全球定位系统及其应用PPT课件
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普通高中课程标准实验教科书 地理 必修•第3册
沅陵一中高二地理备课组
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。
.
10
[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。
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。
.
14
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15
(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。
.
16
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。 GPS工作卫星的地面监控系统包括:
地面监控系统
（1）主控站
（2）监测站
（3）注入站
.17Βιβλιοθήκη 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。
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18
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22
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信号接收机。可以在任何时候用GPS信号 进行导航定位测量。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。
.
5
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。
.
7
P1(x,y)
海拔
经度
P2(x,y,z)
纬度
二、定位原理：４3颗卫星定位一点
S3 S4
S2 S1
3
2
4
1
（X、Y、Z、T）
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。
.
6
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”.
.
11
三、系统组成
三、系统组成
24颗卫星
空
用
间
户
部
设
分
备
地 1个主控站 面 3个注入站 控 5个监控站 制
(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
.
23
导航型接收机
测地型接收机
天线单元 接收单元
授时接收机
.
2
一、基本概念
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
19
主控站位于美国科罗拉多的斯平士 （Colorado Springs）的联合空间执行中心 （CSOC），三个注入站分别设在大西洋、印度 洋和太平洋的三个美国军事基地上，即大西洋 的阿松森岛（Ascension）、印度洋的迭哥· 伽西亚(岛Diego Garcia)和太平洋的夸贾林岛 Kwajalein),五个监测站设在主控站和三个注 入站以及夏威夷岛。
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。
.
4
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。
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20
.
21
(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。
沅陵一中高二地理备课组
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。
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[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。
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。
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(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。
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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。 GPS工作卫星的地面监控系统包括:
地面监控系统
（1）主控站
（2）监测站
（3）注入站
.17Βιβλιοθήκη 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。
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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信号接收机。可以在任何时候用GPS信号 进行导航定位测量。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。
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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。
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P1(x,y)
海拔
经度
P2(x,y,z)
纬度
二、定位原理：４3颗卫星定位一点
S3 S4
S2 S1
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（X、Y、Z、T）
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。
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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”.
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三、系统组成
三、系统组成
24颗卫星
空
用
间
户
部
设
分
备
地 1个主控站 面 3个注入站 控 5个监控站 制
(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
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导航型接收机
测地型接收机
天线单元 接收单元
授时接收机
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一、基本概念
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
19
主控站位于美国科罗拉多的斯平士 （Colorado Springs）的联合空间执行中心 （CSOC），三个注入站分别设在大西洋、印度 洋和太平洋的三个美国军事基地上，即大西洋 的阿松森岛（Ascension）、印度洋的迭哥· 伽西亚(岛Diego Garcia)和太平洋的夸贾林岛 Kwajalein),五个监测站设在主控站和三个注 入站以及夏威夷岛。
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。
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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。
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20
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(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。