全球定位系統(tǒng)及其應用ppt課件

普通高中課程標準實驗教科書地理必修第3冊,全球定位系統(tǒng)及其應用,沅陵一中高二地理備課組,1,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?！?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(shù)。,2,一、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)。,3,閱讀指導GPS的起源,在衛(wèi)星定位系統(tǒng)出現(xiàn)之前，遠程導航與定位主要用無線電導航系統(tǒng)。1無線電導航系統(tǒng)缺點：覆蓋的工作區(qū)域小；電波傳播受大氣影響；定位精度不高。,4,2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(56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15h)，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。,5,3GPS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(shè)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(shè)計標準。,6,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(shè)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(shù)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”.,7,思考？,經(jīng)度,緯度,海拔,8,二、定位原理：顆衛(wèi)星定位一點,1,2,3,4,S1,S3,S4,S2,（X、Y、Z、T）,3,9,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。,10,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(lǐng)域不斷擴大。,11,三、系統(tǒng)組成,12,用戶設(shè)備,空間部分,24顆衛(wèi)星,三、系統(tǒng)組成,13,(1)GPS衛(wèi)星星座,由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成。GPS衛(wèi)星星座記作(2l+3)GPS星座。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內(nèi)，軌道傾角為55度，各個軌道平面之間的夾角為60度，即軌道的升交點赤經(jīng)各相差60度。每個軌道平面內(nèi),各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差90度。一軌道平面上的衛(wèi)星比兩邊相鄰軌道平面上的相應衛(wèi)星超前30度。,14,15,(2)地面監(jiān)控系統(tǒng),對于導航定位來說GPS衛(wèi)星是一動態(tài)已知點。星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷描述衛(wèi)星運動及其軌道的參數(shù)算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。,16,衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常工作以及衛(wèi)星是否一直沿著預定軌道運行，都要由地面設(shè)備進行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標準GPS時間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測各顆衛(wèi)星的時間求出鐘差。然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導航電文發(fā)給用戶設(shè)備。GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括:,地面監(jiān)控系統(tǒng)（1）主控站（2）監(jiān)測站（3）注入站,17,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(diào)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。,18,19,主控站位于美國科羅拉多的斯平士（ColoradoSprings）的聯(lián)合空間執(zhí)行中心（CSOC），三個注入站分別設(shè)在大西洋、印度洋和太平洋的三個美國軍事基地上，即大西洋的阿松森島（Ascension）、印度洋的迭哥伽西亞(島DiegoGarcia)和太平洋的夸賈林島Kwajalein),五個監(jiān)測站設(shè)在主控站和三個注入站以及夏威夷島。,20,21,(3)GPS信號接收機,GPS信號接收機的任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導航電文，實時地計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。,22,GPS衛(wèi)星發(fā)送的導航定位信號，是一種可供無數(shù)用戶共享的信息資源。對于陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要用戶擁有能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的接收設(shè)備即GPS信號接收機。可以在任何時候用GPS信號進行導航定位測量。根據(jù)使用目的的不同，用戶要求的GPS信號接收機也各有差異。目前世界上已有幾十家工廠生產(chǎn)GPS接收機，產(chǎn)品也有幾百種。這些產(chǎn)品可以按照原理、用途、功能等來分類。,23,導航型接收機,24,測地型接收機,天線單元,接收單元,25,授時接收機,26,27,全球定位系統(tǒng)的組成,空間,由2l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(nèi),地面,由分布在全球的5個地面站(包括5個監(jiān)控站、1個主控站和3個注入站，主控站和注入站都位于監(jiān)控站里)組成,用戶,導航型接收機、測地型接收機、授時接收機,28,請思考：讀右圖，相鄰兩個GPS星座衛(wèi)星軌道平面之間的夾角是多少度?()每個衛(wèi)星軌道上各有幾顆衛(wèi)星?它們兩兩相隔多少度?(),60,4顆；,90,29,二、GPS的應用領(lǐng)域,1、GPS在軍事上的應用,3、GPS在交通上的應用,4、GPS在旅游探險中的應用,2、民用GPS,30,1、GPS在軍事上的應用,軍事是GPS技術(shù)最早的應用領(lǐng)域,主要是為各種軍事活動提供定位導航.在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，不僅陸、海、空三軍，而且許多高科技武器彈藥等，也都開始采用GPS技術(shù)進行定位導航。目前精確制導武器復合制導的重要技術(shù)手段。裝備GPS制導系統(tǒng)之前,美軍BGM-10C“戰(zhàn)斧”巡航導彈誤差約為9米；在其“慣性和地形匹配”制導系統(tǒng)中加入GPS后，誤差降至3米，制導精度大大提高。,31,2、民用GPS主要用于交通車輛導航管理、航空器定位及導航，以及大地測量野外勘測、緊急求援、旅游探險、農(nóng)業(yè)監(jiān)測、生態(tài)研究等方面。,3、GPS在交通上的應用,32,33,34,35,當你外出旅游或者野外探險的時候，為了不迷失方向，請問你通常用哪些方法來辨別方向或確定你所在的位置？,36,4、戶外旅游探險：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，在茫茫荒漠中又渴又餓的他終于倒下了。如果當時他有一臺GPS接收機，慘劇又何以發(fā)生？,在地廣人稀沒有任何參照物可用以辨別方向的情況下，危險無時無刻不在,手持GPS接收機沿著機中記錄的安全軌跡小心行進，可安全返航。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，豐富了人們周末生活，提高了人們生活品位，深得戶外運動愛好者的歡迎。,37,圖1-1,38,39,C:定位鍵，顯示標定位置畫面如圖1-4所示，經(jīng)緯度為N3203.232，E11845.923海拔高度17米等信息,圖1-4,40,一般而言：GPS接受機的功能包括以下幾方面：（1）、顯示坐標（2）、設(shè)定路標（亦稱“航點”）（3）、生成行進路線（GPS根據(jù)用戶設(shè)定的起點與終點所生成的線路，各坐標點可以從現(xiàn)有路標中選擇，或手工輸入數(shù)值，輸入的路點都會作為一個路標保存)。（4）、方向指標（GPS可以動態(tài)地指示目前前進的方向，其方向是以“”來顯示的，正北方向為“0按順時針方向增加角度)。,41,GPS讓物流運輸過程透明化,42,大壩變形監(jiān)測,43,前景暢想,44,【閱讀指導】車載GPS的功用,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(diào)度指揮,城市公共汽車調(diào)度管理，旅游區(qū)車輛報警與調(diào)度，海關(guān)、公安、海防等部門對車輛的調(diào)度與監(jiān)控,45,【閱讀指導】GPS在航海、航空導航中的應用,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,46,例1下列關(guān)于全球定位系統(tǒng)的敘述。不正確的是(),AGPS是利用衛(wèi)星進行導航、定位的系統(tǒng)BGPS包括兩大部分，即空間部分和地面控制部分CGPS衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成D野外旅行，只要擁有GPS信號接收機，可隨時知道自己所處的經(jīng)緯度,B,解析：全球定位系統(tǒng)包括三大部分。即空間星座、地面控制系統(tǒng)和用戶系統(tǒng)。,47,例21999年3月27日，北約部隊一架F一117A隱形戰(zhàn)斗機被南聯(lián)盟防空部隊擊落。飛行員跳傘后在腳觸地的一剎那，通過手持型信號發(fā)射器發(fā)出緊急呼救信號，當間諜衛(wèi)星把呼救信號傳送到北約空襲南聯(lián)盟指揮所后，美軍立即安排了救援行動。6小時后，當一架EA一6B電子干擾機發(fā)現(xiàn)飛行員的準確位置時，一架MH一6oG搜索與救援直升機降落在飛行員面前，把飛行員接上直升機并安全返回基地。據(jù)此回答（l）一（2）題。,48,（1）飛行員發(fā)出的呼救信號是（）,A,GIS系統(tǒng)信號B.GPS系統(tǒng)信號C.RS系統(tǒng)信號D以上都不對,B,49,（2）北約轟炸的科索沃，其氣候?qū)儆冢ǎ?A溫帶海洋性氣候B溫帶季風氣候C地中海氣候D熱帶沙漠氣候,C,50,解析：（1）全球定位系統(tǒng)具有定位功能手持型GPS接收機不需要地面輔助設(shè)備，只要能接收到衛(wèi)星信號，就能快速定位，不受天氣、行政區(qū)域的限制。（2）科索沃位于巴爾干半島，屬于地中海氣候。,51,例3在伊拉克戰(zhàn)爭中，伊拉克點燃巴格達周圍的戰(zhàn)壕石油阻礙美軍進攻，但美軍事專家指出，煙霧對于美軍的衛(wèi)星制導導彈沒有影響，請問美軍的衛(wèi)星制導導彈采用的技術(shù)是（）AGIS系統(tǒng)B.RS技術(shù)C.GPS技術(shù)D.lT技術(shù),C,解析：美軍使用的導彈采用全球定位系統(tǒng)枝術(shù)，實行定位轟炸，煙霧不會產(chǎn)生形響。,52,全球定位系統(tǒng)及其應用/全球定位系統(tǒng),1、在沙漠中迷路時，可用哪種方式獲知自己所處的具體位置信息（）A.指南針B.GPS設(shè)備C.遙感圖像D.地形圖,課堂鞏固：,2、在海灣戰(zhàn)爭中，美英聯(lián)軍的制導導彈不受濃煙、沙塵的影響，是因為采取了（）A、RS技術(shù)B、GPS技術(shù)C、GIS技術(shù)D、空間分析技術(shù),B,B,53,全球定位系統(tǒng)及其應用/GPS定位原理,課堂鞏固,3、導航、授時和測距全球定位系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個軌道平面上繞地球運轉(zhuǎn)，接收并傳遞信息。如果要確定一個人（或船只、車輛、飛機等）所處的位置，使用的衛(wèi)星不能少于（）A.一顆B.兩顆C.三顆D.六顆,C,54,課堂鞏固,4、下列關(guān)于全球定位系統(tǒng)的敘述不正確的是（）A、全球定位系統(tǒng)就是GPS信號接收機B、全球定位系統(tǒng)能為用戶提供精密的三維坐標、速度和時間C、具有全球性、全天性、實時性等特點D、只要擁有GPS信號接收機，就可以隨時知道自己的位置（地理坐標）5、GPS衛(wèi)星星座的工作衛(wèi)星和在軌備用衛(wèi)星分別是（）,A,55,A、21顆和3顆B、22顆和2顆C、21顆和4顆D、24顆和4顆6、在第二次海灣戰(zhàn)爭中，伊拉克軍方點燃巴格達周圍澆灌石油的戰(zhàn)壕來阻礙美軍行動，但美專家指出煙霧對美軍轟炸使用的衛(wèi)星制導彈沒有影響。因為這種導彈采用了（）A、IT技術(shù)B、RS技術(shù)C、GIS技術(shù)D、GPS技術(shù),A,D,56,7、想要隨時知道自己所處的地理坐標，需要擁有（）A、全球定位技術(shù)