《教师参考》湘教版(高中地理)必修3：3.3 全球定位系统及其应用 同课异构课件2

(3)GPS信号接收机

GPS信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度 截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行对 所接收到的 GPS 信号进行变换、放大和处理，以便测量出
GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出 GPS卫星
所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三 维速度和时间。
【 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 向用户提供船舶位置、 避免船只冲撞，确保航 航速、航向信息、海 行安全 图、海迹显示
航海 应用
把自己的位置和航 向发送到航海管理 中心
空域航路、着陆、 机场监视和管理
便于中心的跟踪、搜寻 和救援
实现空域划分、空中交通 流量管理、飞行路径管理

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。
轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内。各颗卫星
之间的升交角距相差90度。一轨道平面上的卫星比两边相邻 轨道平面上的相应卫星超前30度。
(2)地面监控系统
对于导航定位来说．GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依 据卫星发射的星历——描述卫星运动及其轨道的参数算得的。 每颗GPS卫星所播发的星历是由地面监控系统提供的。
空间
组成和分布
由2l颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组 成，24颗卫星均匀分布在6个轨道平面 内
地 面 用 户
由分布在全球的5个地面站(包括5个监控 站、1个主控站和3个注入站，主控站和 注入站都位于监控站里)组成 导航型接收机、测地型接收机、授时 接收机
GPS信 号接收 机
• 请思考：读右图 ，①相邻两个 GPS星座卫星轨
信号接收机。可以在任何时候用 GPS信号进行导航定位测量。
[背景知识]
GPS的定位原理是什么?

GPS的基本定位原理是：卫星不间断地发送自身的星历参数
和时间信息，用户接收到这些信息后经过计算，求出接收机 的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。
(三) . GPS 接收机的类型
根据用途分类． GPS 接收机分为导航型接收机、 测地型接收机和授时接收机。
【 阅读指导 】 车载 GPS 的功用
信息接收
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
信息发射
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
应用领域
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
第三章 地理信息技术应用 第三节 全球定位系统及其应用
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从军用到民用——全球定位系统无所不在
一、全球定位系统
（一）．全球定位系统的概念
全球定位系统(Global positioning system，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。
[阅读指导 ] GPS的起源 在卫星定位系统出现之前，远程导航与定位主要用无线电导航 系统。

1．无线电导航系统
缺点：覆盖的工作区域小；电波传播受大气影响；定位精 度不高。 • 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1 000 km)，从地面站观 测到卫星的时间间隔较长(平均1．5 h)，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。

卫星上的各种设备是否正常工作以及卫星是否一直沿着预定 轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统 另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准 ——GPS时 间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间求出钟差。然 GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站 和五个监测站。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。
车载GPS接收器
专业型测地型接收机
天线单元
接收单元
［阅读指导］手持型 CPS 接收机
应用领域
手持型 GPS 接收机 多为导 航使用
性能
液晶显 示，导 航画面 清晰， 配有背 景灯， 方便夜 问操作． 功能键 齐全
优点
不需要地 面辅助设 备，只要 收到卫星 信号，就 能快速定 位，不受 天气、行 政区域的 限制
道平面之间的夹
角是多少度? ( 60° ) • ②每个卫星轨道 上各有几颗卫星? 它们两两相隔多 少度?
• (
4颗；90° )
(1)GPS卫星星座

由 21 颗工作卫星和 3 颗在轨备用卫星组成。 GPS 卫星星 座记作 (2l+3)GPS 星座。 24 颗卫星均匀分布在 6 个轨道平面 内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间的夹角为60度，即
(1)全球，全天候工作。
[跨越障碍] 全球定位系统的特点是什么
(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。
功能
能够计算当地的 国际标准时问， 处于运动状态还 能指出 i 〔 北方 向，并将经过的 地点、路线记录 下来，方便返回 时用；计算两点 间的距离，实现 坐标系间的相互 转换；计算日出、 日落时间
二、全球定位系统与定位导航
1 . GPS 静态导航定位与动态导航定位 • 静态定位中， GPS 接收机在捕获和跟踪 GPS 卫星的过程中 固定不变，接收机高精度地测量 GPS 信号的传播时间，利 用 GPS 卫星在轨的已知位置，解算出接收机天线所在位置 的三维坐标。 • 动态定位则是用 GPS 接收机侧定一个运动物体的运行轨迹 。 GPS 信号接收机所位于的运动物体叫做载体（如航行中 的船舰，空中的飞机，行走的车辆等）。载体上的 GPS 接 收机天线在跟踪 GPS 卫星的过程中相对地球而运动，接收 机用 GPS 信号实时地测得运动载体的状态参数（瞬间三维 位置和三维速度）

• 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。
（二）．全球定位系统的组成
系统结构
全 球 定 位 系 统 GPS卫 星星座 地面监 控系统
空间 位置
航空 应用

GPS卫星发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的 信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户，只要用户拥 有能够接收、跟踪、变换和测量 GPS信号的接收设备即 GPS 根据使用目的的不同，用户要求的GPS信号接收机也各有差 异。目前世界上已有几十家工厂生产GPS接收机，产品也有 几百种。这些产品可以按照原理、用途、功能等来分类。
2 . GPS 的用途

GPS 最初就是为军方提供精确定位而建立的，至今它仍然由 美国军方控制。军用 GPS 产品主要用来确定并跟踪在野外行 进中的士兵和装备的坐标、给海中的军舰导航、为军用飞机 提供位置和导航信息等。
• 目前 GPS 系统的应用已经十分广泛，我们可以应用 GPS 信号进行海空和陆地的导航、导弹的制导、大地测量和工 程侧量的精密定位、时间的传递和速度的测量等。