全球定位系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)李芳寧

全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用當(dāng)你旅游或野外考察時(shí)，通常用哪些方法來辨別方向或確定你所在的位置？這些方法有什么不足？現(xiàn)在有沒有更簡單的方法？思考？思考？

1.在一個(gè)平面直角坐標(biāo)系上，確定點(diǎn)的位置，需要知道幾個(gè)值？

2.在一個(gè)空間三維坐標(biāo)系上，確定點(diǎn)的位置，需要知道幾個(gè)值？

3.要精確知道一個(gè)人在地球上的位置，必須知道幾個(gè)值？至少需要幾顆衛(wèi)星？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(gè)城市嗎？”

飛行員回答：“不知道?！薄澳悄阍趺慈マZ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)沒哈兩樣。”

這個(gè)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(duì)戰(zhàn)爭，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)。學(xué)習(xí)要求基本要求1．了解全球定位系統(tǒng)（GPS）的概念、基本組成和工作過程。2．收集信息，運(yùn)用實(shí)例，說明GPS的主要應(yīng)用3．從我國在GPS領(lǐng)域的發(fā)展，感悟我國在空間科學(xué)技術(shù)所取得的成就。發(fā)展要求從定位導(dǎo)航歷史發(fā)展，領(lǐng)略科技進(jìn)步對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的推動(dòng)作用。全球定位系統(tǒng)是美國從本世紀(jì)70年代開始研制，歷時(shí)20年，耗資300億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)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)。目前的全球覆蓋率為98%。在美國,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”它能夠?qū)崟r(shí)測量“四度”：經(jīng)度、緯度、高度、速度。

20世紀(jì)80年代，蘇聯(lián)也建立了自己的衛(wèi)星定位導(dǎo)航。目前，歐洲也在建立自己的衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，稱為“伽利略計(jì)劃”。而我國也成功地研制了“北斗導(dǎo)航系統(tǒng)”，并投入運(yùn)營，這標(biāo)志著中國在這一領(lǐng)域也已經(jīng)處于世界先進(jìn)水平。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)示意圖“北斗”衛(wèi)星的戰(zhàn)略運(yùn)用一、全球定位系統(tǒng)(GPS)Globalpositioningsystem

1.概念：具有海陸空進(jìn)行全方位、實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位功能的新一帶衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。@通俗地說：利用衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)適時(shí)進(jìn)行導(dǎo)航、定位的系統(tǒng)`

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(gè)主控站、3個(gè)注入站、5個(gè)監(jiān)控站）（3）用戶系統(tǒng)（接受設(shè)備）GPS組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(gè)軌道平面內(nèi)地面由分布在全球的5個(gè)地面站組成（5個(gè)監(jiān)控站、1個(gè)主控站和3個(gè)注入站）用戶導(dǎo)航接收機(jī)、測地型接收機(jī)、授時(shí)接收機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算出三維坐標(biāo)\速度以及時(shí)間GPS衛(wèi)星星座地面監(jiān)控系統(tǒng)GPS信號(hào)接收機(jī)返回（1）空間星座部分由均勻分布在6個(gè)軌道平面上的24顆高軌道工作衛(wèi)星構(gòu)成，各軌道平面相對(duì)于赤道平面的傾角為55o，相鄰兩軌道平面的夾角60o。在每一軌道平面內(nèi)，兩顆衛(wèi)星夾角為90o，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30o。事實(shí)上，空間衛(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)量要超過24顆，以便及時(shí)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(diǎn)向使用者提供4顆以上可視衛(wèi)星。

gps工作衛(wèi)星組網(wǎng)保障全球任一時(shí)刻、任一地點(diǎn)都可對(duì)4顆以上的衛(wèi)星進(jìn)行觀測（最多可達(dá)11顆），實(shí)現(xiàn)連續(xù)、實(shí)時(shí)地導(dǎo)航和定位。（2）地面監(jiān)控系統(tǒng)由均勻分布的5個(gè)監(jiān)控站、一個(gè)主控站和三個(gè)注入站構(gòu)成。該系統(tǒng)的功能是：對(duì)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)航數(shù)據(jù)。主控站

主控站接收各監(jiān)控站的gps衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、各監(jiān)控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)，完成以下幾項(xiàng)工作：

·及時(shí)編算每顆衛(wèi)星的導(dǎo)航電文并傳送給注入站。

·控制和協(xié)調(diào)監(jiān)控站間、注入站間的工作，檢驗(yàn)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(diào)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(shù)據(jù)，并將觀測數(shù)據(jù)傳送給主控站。5個(gè)監(jiān)控站均為無人守值的數(shù)據(jù)采集中心。注入站

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。（3）接收機(jī)4.接收機(jī)信號(hào)的解讀

表示接收機(jī)所在的經(jīng)緯度位置

數(shù)字表示被接收信號(hào)的衛(wèi)星編號(hào)，黑色柱長短表示信號(hào)的強(qiáng)弱。

衛(wèi)星分布圖描繪了在你處位置（圓心）仰望天空能搜索到的衛(wèi)星，大圓表示地平線，小圓為抬以45°角仰望天空的范圍，越靠近中心，衛(wèi)星信號(hào)越強(qiáng)。②地面監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)控。

GPS衛(wèi)星的工作過程：①向GPS衛(wèi)星發(fā)送導(dǎo)航定位信號(hào)③用戶系統(tǒng)接受GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)后進(jìn)行導(dǎo)航、定位。

GPS系統(tǒng)采用“時(shí)間同步、單程測距”的原理來實(shí)現(xiàn)定位。簡單地說就是用戶同時(shí)向已知其位置的3個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星分別進(jìn)行距離測量，然后再以該衛(wèi)星為球心，以所測得的距離為半徑，在空間畫出3個(gè)球面，則該3個(gè)球面的相交點(diǎn)，就是用戶的所在位置了。1.衛(wèi)星定位的基本原理GPS定位示意圖3.全球定位系統(tǒng)的作用和特點(diǎn)：

特點(diǎn)：（1）全天候，不受天氣影響；（2）全球覆蓋；（3）三維定速定時(shí)高精度；（4）快速省時(shí)高效率；（5）應(yīng)用廣泛、多功能。作用：可以快速精確地確定地面某點(diǎn)的位置（經(jīng)度、緯度）和高程，甚至速度、距離和航向等。思考：（1）相鄰兩個(gè)GPS星座衛(wèi)星軌道平面之間的夾角是多少度？（2）每個(gè)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(shí)，地面上任何一點(diǎn)，在任一時(shí)刻，地面上空至少要有幾顆衛(wèi)星？

A、1顆B、2顆C、3顆D、4顆（4）無論是在飛機(jī)或汽車上，還是在野外旅行考察，只要擁有手機(jī)大小的GPS信號(hào)接受機(jī)，你就能隨時(shí)知道自己所在地的：

A、季節(jié)B、天氣C、地理坐標(biāo)D、氣候c[C]（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)BGPS應(yīng)用舉例思考與討論：車載GPS有哪些用途？

1.車輛跟蹤利用GPS和電子地圖可以實(shí)時(shí)顯示出車輛的實(shí)際位置，并任意放大、縮小、還原、換圖；可以隨目標(biāo)移動(dòng)，使目標(biāo)始終保持在屏幕上；還可實(shí)現(xiàn)多窗口、多車輛、多屏幕同時(shí)跟蹤，利用該功能可對(duì)重要車輛和貨物進(jìn)行跟蹤運(yùn)輸。

(1)當(dāng)奔馳的車輛行駛在車流熙攘的高速公路上時(shí)，司機(jī)啟動(dòng)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，就可悠然自得地讀書看報(bào)。車輛能自動(dòng)與前車保持距離，自動(dòng)剎車或超車，自動(dòng)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(bào)的情況下，它能自動(dòng)選擇一條能避免堵塞的道路前進(jìn)。到達(dá)目的地后它會(huì)自動(dòng)報(bào)告：“您已到達(dá)?！边@些聽起來猶如神話，其實(shí)它都依賴于來自太空的信號(hào)。這種高度精確的太空信號(hào)就是由比GPS更先進(jìn)的歐洲“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的。(2)汽車安裝上GPS接收機(jī)，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(bào)警時(shí)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(jī)動(dòng)車都安裝有GPS接收機(jī)。(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(nèi)到達(dá).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(duì)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(shí)現(xiàn)GPS見空.觀看視頻2.軍事方面美國地面部隊(duì)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(xiàng)軍事任務(wù)；現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，從幾千公里外發(fā)射的導(dǎo)彈能準(zhǔn)確地命中目標(biāo)，也是靠的GPS技術(shù)．我們1999年南聯(lián)盟使館被炸，那5枚精確制導(dǎo)炸彈，全部是GPS精確制導(dǎo)的炸彈，那5枚導(dǎo)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(yùn)用獲得的效能。導(dǎo)彈的飛行、飛機(jī)的導(dǎo)航、精確打擊的實(shí)現(xiàn)，無不依賴于GPS，所以，當(dāng)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(dǎo)彈先后攻擊同一目標(biāo)，后一枚導(dǎo)彈通過前一導(dǎo)彈炸開的洞鉆入目標(biāo)內(nèi)部進(jìn)行攻擊是不可能的）。由于它的精確度目前已達(dá)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)爭中廣泛運(yùn)用，并發(fā)揮了巨大威力。為了提高精確度，美國國防部在實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候，又增加4顆衛(wèi)星，使得衛(wèi)星總數(shù)達(dá)到28顆，精確度也相應(yīng)地提高到了7米。再加上美軍使用的是能更好彌補(bǔ)大氣偏差的加密接收機(jī)，它們可以得到更精確的實(shí)時(shí)精度。據(jù)國外媒體早先報(bào)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(dá)到5米。足見其軍用系統(tǒng)定位精度之高。3.營救范例

GPS系統(tǒng)在營救F-117A隱形戰(zhàn)斗機(jī)飛行員之前，曾成功地營救過美國F-16戰(zhàn)斗機(jī)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(lǐng)導(dǎo)人阿拉法特的座機(jī)在飛行途中不幸遇上沙暴，飛機(jī)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(shí)之后，才在茫茫沙漠中找到了迫降飛機(jī)的準(zhǔn)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(dǎo)航星”全球定位系統(tǒng)，即GPS．由于它全球定位及時(shí)準(zhǔn)確，被稱為“當(dāng)代觀音.印度洋地震引發(fā)的海嘯所帶來的災(zāi)難讓世人震驚。這場災(zāi)難中也發(fā)生了一些幸運(yùn)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(jī)幫助救援人員發(fā)現(xiàn)了他們的地點(diǎn)。海嘯救援中心負(fù)責(zé)人表示，海嘯發(fā)生以后，當(dāng)?shù)氐乃须娫捁炯尤氲綘I救行動(dòng)中，他們通過跟蹤手機(jī)信號(hào)發(fā)現(xiàn)手機(jī)用戶的地點(diǎn)。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35名員工也依靠國際漫游手機(jī)，最后成功獲救。

2.最早為美國軍方使用的全球定位系統(tǒng)，如今也擔(dān)負(fù)起了保障日本兒童安全的責(zé)任。孩子們背上裝有全球定位系統(tǒng)的書包，就可以隨時(shí)隨地處于被追蹤的狀態(tài)，即使不幸遭綁架，也便于警方營救。

這項(xiàng)技術(shù)還是兒童的樂趣。日本玩具制造商將報(bào)警器制成了“寵物小精靈”的動(dòng)漫形象。當(dāng)兒童感覺到危險(xiǎn)時(shí)，只要把綁在書包上的寵物小精靈的腦袋揪下來，報(bào)警器就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲。

在橫濱，一所學(xué)校的150名學(xué)生自愿參加了一套系統(tǒng)的測試：將一個(gè)像火柴盒般大小的“護(hù)身符”掛在身上。這種“護(hù)身符”中植有微芯片，其發(fā)出的無線電波通過天線給學(xué)生家長發(fā)送電子郵件，以確認(rèn)學(xué)生是否安全。“護(hù)身符”上還有一個(gè)報(bào)警按鈕，學(xué)生摁動(dòng)后，“護(hù)身符”會(huì)向家人發(fā)送一系列信息，包括學(xué)生的姓名和所在位置。GPS在測南極冰蓋最高點(diǎn)中的應(yīng)用4·測量方面5.其它方面用GPS導(dǎo)航的戰(zhàn)斗機(jī)汽車什么時(shí)候才會(huì)來？有了GPS就搞掂了??！GPS應(yīng)用領(lǐng)域主要功能在林業(yè)管理方面的應(yīng)用GPS技術(shù)在確定林區(qū)面積，估算木材量，計(jì)算可采伐木材面積，確定原始森林、道路位置，對(duì)森林火災(zāi)周邊測量，尋找水源和測定地區(qū)邊界方面可以發(fā)揮獨(dú)特的重要作用在合理施肥，精確農(nóng)業(yè)管理方面的應(yīng)用依據(jù)農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量分布圖，設(shè)置有GPS接收機(jī)的“受控應(yīng)用”的噴施器，在GPS的控制下，依據(jù)土壤養(yǎng)分含量分布圖，能夠精確地給田地各點(diǎn)施肥。(1)可以監(jiān)測作物產(chǎn)量(計(jì)算機(jī)\產(chǎn)量監(jiān)視器\GPS接收機(jī))(2)幫助合理施肥(3)應(yīng)用于土壤養(yǎng)分的分布調(diào)查(GPS接收機(jī)把樣品的位置)在精確定時(shí)方面的應(yīng)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(shí)間信息在農(nóng)業(yè)方面GPS也有用武之地．以往飛機(jī)向農(nóng)田噴灑農(nóng)藥，用人在地面搖動(dòng)紅旗做方位指示，經(jīng)常由于不夠準(zhǔn)確造成噴灑效率低，而有GPS定位儀后，合理分