第三節(jié)全球定位系統(tǒng)及其應用

本節(jié)目錄一、全球定位系統(tǒng)三、全球定位系統(tǒng)組成四、全球定位系統(tǒng)應用二、GPS定位原理一、全球定位系統(tǒng)

在伊拉克戰(zhàn)爭中，曾經(jīng)有記者問一位飛行員：“你知道去轟炸哪個城市嗎？”

飛行員回答：“不知道。”“那你怎么去轟炸呢？”“容易，上級給我一個坐標，我按計算機的指引，投下采用GPS導航的炸彈掉頭就走，跟我玩游戲機沒哈兩樣?！?/p>

這個例子是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中引用GPS系統(tǒng)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GPS——全球定位系統(tǒng)這種現(xiàn)代地理信息技術。全球定位系統(tǒng)及其應用//全球定位系統(tǒng)基本概念全球定位系統(tǒng)：（GlobalPositioningSystem簡稱GPS

）是具有在海、陸、空進行全方位、實時三維導航與定位功能的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。知識點導航通俗地說：利用衛(wèi)星，在全球范圍內適時進行導航、定位的系統(tǒng)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(5～6顆)，運行高度較低(平均1000km)，從地面站觀測到衛(wèi)星的時間間隔較長(平均1．5h)，因而它無法提供連續(xù)的實時三維導航，而且精度較低。為滿足軍事部門和民用部門對連續(xù)實時和三維導航的迫切要求，1973年美國國防部制定了GPS計劃。3．GPS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。實驗表明，GPS定位精度遠遠超過設計標準。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)進入工程建設階段。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。

在美國,GPS全球衛(wèi)星定位技術與“阿波羅”飛船登月,航天飛機升空,共同給列為20世紀“三大航天工程”.二、GPS定位原理問題探討:

按照理論,我們知道要保證地面各點能接收到信息只要3顆衛(wèi)星就可以了,為什么我們要用4顆衛(wèi)星呢?

當GPS收到3顆衛(wèi)星的信號，它只能計算出2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。當GPS能夠收到4顆及以上衛(wèi)星的信號時，它能計算出本地的3維坐標：經(jīng)度、緯度、高度。[跨越障礙]

全球定位系統(tǒng)的特點是什么(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：單機定位精度優(yōu)于10米，采用差分定位，精度可達厘米級和毫米級。

(4)功能多，應用廣：隨著人們對GPS認識的加深，GPS不僅在測量、導航、測速、測時等方面取得更廣泛的應用．而且其應用領域不斷擴大。三、全球定位系統(tǒng)組成全球定位系統(tǒng)及其應用//全球定位系統(tǒng)組成空間部分

24顆衛(wèi)星星座用戶設備地面控制1個主控站3個注入站5個監(jiān)控站目錄面板開關全球定位系統(tǒng)GPS測量原理GPS的組成GPS應用知識點導航監(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。空間部分各軌道平面相對于赤道平面的傾角為55o，軌道平面間距60o。在每一軌道平面內，各衛(wèi)星升交角距差90o

為了減少誤差，一般要求4顆衛(wèi)星，用于定位的4顆衛(wèi)星稱為定位星座。返回用戶設備類型應用用于運動載體的導航，分為車載型、航海型、航空型和星載型能夠實時給出載體的位置和速度，價格便宜，應用廣泛測地接收機定位精度高，儀器結構復雜，價格較貴授時接收機用于天文臺及無線電通訊利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時間進行授時用于精密大地測量和精密工程測量導航接收機返回全球定位系統(tǒng)及其應用//全球定位系統(tǒng)組成車載GPS接收器目錄面板開關全球定位系統(tǒng)GPS測量原理GPS的組成GPS應用知識點導航四、全球定位系統(tǒng)應用它能夠實時測量“四度”：經(jīng)度、緯度、高度、速度GPS功能1、定位:2、導航:我現(xiàn)在在哪里？我要去哪里？如何去？3.跟蹤。跟蹤-監(jiān)視人或物體的運動。4.繪圖。用于繪制世界地圖。5.定時。提供精確的時間。

C:[定位]鍵，顯示〈標定位置畫面〉如圖1-4所示，經(jīng)緯度為N32°03.232′，E118°45.923′海拔高度17米等信息圖1-4【閱讀指導】

車載GPS的功用信息接收信息發(fā)射應用領域通過車載GPS,可以在顯示屏上及時查看車輛所在的經(jīng)緯度、運行軌跡、速度、行進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，可對車輛進行調度指揮城市公共汽車調度管理，旅游區(qū)車輛報警與調度，海關、公安、海防等部門對車輛的調度與監(jiān)控【閱讀指導】

GPS在航海、航空導航中的應用應用類型應用領域應用作用航海應用航空應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GPS技術．我們1999年南聯(lián)盟使館被炸，那5枚精確制導炸彈，全部是GPS精確制導的炸彈，那5枚導彈均勻地分布在我們的大使館樓頂?shù)纳让嫔?，這是GPS在軍事上運用獲得的效能。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，GPS也成了雙方爭斗的重要一環(huán).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，后一枚導彈通過前一導彈炸開的洞鉆入目標內部進行攻擊是不可能的）。由于它的精確度目前已達到10米內，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，美國國防部在實際運行的時候，又增加4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，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GPS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)（GPS）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GPS，所以，當前的美伊戰(zhàn)爭，GPS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)。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，后一枚導彈通過前一導彈炸開的洞鉆入目標內部進行攻擊是不可能的）。由于它的精確度目前已達到10米內，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，美國國防部在實際運行的時候，又增加4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，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GPS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，他們同樣擁有先進的衛(wèi)星技術，具有向GPS發(fā)起挑戰(zhàn)的優(yōu)勢。于是，俄羅斯推出了自己的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)，這個系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)量高達30顆，總投資預計為33億歐元，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GPS一統(tǒng)天下的局面，給美國造成了巨大的壓力。3．GPS系統(tǒng)的營救范例

GPS系統(tǒng)在營救F-117A隱形戰(zhàn)斗機飛行員之前，曾成功地營救過美國F-16戰(zhàn)斗機的飛行員，1993年4月還曾營救過阿拉法特．

1993年4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“導航星”全球定位系統(tǒng)，即GPS．由于它全球定位及時準確，被稱為“當代觀音.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希克杜沃海灘，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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)手機用戶的地點。這是斯里蘭卡首次在救援中利用高技術手段并獲得成功。此外，摩根士丹利公司香港總部的35名員工也依靠國際漫游手機，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。在不打攪車內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：“您已到達?！边@些聽起來猶如神話，其實它都依賴于來自太空的信號。這種高度精確的太空信號就是由比GPS更先進的歐洲“伽利略”衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供的。(2)汽車安裝上GPS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所在位置，使警方盡快趕+到．據(jù)介紹：日本90％的機動車都安裝有GPS接收機。(3)GPS電子站牌現(xiàn)身上海街頭:下一輛車離本站還有1.2千米,越3分鐘內到達.上海的許多出租車上裝備了GPS系統(tǒng).公司可以根據(jù)GPS對出租車定位,并提供無線電聯(lián)系以及電子地圖到2007年,上海1.8萬公交車全部實現(xiàn)GPS監(jiān)控2）軍用領域GPS是自動化指揮系統(tǒng)、先進武器系統(tǒng)及新的戰(zhàn)役戰(zhàn)術理論的一項關鍵性基本保障技術，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；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；

海洋應用：遠洋船只航線測定、船只實時調度與導航、海洋救援、海洋控寶、水文地質測量以及海洋井平臺定位、海平面升降監(jiān)測等；

航空航天應用：飛機導航、、航空遙感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導彈控制、航空救援和載人航天器防護探測等。

它能用于繪制森林地圖，幫助農(nóng)民收獲莊稼，地面和空中導航，軍