第三节 全球定位系统及其应用教学设计第二课时

第三节 全球定位系统及其应用

教学目的：

了解GPS原理；了解GPS在各个部门中的应用

重点与难点：

GPS应用

教学过程：

地理信息技术是现代地理科学研究的主要技术手段之一，包括：GPS、RS、GIS，三者的结合即为数字地球。

一、全球定位系统的概述

1、概念

阅读：P95页阅读材料：“从军用到民用——全球定位系统无处不在”

提问：在日常生活中，你接触过GPS吗？

全球定位系统（Global Positioning System 简称GPS ）是利用卫星，在全球范围内实时进行导航、定位的系统。

2、全球定位系统的特点

（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。

3、发展

阅读：1、P95页“导航与定位技术的发展”

2、P97页“卫星导航定位系统的新时代”

（1）GPS的“昨天”

思维拓展：你知道古代的定位方式吗？（变成艺术字）

①无线电导航系统

②最早的卫星定位系统

③全球定位系统（GPS）

（2）GPS的“今天”

①各国的发展

②各领域的应用

4、GPS定位原理：４颗卫星定位一点

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。

5、组成：空间星座、地面监控系统、用户系统

（1）空间部分：包括24颗可操作的工作卫星，以55°倾角分布在地球上空20,200 km(10,900NM)的六个轨道面上，运行周期为12恒星时。这些卫星在轨道上的分布状态使地球上的任何位置在任意时刻都可以同时接受到至少6颗卫星的定位信号，这些卫星则不断的给全球用户用户发送位置和时间的广播数据。

（2）地面控制部分：负责卫星控制、时间同步、卫星的跟踪和监测。

——卫星轨道控制

——向卫星发送星历

GPS的地面控制系统由位于美国科罗拉多的主控站、以及分布全球的三个注入站和五个监测站组成。

主控站：

位于美国克罗拉多（Colorado）的法尔孔（Falcon）空军基地，它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星工作；

注入站有三个，它们分别位于阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein），注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去

监控站有五个，除了主控站外，其它四个分别位于夏威夷（Hawaii）、阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein），监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星的工作状态；

通讯辅助系统：

连接主控站、注入站和监测站。

（3）用户系统：用于接收GPS卫星发射的信号

天线

接收机——对天线接收的信号进行处理，获取观测值。

微处理机——选择合适的卫星进行观测，以获得最佳几何图形；对观测值进

行对流层折射改正，电离层折射改正及其它改正；根据观测值及卫星星历进行平差计算，求得用户所需的三维坐标和速度等；对整个用户设备进行控制、自检核，并通过输入输出设备和操作人员保持联系。

输入输出设备

手持型GPS接收机

应用领域性能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、行政区域的限制功能能够计算当地的国际标准时间，处于运动状态，还能指出正北方向，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

液晶显示，导航画面手持型清晰，GPS接收配有背机多为导景灯，航使用方便夜间操作，功能键齐全

例：下列关于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24颗卫星组成

D. 野外旅行，只要拥有GPS信号接收机，可随时知道自己所处的经纬度

解析：全球定位系统包括三大部分，即空间星座、地面控制系统和用户系统。

阅读：P99页下面一段, 思考：GPS静态导航定位与动态导航定位的区别? 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）

二、全球定位系统的应用领域

1、在军事领域中的应用

例：1999年3月27日，北约部队一架F—117A隐形战斗机被南联盟防空部队击落。飞行员跳伞后在脚触地的一刹那，通过手持型信号发射器发出紧急呼救信号，当间谍卫星把呼救信号传送到北约空袭南联盟指挥所后，美军立即安排了救援行动。6小时后，当一架EA—6B电子干扰机发现飞行员的准确位置时，一架MH—60G搜索与救援直升机降落在飞行员面前，把飞行员接上直升机并安全返回基地。据此回答

飞行员发出的呼救信号是（

B

）

A．GIS系统信号

B．GPS系统信号

C．RS系统信号

D ．以上都不对

2、在交通领域中的应用

阅读：P100页的“车载GPS的功用”

接收显示信息→车载电台发送信息→监控站调度管理→驾驶员接受调度信息调节行为

【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、航速、

避免船只冲撞，确保航行

安全

航海

航向信息、海图、海迹显示

应用

把自己的位置和航向发送到

便于中心的跟踪、搜寻和

航海管理中心

救援

航空

空域航路、着陆、机场监视

实现空域划分、空中交通

应用

和管理

流量管理、飞行路径管理

活动：假如你是一家物流公司的老板,你将如何利用GPS对人、车、物来进行有效监控和管理？

结构整合：