(tǒng)定位精度之高。他們在這方面并不甘落后，比如歐洲

15、和俄羅斯，他們同樣擁有先進的衛(wèi)星技術(shù)，具有向樣擁有先進的衛(wèi)星技術(shù)，具有向GPS發(fā)起挑戰(zhàn)的優(yōu)勢。于是，俄羅斯推出發(fā)起挑戰(zhàn)的優(yōu)勢。于是，俄羅斯推出了自己的了自己的Glonass系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)完成部署，并開始投入運營。歐盟更是系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)完成部署，并開始投入運營。歐盟更是雄心勃勃，他們計劃推出目前規(guī)模最大的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)雄心勃勃，他們計劃推出目前規(guī)模最大的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)-伽利略系統(tǒng)，伽利略系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)量高達這個系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)量高達30顆，總投資預計為顆，總投資預計為33億歐元，正準備付諸實施。億歐元，正準備付諸實施。歐洲與俄羅斯在衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)上的大動作，將打破美國歐洲與俄羅斯在衛(wèi)星

16、導航定位系統(tǒng)上的大動作，將打破美國GPS一統(tǒng)天下一統(tǒng)天下的局面，給美國造成了巨大的壓力。的局面，給美國造成了巨大的壓力。 3GPS系統(tǒng)的營救范例系統(tǒng)的營救范例 GPS系統(tǒng)在營救系統(tǒng)在營救F-117A隱形戰(zhàn)斗機飛行員之前，曾成功地營隱形戰(zhàn)斗機飛行員之前，曾成功地營救過美國救過美國F-16戰(zhàn)斗機的飛行員，戰(zhàn)斗機的飛行員，1993年年4月還曾營救過阿拉法月還曾營救過阿拉法特特 1993年年4月，巴勒斯坦解放組織領導人阿拉法特的座機在飛行月，巴勒斯坦解放組織領導人阿拉法特的座機在飛行途中不幸遇上沙暴，飛機被迫降落在撒哈拉大沙漠里與阿拉途中不幸遇上沙暴，飛機被迫降落在撒哈拉大沙漠里與阿拉法特失去聯(lián)系的巴

17、勒斯坦解放組織總部使盡渾身解數(shù)尋找未果，法特失去聯(lián)系的巴勒斯坦解放組織總部使盡渾身解數(shù)尋找未果，最后只好借助美國的偵察衛(wèi)星十幾小時之后，才在茫茫沙漠最后只好借助美國的偵察衛(wèi)星十幾小時之后，才在茫茫沙漠中找到了迫降飛機的準確位置，使阿拉法特獲救美國使用的中找到了迫降飛機的準確位置，使阿拉法特獲救美國使用的這種衛(wèi)星救援系統(tǒng)正是屢見奇功的這種衛(wèi)星救援系統(tǒng)正是屢見奇功的“導航星導航星”全球定位系統(tǒng)，全球定位系統(tǒng)，即即GPS由于它全球定位及時準確，被稱為由于它全球定位及時準確，被稱為“當代觀音當代觀音.印度洋印度洋地震引發(fā)的海嘯所帶來的災難讓世人震驚。這場災難中也發(fā)生地震引發(fā)的海嘯所帶來的災難讓世人震驚

18、。這場災難中也發(fā)生了一些幸運的事情：了一些幸運的事情：36名英國游客被困在斯里蘭卡南部海濱的名英國游客被困在斯里蘭卡南部海濱的?？硕盼趾?，其中一名游客的手機幫助救援人員發(fā)現(xiàn)了他們?？硕盼趾?，其中一名游客的手機幫助救援人員發(fā)現(xiàn)了他們的地點。海嘯救援中心負責人表示，海嘯發(fā)生以后，當?shù)氐乃牡攸c。海嘯救援中心負責人表示，海嘯發(fā)生以后，當?shù)氐乃须娫捁炯尤氲綘I救行動中，他們通過跟蹤手機信號發(fā)現(xiàn)手有電話公司加入到營救行動中，他們通過跟蹤手機信號發(fā)現(xiàn)手機用戶的地點。這是斯里蘭卡首次在救援中利用高技術(shù)手段并機用戶的地點。這是斯里蘭卡首次在救援中利用高技術(shù)手段并獲得成功。此外，摩根士丹利公司香港總部的獲

19、得成功。此外，摩根士丹利公司香港總部的35名員工也依靠名員工也依靠國際漫游手機，最后成功獲救。國際漫游手機，最后成功獲救。 (1) 當奔馳的車輛行駛在車流熙攘的高速公路上時，司機啟動當奔馳的車輛行駛在車流熙攘的高速公路上時，司機啟動自動駕駛系統(tǒng)，就可悠然自得地讀書看報。車輛能自動與前車自動駕駛系統(tǒng)，就可悠然自得地讀書看報。車輛能自動與前車保持距離，自動剎車或超車，自動駕駛系統(tǒng)能夠精確到厘米。保持距離，自動剎車或超車，自動駕駛系統(tǒng)能夠精確到厘米。在不打攪車內(nèi)乘客讀書看報的情況下，它能自動選擇一條能避在不打攪車內(nèi)乘客讀書看報的情況下，它能自動選擇一條能避免堵塞的道路前進。到達目的地后它會自動報告：

20、免堵塞的道路前進。到達目的地后它會自動報告：“您已到您已到達。達?！边@些聽起來猶如神話，其實它都依賴于來自太空的信號。這些聽起來猶如神話，其實它都依賴于來自太空的信號。這種高度精確的太空信號就是由比這種高度精確的太空信號就是由比GPS更先進的歐洲更先進的歐洲“伽利略伽利略”衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供的。(2)汽車安裝上汽車安裝上GPS接收機，不僅能利用電子地圖知道自己的方接收機，不僅能利用電子地圖知道自己的方位和其他街區(qū)的車輛行駛狀況，從而繞開堵車地區(qū)，選擇最便位和其他街區(qū)的車輛行駛狀況，從而繞開堵車地區(qū)，選擇最便利的路線行駛，還能在遇到劫匪報警時向警方提供自己精確的利的路線行駛，還

21、能在遇到劫匪報警時向警方提供自己精確的所在位置，使警方盡快趕所在位置，使警方盡快趕+到據(jù)介紹：日本到據(jù)介紹：日本90的機動車都的機動車都安裝有安裝有GPS接收機接收機 。(3)GPS電子站牌現(xiàn)身上海街頭電子站牌現(xiàn)身上海街頭:下一輛車離本站還有下一輛車離本站還有1.2千米千米,越越3分鐘內(nèi)到達分鐘內(nèi)到達.上海的許多上海的許多 出租出租車上裝備了車上裝備了GPS系統(tǒng)系統(tǒng).公司可以根據(jù)公司可以根據(jù)GPS對出租車定位對出租車定位,并提供無并提供無線電聯(lián)系以及電子地圖線電聯(lián)系以及電子地圖到到2007年年,上海上海1.8萬公交車全部實現(xiàn)萬公交車全部實現(xiàn)GPS監(jiān)控監(jiān)控2）軍用領域）軍用領域GPS是自動化指揮

22、系統(tǒng)、先進武器系統(tǒng)及新的戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)理論的一是自動化指揮系統(tǒng)、先進武器系統(tǒng)及新的戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)理論的一項關鍵性基本保障技術(shù)，能為地面車輛、人員以及航空、航海、項關鍵性基本保障技術(shù)，能為地面車輛、人員以及航空、航海、航天等領域的飛機、船只、潛艇、衛(wèi)星、航天飛機進行導航定位；航天等領域的飛機、船只、潛艇、衛(wèi)星、航天飛機進行導航定位；武器發(fā)射、偵察、飛機進場著陸、交通管制、搜索營救，戰(zhàn)場部武器發(fā)射、偵察、飛機進場著陸、交通管制、搜索營救，戰(zhàn)場部隊、車輛以及單兵定位；精確制導導彈打擊目標坐標定位及彈道隊、車輛以及單兵定位；精確制導導彈打擊目標坐標定位及彈道導引。導引。陸地應用：主要包括車輛導航、景點導游、應急反應、高精度陸地應用：主要包括車輛導航、景點導游、應急反應、高精度時頻對比、大氣物理觀測、地球物理資源戡探、工程測量、變時頻對比、大氣物理觀測、地球物理資源戡探、工程測量、變形監(jiān)測、地殼運動監(jiān)測、市政規(guī)劃控制等；形監(jiān)測、地殼運動監(jiān)測、市政規(guī)劃控制