第三节 全球定位系统及其应用优质课教案推荐

第三节：全球定位系统及其应用

3.3 全球定位系统及其应用

【学习目标】

1、了解全球定位系统的概念及其工作原理。

2、了解全球定位系统的的组成及其主要功能。

3、

了解全球定位系统的的主要作用。

[教学目标] 一、知识与技能

了解GPS的基本原理；能举例说明GPS在定位导航中的应用。

二、过程与方法

以GPS在日常生活的应用为例，培养学生尝试从学习和生活中发现地理问题的意识，并通过列表比较的方法，培养和提高学生的分析、归纳和概括能力。

三、情感态度与价值观

以新技术在地理学的应用为例，激发学生探究地理问题的兴趣和动机，了解地理信息技术在现代社会生产和生活中的应用，培养合作精神，提高科学素养。

[教学重点]

全球定位系统（GPS）在定位导航中的应用（举例说明）。

[教学难点]

全球定位系统GPS的基本原理。

[教学媒体与教具] 多媒体

[课时安排] 2课时

【预习思考】

【探究一】

1、当你外出旅游或者野外探险的时候，请问你通常用哪些方法来辨别方向或确定你所在的位置？

2、在全球的任何地方、任何时间使用GPS导航定位时，为什么必须观测四颗GPS卫星才可以计算出地面点所在的位置?

3、全球定位系统主要应用在哪些领域？在这些领域的主要作用是什么？

【探究二】

阅读下列材料，分析回答有关问题：

汽车导航仪是目前很多高中档车辆出厂时就装配了的导航设备；汽车导航仪内置GPS接收器，装载定位导航软件，利用接收到的GPS卫星信号为车辆提供全天候、全时域位置

信息，并可以在屏幕上显示车辆运行路线信息。

GPS手持机是利用GPS基本原理设计而成的，体积小巧、携带方便、独立使用的全天候实时定位导航设备。GPS手持机按用途可分为陆用型、空用型、海用型。陆用型一般没有内置地图，主要利用航路点记录，选择相应航路点可自动生成路线；空用型提供全球空域图和地域图，灵敏度极高，适用于为高速行进的飞机定位；海用型内置全球海图，超大屏幕，提供可固定在船体上的配套支架和天线。

(1)根据用途进行分类，上述材料中所提到的GPS接收机属于哪种类型?还有哪两种主要类型材料中没有提到?

(2)GPS接收机的主要作用是什么?

(3)随着越来越多的民用GPS接收机的出现，利用GPS技术进行商业活动或户外探险活动将成为一种时尚。畅想GPS在我们日常生活中的作用，并扼要写出你的观点：

[讲授过程] 【新课导入】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。

【板书】第三节 全球定位系统及其应用

【问题思索】你对GPS了解多少？GPS定位原理是什么呢？

【板书】一、全球定位系统概述

【讲述】美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略重要组成。目前的全球覆盖率为98%，它能够实时测量“四度”：经度、纬度、高度、速度。

【分组讨论】GPS由哪几部分组成的？各部分的功能是什么？

【学生发言，教师指导】（1）空间部分：使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分（顾及地球自转，地球-卫星的几何关系每天提前4min重复一次），分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。

（2）地面监控部分包括四个监控间、一个上行注入站和一个主控站。监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站设在范登堡空军基地。主控站主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和时钟改正值。上行注入站也设在范登堡空军基地。它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天进行一次。

（3）用户设备：GPS接收机。

【投影归纳】GPS组成：

【活动】阅读课本，分析卫星定位的基本原理。

【归纳】GPS系统采用“时间同步、单程测距”的原理来实现定位。简单地说就是用户同时向已知其位置的3个导航卫星分别进行距离测量，然后再以该卫星为球心，以所测得的距离为半径，在空间画出3个球面，则该3个球面的相交点，就是用户的所在位置了。

【投影】名词链接：

“时间同步”，是指卫星上的时钟与用户设备内的时钟是精确同步的（譬如说校准到两者之间几万年才差1秒钟）

。

“单程测距”，是指从导航卫星上发出的无线电测距信号在传播到用户设备的这一单向行程中，就可以把它们之间的距离测量出来。

通常应用三颗卫星的数据就可以进行定位，但要保证对目标实时观测（诸如提供目标运动数据等），

则需要至少四颗卫星的信号。

【转承】GPS具有全天候、高精度、自动测量、实时性等特点。目前GPS 主要功能是定位和导航。导航是一个技术门类的总称，它是引导飞机、船舶、以及个人安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地的一种手段。导航的基本功能是回答三个问题：我现在在哪里？我要去哪里？如何去？

【板书】二、GPS应用

【分组讨论】你了解哪些应用？或者根据其定位与导航功能你能想到有哪些应用？

【学生发言，教师指导】（1）军事：GPS最初就是为军事应用而建立的，主要用来给航行中的军舰、飞机及导弹等设施提供定位和导航信息。后方司令部可通过全球定位系统，时刻掌握在前线的特种部队的位置。队员一旦面临危险，立刻派出救援部队，在空中待命的导弹输入数据，就可对敌方进行精度达10m的轰炸。（2）测绘：GPS技术给测绘界带来一场革命，测量精度高；操作简便；仪器体积小、便于携带；全天候操作；信息自动接受、存储，减少了繁琐的中间处理环节。（3）交通：关键是导航。租车服务、物流配送等许多行业利用GPS技术，就可以对车辆进行跟踪、调度管理，合理分配车辆，从而以最快速度响应用户的乘车或配送请求，降低能源消耗，节省营运成本。（4）救援：关键是定位。利用GPS定位技术，可对消防人员、交通警察进行应急调遣，从而提高紧急事件处理部门对火灾、犯罪现场、交通事故等紧急事件的响应效率。（5）农业：“精准农业耕作”和捕鱼的应用。精准农业是在现代农业机械化条件下，由于卫星遥感定位技术的发展而兴起，是

信息技术与地理学、农学、生态学、植物生理学和土壤学的有机结合，实现农业生产全过程的实时监测，以实现对农作物生长发育、病虫害、水肥以及相应环境变化动态分析，经过判断和决策，实施田间作业的精细管理。精指数量的精细，准表示对空间位置的标定。精准农业系统是一个综合性很强的复杂系统，是实现农业低耗、高效、优质、安全的重要途径。精准农业是把先进的技术与农业生产过程有机结合，形成一个具有多目标、多层次、开放循环、人机物相匹配的农业生态经济系统，其特点是精量化，这样有利于农业高产、优质、低耗，提高农产品的产量和品质，降低生产成本，从而增强农产品市场优势，加大获利空间。（6）娱乐——出行、旅游、探险的好帮手。

【开放性作业】以下列领域为例，列表比较GPS在定位导航中的应用和主要功能。

领域

军事

测量

交通

救援

农业

休闲

主要作用

特点

举例说明（应用案例）

【归纳总结】（知识、规律、方法、技巧）

【课堂评估】

1、关于全球定位系统的说法正确的是（ ）

A、全球定位系统只能获得地面某点的经纬度，不能确定其高程

B、全球定位系统由3个相对独立的部分组成，即空间部分、地面监控系统和用户设备部分

C、全球定位系统具有高精度和自动测量的特点，但是受地形、天气等自然因素影响较大

D、目前GPS主要应用于军事领域

2、GPS技术给测绘界带来了一场革命，下列说法不正确的是（ ）

A、利用GPS技术，测量精度可以达到毫米级的程度

B、与传统的手工测量手段相比，GPS技术有着测量精度高的优点

C、GPS技术操作简便，仪器体积小，便于携带

D、当前，GPS技术已广泛应用于大地测量、资源勘查、地壳运动观测、地籍测量等领域

3、最先进行全球定位系统研制的国家和时间是（ ）

A、美国 20世纪70年代初 B、日本 20世纪60年代初[来源:学+科+网Z+X+X C、德国 20世纪70年代初 D、苏联 20世纪60年代初

4、全球定位系统由3个相对独立的部分组成，即（ ）

A、空间部分、地面监控系统和用户设备部分

B、空间部分、地面监控系统和地下设备部分

C、空间部分、电视、电话系统和用户设备部分

D、行星和卫星部分、地面监控系统和用户设备部分

5、GPS的全称是（ ）

A、地理信息系统 B、文字处理系统 C、全球定位系统 D、地球卫星系统

6、全球定位系统使用的卫星轨道均为近圆型，运行的周期约为（ ）

A、12小时 B、24小时[来源:C、11时58分 D、23时56分

7、目前，GPS的主要功能是（ ）[来源:学。科。网Z。X。X。K]

A、定位和导航 B、定位和找矿 C、天气预报 D、地质测量

8、研制GPS的最初目的是用于（ ）

A、军事 B、气象服务 C、地质勘探 D、海洋观察

9、GPS技术对交通的主要作用有（ ）

A、增加能源消费 B、降低行车速度 C、导航 D、加快运车速度

10、GPS逐渐走进了人们的日常生活，成为人们出行、旅游、探险的好帮手，其原因正确的是（ ）

A、GPS接收机的小型化以及价格的降低 B、GPS可以帮助人们降低旅游成本

C、GPS可以增加人们的旅游距离 D、GPS可使旅游者更具安全感[来源

【课后巩固】

一、选择题

1．全球定位系统包括的三大部分是（ ）

A．空间部分、地面控制部分、地下控制部分 B．坐标、速度、时间

C．空间星座、地面监控系统、用户系统

D．主控站、注入站、监控站

2．下列关于全球定位系统的叙述，正确的是（ ）

A．它不属于信息技术 B．它属于遥感技术

C．它由信息源、数据处理、数据库、空间分析、表达等主要程序组成

D．它具有全球性、全天候、连续性和实时性的特点

3．“导航、授时和测距全球定位系统”(GPS)由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面上绕地球运转，接受并传递信息。如果要确定一个人(或船只、车辆、飞机等)所处的经纬度位置，使用的卫星不能少于（ ）

A． 1颗 B．2颗 C．3颗 D．6颗

4．下面关于甲、乙两区域卫星图像的解析，正确的是（ ）

A．甲区域位于乙区域的西北方向

B．甲区域为温暖广阔的浅海，渔业和石油资源丰富

C．乙区域分布有世界最大的热带雨林区，但破坏较为严重

D．甲、乙区域均是热带草原，牧场广阔、牛羊成群

5．图是卫星甲和卫星乙在某一时刻所覆盖的区域．其服务范围大小是（ ）

A．甲等于乙 B．甲大于乙 C．甲小于乙 D无法确定

6．全球定位系统功能在于（ ）

A．为各类用户提供精密的三维坐标 B．为用户提供飞机遥感影像

C．为用户提供卫星遥感图像 D．供用户随时查询有关地理信息

7．能够为在无人区进行科学考察的科技工作者全天候提供本人具体地理位置的技术是（ ）

A．RS技术 B．GIS技术 C．GPS技术 D．CSM技术

8. GPS系统是哪些技术的结晶（ ）

①航空航天技术

②无线电通信技术 ③计算机技术 ④基因工程

A. ①②④

B. ①③④

C. ②③④

D. ①②③

9. 配备GPS接收机的美国士兵随时都可获得工作卫星提供的（ ）

①三维位置

②三维方向

A. ①②④

③运动速度和时间

④伊军士兵位置

C. ②③④

D. ①③④

B. ①②③

【学研后记】