第三节 全球定位系统及其应用优秀教学实录

第三节 全球定位系统及其应用

[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

[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。

【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）

【板书设计】

第三节 全球定位系统

一、全球定位系统概述

1．全球定位系统的概念与发展

2．全球定位系统的组成

（1）GPS卫星星座

（2）地面监控系统

（3）用户系统

二、全球定位系统的应用领域

1．军事

2．车载GPS 3．航海、航空导航