必修三第三章全球定位系统及其应用

(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。卫星的位 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。
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一个主控站、三个 注入站和五个监测站。
由于卫星的位置精确可知，在GPS观测 中，我们可得到卫星到接收机的距离， 利用三维坐标中的距离公式，利用3颗 卫星，就可以组成3个方程式，解出观 测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟 与接收机时钟之间的误差，实际上有4 个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要 引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求 解，从而得到观测点的经纬度和高程。
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，共同被列为“三大航天工程”，据此回答 1～3题。 1．在沙漠中搜寻救助迷路的人，应用的救援系统最好是 （ ） D A．数字地球系统 B．遥感系统 C．地理信息系统 D．全球定位系统 2．通过手持信号系统，救援队可以不断地得知遇险人员的 位置，并很快到达遇险人员所在地，这主要是利用了GPS 技术的哪一特征（ ） B A．全天候 B．连续性 C．全能性 D．全球性 3．若美国一辆装备了GPS的汽车被反美武装分子劫持，美 国驻伊司令部不可采取的措施是（ D ） A．启动GPS跟踪系统，锁定车辆具体位置 B．发出遥控锁车指令，使车辆强行熄火 C．通过GPS向劫持车发出警告 D．发动空袭
（三）、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。
而动态定位则是用
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）
北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫 星和30颗非静止轨道卫星组成，中国计划 2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地 区，2020年左右覆盖全球。中国正在实施 北斗卫星导航系统建设，已成功发射16颗 北斗导航卫星。根据系统建设总体规划， 2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地 区的定位、导航和授时以及短报文通信服 务能力。2020年左右，建成覆盖全球的北 斗卫星导航系统。

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。
北斗导航定位卫星
中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是中国自行研制的全球卫星 导航系统。是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格 洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫 星导航系统。北斗卫星导航系统(BDS)和美国GPS、俄 罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员 会已认定的供应商。 北斗卫星导航系统由空面段、地面段和用户段三部分 组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提 供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报 文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能 力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10 纳秒。
地面监控系统 （1）主控站 （2）监测站 （3）注入站
请你说说各自的组成和功能?
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。
美国全球定位系统地面监控系统
由均匀分布在美国本土和三大洋的美军 基地上的1个主控站、3个注入站、5个 监测站构成。该系统的功能是：对空间 卫星系统进行监测、控制，并向每颗卫 星注入更新的导航电文。
组成和分布
由21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 由分布在全球的9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
统
GPS信 号接收 机
用 户
导航型接收机、测地型接收机、授时 接收机
空间部分
GPS 星座和卫星
GPS的系统组成 ( 1 )空间部分：卫星分布
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。
（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。
[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。
[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。
GPS系统由24颗卫星组成，这些卫星均匀地分布在六个轨道平 面内。这种布局可以保证在全球的任何一点，任何时刻均能收 到4颗以上的卫星信息。根据以上材料，回答1～3题： 1．下列不属于卫星定位技术应用范畴的是（ D ） A．野外考察时用以空间定位 B．为行驶的汽车提供精密的速度、时间信息 C．为飞行中的民航客机提供三维坐标 D．为无线移动用户提供实时的通信服务 2．有关全球定位系统的叙述，不正确的是（ B ） A．GPS是利用卫星进行导航、定位的系统 B．GPS包括两大部分，即空间部分和地面控制部分 C．GPS卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成 D．野外旅行，只要拥有GPS信号接收机，就可以随时知道自 己所处的经纬度 3．如果要确定一个人（或船只、车辆、飞机等）所处的位置， 使用的卫星不能少于（ C ） A．1颗 B．2颗 C．3颗 D．6颗
21颗工作卫星，3颗备用卫星；
每4颗卫星工作在同一轨道平面内，24颗卫星均匀分布
在6个轨道平面，彼此夹角为60；
轨道平面相对于赤道的倾角为55 ；
卫星Βιβλιοθήκη Baidu地面高度20200km； 12恒星时(11时58分2.05秒)绕地球一周； 地球上任何地方任何时刻同时可收到4颗以上GPS卫星 的信号。
地面控制部分
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。”
2008 年11月24日上午 10时许，私企老板王某刚 打开停在荣成路上的宝马 车车门，突然从旁边窜出 两名“劫匪”，一把长砍 刀架在王某的脖子上， “别喊，快开车！”两名 “劫匪”将王某推到驾驶 室后，逼迫王某启动宝马 车（图一），沿海边逃窜。 王某悄悄按下了车里的 GPS紧急按钮，报警声立 即在110指挥中心响起，两 辆警车迅速出击，而两名 “劫匪”还一直蒙在鼓里。
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。
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。
手机和手表上的 GPS
手持型的 GPS
测绘使用的 GPS
GPS 信 号 接 收 机
航空与航海使用的 GPS
(3)GPS信号接收机
组成:GPS卫星接收机
GPS数据处理软件 任务: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，实时地计算 出测站的三维坐标，甚至三维速度和时 间。
一般来说，在地面上的GPS接收器能 接收5～12个卫星信号，而为了获得地面 上的定位坐标，至少需要4个卫星信号， 三个用来确定GPS接收器的纬度、经度和 海拔高度，第四个则提供同步校正时间。
GPS助美打伊在军事中的应用
2003年3月20日，伊拉克战争爆发。大批轰炸机、 战斗机猛扑向伊拉克首都巴格达，用炸弹准确地将一座 建筑彻底摧毁，行动代号：“斩首行动”；4月，一架 B-1B“枪骑兵”轰炸机临时接到任务，用炸弹摧毁了另 一座建筑。他们的目标都是一个人：萨达姆· 侯赛因，他 们所使用的炸弹都是一种：联合攻击炸弹(JDAM)，这些 炸弹之所以都能够精确地打击目标，是因为他们都是通 过卫星定位来实现定位，提供这种定位服务的正是由24 颗美国卫星组成的全球定位系统——GPS。
北斗导航定位卫星
2018年7月10日04时58分，我国在西昌卫星发射中心 用长征三号甲运载火箭，成功发射了第三十二颗北斗 导航卫星。7月29日09时48分，我国在西昌卫星发射 中心用长征三号乙运载火箭（及远征一号上面级）， 以“一箭双星”方式成功发射第三十三、三十四颗北 斗导航卫星。2018年8月25日7时52分，我国在西昌卫 星发射中心用长征三号乙运载火箭（及远征一号上面 级）以“一箭双星”方式成功发射第三十五、三十六 颗北斗导航卫星
接收机如果接收到3颗卫星 的信息，经数据处理就可以 知道接 收机所在点位的位置； 如果接收到4颗或4颗以上卫 星的信息，还可以计算并显 示出处在运动状态中的接收 机的运动速度。
4.在伊拉克战争中，伊拉克点燃巴
格达周围的战壕石油阻碍美军进攻， 但美军事专家指出，烟雾对于美军 的卫星制导导弹没有影响 ， 请问美 军的卫星制导导弹采 用的技术是 （ C ） A． GIS 系统 B . RS 技术 C . GPS 技术 D . lT技术
（二）全球定位系统的组成
系统结构 空间 位置 全 GPS 空 球 卫星 间 星座 定 位 地面 地 监控 面 系 系统