第三节全球定位系统及其应用

本节目录一、全球定位系统三、全球定位系统组成四、全球定位系统应用二、GPS定位原理一、全球定位系统

在伊拉克战争中，曾经有记者问一位飞行员：“你知道去轰炸哪个城市吗？”

飞行员回答：“不知道。”“那你怎么去轰炸呢？”“容易，上级给我一个坐标，我按计算机的指引，投下采用GPS导航的炸弹掉头就走，跟我玩游戏机没哈两样。”

这个例子是现代战争中引用GPS系统的典型案例。我们反对战争，但要想能更好的维护世界和平，我们也需要了解GPS——全球定位系统这种现代地理信息技术。全球定位系统及其应用//全球定位系统基本概念全球定位系统：（GlobalPositioningSystem简称GPS

）是具有在海、陆、空进行全方位、实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。知识点导航通俗地说：利用卫星，在全球范围内适时进行导航、定位的系统2．卫星定位系统最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统(TRANSIT)，1958年研制．1964年正式投入使用。由于该系统卫星数目较少(5～6颗)，运行高度较低(平均1000km)，从地面站观测到卫星的时间间隔较长(平均1．5h)，因而它无法提供连续的实时三维导航，而且精度较低。为满足军事部门和民用部门对连续实时和三维导航的迫切要求，1973年美国国防部制定了GPS计划。3．GPS发展历程

GPS实施计划共分三个阶段：

第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。

第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星。研制了各种用途的接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即(21+3)GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。

在美国,GPS全球卫星定位技术与“阿波罗”飞船登月,航天飞机升空,共同给列为20世纪“三大航天工程”.二、GPS定位原理问题探讨:

按照理论,我们知道要保证地面各点能接收到信息只要3颗卫星就可以了,为什么我们要用4颗卫星呢?

当GPS收到3颗卫星的信号，它只能计算出2维坐标：经度和纬度，这时它可能还会显示高度数据，但这数据是无效的。当GPS能够收到4颗及以上卫星的信号时，它能计算出本地的3维坐标：经度、纬度、高度。[跨越障碍]

全球定位系统的特点是什么(1)全球，全天候工作。

(2)能为用户提供连续、实时的三维位置、三维速度和精密时间，不受天气的影响。

(3)定位精度高：单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。

(4)功能多，应用广：随着人们对GPS认识的加深，GPS不仅在测量、导航、测速、测时等方面取得更广泛的应用．而且其应用领域不断扩大。三、全球定位系统组成全球定位系统及其应用//全球定位系统组成空间部分

24颗卫星星座用户设备地面控制1个主控站3个注入站5个监控站目录面板开关全球定位系统GPS测量原理GPS的组成GPS应用知识点导航监测站—获取GPS数据,并将数据送至主控站。主控站--控制、调度卫星。注入站—

将主控站的改正参数等注入每颗卫星。空间部分各轨道平面相对于赤道平面的倾角为55º，轨道平面间距60º。在每一轨道平面内，各卫星升交角距差90º

为了减少误差，一般要求4颗卫星，用于定位的4颗卫星称为定位星座。返回用户设备类型应用用于运动载体的导航，分为车载型、航海型、航空型和星载型能够实时给出载体的位置和速度，价格便宜，应用广泛测地接收机定位精度高，仪器结构复杂，价格较贵授时接收机用于天文台及无线电通讯利用GPS卫星提供的高精度时间进行授时用于精密大地测量和精密工程测量导航接收机返回全球定位系统及其应用//全球定位系统组成车载GPS接收器目录面板开关全球定位系统GPS测量原理GPS的组成GPS应用知识点导航四、全球定位系统应用它能够实时测量“四度”：经度、纬度、高度、速度GPS功能1、定位:2、导航:我现在在哪里？我要去哪里？如何去？3.跟踪。跟踪-监视人或物体的运动。4.绘图。用于绘制世界地图。5.定时。提供精确的时间。

C:[定位]键，显示〈标定位置画面〉如图1-4所示，经纬度为N32°03.232′，E118°45.923′海拔高度17米等信息图1-4【阅读指导】

车载GPS的功用信息接收信息发射应用领域通过车载GPS,可以在显示屏上及时查看车辆所在的经纬度、运行轨迹、速度、行进方向等车载电台把定位信息发送给监控中心，在电子地图上显示出来，可对车辆进行调度指挥城市公共汽车调度管理，旅游区车辆报警与调度，海关、公安、海防等部门对车辆的调度与监控【阅读指导】

GPS在航海、航空导航中的应用应用类型应用领域应用作用航海应用航空应用向用户提供船舶位置、航速、航向信息、海图、海迹显示避免船只冲撞，确保航行安全把自己的位置和航向发送到航海管理中心便于中心的跟踪、搜寻和救援空域航路、着陆、机场监视和管理实现空域划分、空中交通流量管理、飞行路径管理美国地面部队在人生地不熟的沙漠里，正是靠GPS的指向，才顺利完成了各项军事任务；现代战争中，从几千公里外发射的导弹能准确地命中目标，也是靠的GPS技术．我们1999年南联盟使馆被炸，那5枚精确制导炸弹，全部是GPS精确制导的炸弹，那5枚导弹均匀地分布在我们的大使馆楼顶的扇面上，这是GPS在军事上运用获得的效能。导弹的飞行、飞机的导航、精确打击的实现，无不依赖于GPS，所以，当前的美伊战争，GPS也成了双方争斗的重要一环.如果没有这一系统，海湾战争中美国的两枚导弹先后攻击同一目标，后一枚导弹通过前一导弹炸开的洞钻入目标内部进行攻击是不可能的）。由于它的精确度目前已达到10米内，该系统曾被美军在海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争中广泛运用，并发挥了巨大威力。为了提高精确度，美国国防部在实际运行的时候，又增加4颗卫星，使得卫星总数达到28颗，精确度也相应地提高到了7米。再加上美军使用的是能更好弥补大气偏差的加密接收机，它们可以得到更精确的实时精度。据国外媒体早先报道，即使是美国的民用手持GPS接收器在水平面上的定位精度都可以达到5米。足见其军用系统定位精度之高。在现代高科技战争条件下，全球定位系统（GPS）扮演着重要角色，导弹的飞行、飞机的导航、精确打击的实现，无不依赖于GPS，所以，当前的美伊战争，GPS也成了双方争斗的重要一环。GPS是美国开发的一种利用环绕地球的24颗卫星准确计算全球任意点位置的庞大卫星网络定位系统。在战争中，只有实现了精确的定位，才有可能实现精确打击（如果没有这一系统，海湾战争中美国的两枚导弹先后攻击同一目标，后一枚导弹通过前一导弹炸开的洞钻入目标内部进行攻击是不可能的）。由于它的精确度目前已达到10米内，该系统曾被美军在海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争中广泛运用，并发挥了巨大威力。为了提高精确度，美国国防部在实际运行的时候，又增加4颗卫星，使得卫星总数达到28颗，精确度也相应地提高到了7米。再加上美军使用的是能更好弥补大气偏差的加密接收机，它们可以得到更精确的实时精度。据国外媒体早先报道，即使是美国的民用手持GPS接收器在水平面上的定位精度都可以达到5米。足见其军用系统定位精度之高。他们在这方面并不甘落后，比如欧洲和俄罗斯，他们同样拥有先进的卫星技术，具有向GPS发起挑战的优势。于是，俄罗斯推出了自己的Glonass系统，现在已经完成部署，并开始投入运营。欧盟更是雄心勃勃，他们计划推出目前规模最大的卫星导航定位系统--伽利略系统，这个系统的卫星数量高达30颗，总投资预计为33亿欧元，正准备付诸实施。欧洲与俄罗斯在卫星导航定位系统上的大动作，将打破美国GPS一统天下的局面，给美国造成了巨大的压力。3．GPS系统的营救范例

GPS系统在营救F-117A隐形战斗机飞行员之前，曾成功地营救过美国F-16战斗机的飞行员，1993年4月还曾营救过阿拉法特．

1993年4月，巴勒斯坦解放组织领导人阿拉法特的座机在飞行途中不幸遇上沙暴，飞机被迫降落在撒哈拉大沙漠里．与阿拉法特失去联系的巴勒斯坦解放组织总部使尽浑身解数寻找未果，最后只好借助美国的侦察卫星．十几小时之后，才在茫茫沙漠中找到了迫降飞机的准确位置，使阿拉法特获救．美国使用的这种卫星救援系统正是屡见奇功的“导航星”全球定位系统，即GPS．由于它全球定位及时准确，被称为“当代观音.印度洋地震引发的海啸所带来的灾难让世人震惊。这场灾难中也发生了一些幸运的事情：36名英国游客被困在斯里兰卡南部海滨的希克杜沃海滩，其中一名游客的手机帮助救援人员发现了他们的地点。海啸救援中心负责人表示，海啸发生以后，当地的所有电话公司加入到营救行动中，他们通过跟踪手机信号发现手机用户的地点。这是斯里兰卡首次在救援中利用高技术手段并获得成功。此外，摩根士丹利公司香港总部的35名员工也依靠国际漫游手机，最后成功获救。

(1)当奔驰的车辆行驶在车流熙攘的高速公路上时，司机启动自动驾驶系统，就可悠然自得地读书看报。车辆能自动与前车保持距离，自动刹车或超车，自动驾驶系统能够精确到厘米。在不打搅车内乘客读书看报的情况下，它能自动选择一条能避免堵塞的道路前进。到达目的地后它会自动报告：“您已到达。”这些听起来犹如神话，其实它都依赖于来自太空的信号。这种高度精确的太空信号就是由比GPS更先进的欧洲“伽利略”卫星导航系统提供的。(2)汽车安装上GPS接收机，不仅能利用电子地图知道自己的方位和其他街区的车辆行驶状况，从而绕开堵车地区，选择最便利的路线行驶，还能在遇到劫匪报警时向警方提供自己精确的所在位置，使警方尽快赶+到．据介绍：日本90％的机动车都安装有GPS接收机。(3)GPS电子站牌现身上海街头:下一辆车离本站还有1.2千米,越3分钟内到达.上海的许多出租车上装备了GPS系统.公司可以根据GPS对出租车定位,并提供无线电联系以及电子地图到2007年,上海1.8万公交车全部实现GPS监控2）军用领域GPS是自动化指挥系统、先进武器系统及新的战役战术理论的一项关键性基本保障技术，能为地面车辆、人员以及航空、航海、航天等领域的飞机、船只、潜艇、卫星、航天飞机进行导航定位；武器发射、侦察、飞机进场着陆、交通管制、搜索营救，战场部队、车辆以及单兵定位；精确制导导弹打击目标坐标定位及弹道导引。陆地应用：主要包括车辆导航、景点导游、应急反应、高精度时频对比、大气物理观测、地球物理资源戡探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等；

海洋应用：远洋船只航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋控宝、水文地质测量以及海洋井平台定位、海平面升降监测等；

航空航天应用：飞机导航、、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹控制、航空救援和载人航天器防护探测等。

它能用于绘制森林地图，帮助农民收获庄稼，地面和空中导航，军