全球定位系統(tǒng)及其應用1

3.3全球定位系統(tǒng)及其應用

在伊拉克戰(zhàn)爭中，曾經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。”

這個例子是現代戰(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)這種現代地理信息技術。一、全球定位系統(tǒng)(GPS)Globalpositioningsystem

1.概念：具有海陸空進行全方位、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)。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)

全球定位系統(tǒng)是美國從本世紀70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。目前的全球覆蓋率為98%。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”它能夠實時測量“四度”：經度、緯度、高度、速度。

2、全球定位系統(tǒng)的組成（1）空間星座(24顆衛(wèi)星）（2）地面監(jiān)控系統(tǒng)（1個主控站、3個注入站、5個監(jiān)控站）（3）用戶系統(tǒng)（接受設備）GPS組成系統(tǒng)結構空間位置組成和分布全球定位系統(tǒng)空間由21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個軌道平面內地面由分布在全球的5個地面站組成（1個主控站、3個注入站、5個監(jiān)控站。）用戶導航接收機、測地型接收機、授時接收機實時計算出三維坐標、速度以及時間GPS衛(wèi)星星座地面監(jiān)控系統(tǒng)GPS信號接收機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)星交角距相差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?？臻g星座

空間星座部分

由均勻分布在6個軌道平面上的24顆高軌道工作衛(wèi)星構成，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，任一軌道上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道上的相應衛(wèi)星超前30o。事實上，空間衛(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星數量要超過24顆，以便及時更換老化或損壞的衛(wèi)星，保障系統(tǒng)正常工作。該衛(wèi)星系統(tǒng)能夠保證在地球的任一地點向使用者提供4顆以上可視衛(wèi)星。

GPS工作衛(wèi)星組網保障全球任一時刻、任一地點都可對4顆以上的衛(wèi)星進行觀測（最多可達11顆），實現連續(xù)、實時地導航和定位。問題探討:

按照理論,我們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：經度和緯度，這時它可能還會顯示高度數據，但這數據是無效的。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：經度、緯度、高度。地面監(jiān)控部分主控站位于美國科羅拉多的斯平士（ColoradoSprings）的聯合空間執(zhí)行中心（CSOC），三個注入站分別設在大西洋、印度洋和太平洋的三個美國軍事基地上，即大西洋的阿松森（Ascension）島、印度洋的狄哥·伽西亞(DiegoGarcia)和太平洋的卡瓦加蘭(Kwajalein),五個監(jiān)測站設在主控站和三個注入站以及夏威夷島。衛(wèi)星上各種設備是否正常工作,是否一直沿預定軌道運行,要由地面設備監(jiān)控由均勻分布的5個監(jiān)控站、一個主控站和三個注入站構成。該系統(tǒng)的功能是：對空間衛(wèi)星系統(tǒng)進行監(jiān)測、控制，并向每顆衛(wèi)星注入更新的導航數據及主控站的指令。地面監(jiān)控系統(tǒng)主控站

主控站接收各監(jiān)控站的GPS衛(wèi)星觀測數據、衛(wèi)星工作狀態(tài)數據、各監(jiān)控站和注入站自身的工作狀態(tài)數據。根據上述各類數據，完成以下幾項工作：

·及時編算每顆衛(wèi)星的導航電文并傳送給注入站。

·控制和協調監(jiān)控站間、注入站間的工作，檢驗注入衛(wèi)星的導航電文是否正確以及衛(wèi)星是否將導航電文發(fā)給了GPS用戶系統(tǒng)。

·診斷衛(wèi)星工作狀態(tài)，改變偏離軌道的衛(wèi)星位置及姿態(tài)，調整備用衛(wèi)星取代失效衛(wèi)星。

監(jiān)控站

用GPS接收系統(tǒng)測量每顆衛(wèi)星的位距和距離差，采集氣象數據，并將觀測數據傳送給主控點。5個監(jiān)控站均為無人守值的數據采集中心。注入站

接受主控站送達的各衛(wèi)星導航電文并將之注入飛越其上空的每顆衛(wèi)星。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

導航接收機用戶設備應用領域性能優(yōu)點功能手持型GPS接受機多為導航使用夜晶顯示，導航畫面清晰，配有背景燈，方便夜間操作，功能齊全不需要地面設備，只要收到衛(wèi)星信號，就能快速定位，不受天氣、行政區(qū)域的限制能夠計算當地的國際標準時間，處于運動狀態(tài)還能指出正北方，并將經過的地點、路線記錄下來，方便返回時用；計算兩點的距離，實現坐標系之間的相互轉換；計算日出、日落時間手持型GPS接收機②地面監(jiān)控系統(tǒng)對衛(wèi)星進行監(jiān)測和調控。

3、GPS衛(wèi)星的工作過程：①向GPS衛(wèi)星發(fā)送導航定位信號③用戶系統(tǒng)接受GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號后進行導航、定位。俄羅斯：20世紀80年代，建立了自己

的衛(wèi)星定位導航。歐洲：也在建立自己的衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)，稱為“伽利略計劃”。中國：成功地研制了“北斗導航系統(tǒng)”，并投入運營，這標志著中國在這一領域也已經處于世界先進水平。衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的新時代活動北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)示意圖“北斗”衛(wèi)星的戰(zhàn)略運用3、全球定位系統(tǒng)的特點(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、速度和精密時間，不受天氣的影響。

(3)定位精度高：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。

（5）自動測量它能夠實時測量“四度”：經度、緯度、高度、速度4、GPS功能1).定位:2).導航:我現在在哪里？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。GPS衛(wèi)星空間GPS系統(tǒng)GPS應用二、全球定位系統(tǒng)與定位導航GPS應用軍事:導彈的飛行、飛機的導航、精確打擊的實現測繪：有哪些優(yōu)勢？有哪些具體應用領域？交通：關鍵是導航救援：關鍵是定位農業(yè)：什么是精準農業(yè)耕作？其優(yōu)勢在哪里？娛樂旅游1、GPS它能用于繪制森林地圖，幫助農民收獲莊稼，地面和空中導航，軍事應用，緊急救援。GPS在很多我們沒有意識到的地方工作。2、GPS的應用包含采礦，航空，測量，農業(yè)，海事和軍事行動。如今醫(yī)生，科學家，農民，戰(zhàn)士，飛行員，測量員，長途步行者，緊急救援小組，投遞司機，水手，垂釣者，送貨員，電腦程序員，伐木工，消防人員和其它行動的人們，使用GPS使他們的工作變得更有效，更安全和更容易。信息接收信息發(fā)射應用領域通過車載GPS可以在屏幕上及時查看車輛所在的經緯度、運行軌跡、速度、行進方向車載電臺把定位信息發(fā)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)控車載GPS的功用p100使裝有GPS的出租車配備合理，能最大程度的滿足乘客的要求，從而減少了空載率，降低能源消耗，節(jié)省運行成本，并使行車、乘車安全系數大大提高等功能。應用類型應用領域應用作用向用戶提供船舶的位置、航速、航向、時間信息、海圖、海跡顯示避免船只沖撞，確保航行安全現在很難想象那艘船舶不裝備GPS導航系統(tǒng)和設備

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、搜尋和救援航空應用p100空域航路、著陸、機場監(jiān)視和管理實現空域劃分、空中交通流量管理、飛行路徑管理航海應用P100

軍事領域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。

陳邦柱介紹說，這次珠峰測量的技術方案，既有和1975年相同的，也有當代測繪發(fā)展的高新技術。與1975年相同的是傳統(tǒng)的三角高程測量，新的進展是采用了光電測距、當代最先進的連續(xù)GPS觀測，另外還采用了冰雪探測雷達，對峰頂的冰雪進行了精確的測量?！拔覀儗χ榉宸屙斀?0平方米的范圍進行了掃描，獲得了我們肉眼看不見的珠峰峰頂的雪層、冰層、混合層一直到巖石面的準確數據。”

陳邦柱和中國科學院院士、1975年珠峰高程測定的設計者和組織者陳俊勇都不同意這種說法。陳俊勇解釋說，峰頂冰雪深度的測量更加精確、珠峰地區(qū)大地水準面計算結果更加完善、全球氣候變暖導致峰頂冰雪厚度變薄，是珠峰變“矮”的三個主要原因。這次測量其實是第一次準確得到峰頂巖石面的高程?！?975年測量雪深時，是登山隊員拿一個鋼釬戳，戳不動了，就認為是戳到巖石面了，其實并未到達真正巖面。當時測量出的雪深0.92米與這次的3.50米相差約2.7米。另外，這次測量的重點差大地水準基準面也升高了0.7米，還剩下0.3至0.4米差距可能是誤差的問題?！?/p>

10月9日國家測繪局局長陳邦柱宣布：珠穆朗瑪峰峰頂巖石面海拔高程為8844.43米，參數為：珠穆朗瑪峰峰頂巖石面高程測量精度±0.21米；峰頂冰雪深度3.50米。測繪(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．據介紹：日本90％的機動車都安裝有GPS接收機。交通GPS應用領域主要功能在林業(yè)管理方面的應用GPS技術在確定林區(qū)面積，估算木材量，計算可采伐木材面積，確定原始森林、道路位置，對森林火災周邊測量，尋找水源和測定地區(qū)邊界方面可以發(fā)揮獨特的重要作用在合理施肥，精確農業(yè)管理方面的應用依據農田土壤養(yǎng)分含量分布圖，設置有GPS接收機的“受控應用”的噴施器，在GPS的控制下，依據土壤養(yǎng)分含量分布圖，能夠精確地給田地各點施肥。(1)可以監(jiān)測作物產量(計算機\產量監(jiān)視器\GPS接收機)(2)幫助合理施肥(3)應用于土壤養(yǎng)分的分布調查(GPS接收機把樣品的位置)在精確定時方面的應用每顆GPS衛(wèi)星上都有精密的原子鐘，所以GPS接受器可以接收到精確的時間信息在農業(yè)方面GPS也有用武之地．以往飛機向農田噴灑農藥，用人在地面搖動紅旗做方位指示，經常由于不夠準確造成噴灑效率低，而有GPS定位儀后，合理分布航線,飛機可以按事先設計好的經緯度，利用定位儀確認坐標后噴灑，大大提高了噴灑效率,大大節(jié)省飛機作業(yè)的費用,噴殺化肥農藥時,減少重疊,避免浪費,避免過多的用量影響農作物生長.(1)熱愛旅游的人們已經將更多的目興投向人跡罕至的地區(qū)——高山、峽谷、沙漠、戈壁等——在地廣人稀沒有任何參照物可用以辨別方向的情況下，極易迷失方向,危險無時無刻不存在,手持GPS接收機沿著機中記錄的安全軌跡小心行進，從而可以安全返航。如果旅游者配上GPS接收機，根據地圖標示的經緯度就可以保障安全．GPS能提供誤差不足30m的經緯度，受難者可以用它提供給救援人員自己所在地的坐標，從而為挽救自己和他人的生命爭取寶貴的時間．娛樂、旅游(2)利用GPS，旅游者可以在陌生的城市里迅速找到自己所在的位置，確定的前往目的地的最優(yōu)行進方式和路線。

余純順在羅布泊探險遇難時離最近的補給站僅幾百米。風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。如果當時他有一臺中文顯示GPS接收機，這種慘劇又何以發(fā)生？。

目前，許多休閑俱樂部圍繞GPS功能相繼推出"穿越"、"尋寶"、"野外拓展"等都市游戲，豐富了人們的周末生活，提高了人們的生活品位，深得戶外運動愛好者的歡迎娛樂旅游思考：（1）相鄰兩個GPS星座衛(wèi)星軌道平面之間的夾角是多少度？（2）每個衛(wèi)星軌道上各有幾顆衛(wèi)星？它們兩者之間相隔多少度？60度4顆，90度（3）利用GPS定位時，地面上任何一點，在任一時刻，地面上空至少要有幾顆衛(wèi)星？

A、1顆B、2顆