第三节 全球定位系统及其应用教学设计(第一课时)

第一节

全球定位系统的应用

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。

[问题]你对GPS了解多少？

GPS定位原理是什么呢？[阅读]探索活动。

实际上三颗卫星即可实现定位，但为了提高精度，减少误差，一般要求四颗，用于定位的四颗卫星即为定位星座。

一、全球定位系统

1、介绍：GPS，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。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。

2、组成：

（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，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。

P78和P80图。

二、GPS应用：

1、特点：全天候、高精度（民用码：利用差分技术，可以得到小于5米的精度）、自动测量、实时性。

2、功能：

（1）定位：

（2）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？

3、具体应用：定位与导航。

[问题]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？

军事：1999年科索沃战争中大量使用。

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。

测绘：有哪些优势？有哪些具体应用领域？

交通：关键是导航

救援：关键是定位

农业：精准农业耕作：什么是精准农业耕作？其优势在哪里？

娱乐：

案例研究：问题：反映了哪些用途？为什么能够粗准地飞行？

巩固练习

3.1全球定位系统的应用

测试题

单项选择题

1 全球定位系统简称（ ）

A RS B GDP C GIS D GPS 2 下列不属于全球定位系统的特点的是（ ）

A 精确度较小 B

高精度 C 自动测量 D全天候

3 全球定位系统的空间部分使用24颗卫星。卫星轨道均为近圆形，运行周期约为（ ）

A 24小时 B 23小时56分4秒 C 11小时58分 D 12小时

4

卫星分为天然卫星和人造卫星。其共同点是卫星都围绕（ ）作周期性运动。

A 恒星 B 行星 C 星云 D 星座

5 全球定位系统的功能描述错误的是（ ）

A 可以获得某点的经纬度 B 可以判断两点间的方位 C 能够获得某点的海拔 D 不能用于飞机导航

6 关于GPS，叙述错误的是（ ）

A 6个轨道面上有24颗卫星

B 接收机收到3颗卫星的信息，就可以确定接收机所在地点的位置

C 接收到4颗或4颗以上卫星的信息，就可以计算出运动中的接收机的运动速度

D 任何时间、任何地点都可以观测到其中的3颗卫星[ 7关于GPS，叙述错误的是（ ）

A GPS是利用卫星进行定位、导航的系统，会受到太阳活动、天气、地形的影响

B GPS包括三部分，即空间部分、地面监控系统第用户设备部分

C GPS卫星星座是由工作中的21颗卫星组成

D 野外旅行时，只要拥有GPS信号接收机，就可知道自己所处的经纬度

8 某同学迷路了，于是手持GPS接收机，向右移动一段距离后，读数发生如下变化，移动前（36 °58 ′27.8″N，116°18′50″E），移动后（36°58′27.9″N，116°18′50″E）,他移动的方向是( ) A 东 B

西 C 南 D 北

9 利用GPS可以( ) A 进行自然资源调查和环境监测

B 监测地球板块运动状态和地壳变形

C 预报自然灾害，对农作物估产

D 处理和管理地理数据，方便用户查询检索

10 下列工程或项目的开展，以应用全球定位系统为主的是（ ）

（1）森林火灾和病虫害监测 （2）香港地理信息系统的建立

（3）中国地壳运动观测网络工程 （4）大型集装箱货轮和巨型油轮航行

（5）海底油气资源勘探 （6）在逃犯驾驶汽车逃窜的监控

A （1）（2）（3） B （3）（4）（6） C （3）（4）（5） D （1）（3）（6）

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，通过手持式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指挥所后，美军立即安排了救援行动。6小时后，一架MH-60C搜索与救援直升机降落在飞行员面前，而后安全返回基地。据此回答11—12题。

11 飞行员发出的呼救信号是（

）

A GIS系统信号 B GPS 系统信号 C RS系统信号 D 电视信号

12 北约轰炸科索沃地区时，可利用如下哪种技术系统对目标准确进行轰炸（ ）

A GIS系统信号 B GPS 系统信号 C RS系统信号 D 电视信号

二、综合题

13、在野外如果迷失了方向，你有哪些方法辨向？（列举几例）其中最简单、最精确的方法是什么？

14（05年上海）

（1）根据三颗卫星提供的资料，运用数学原理可以计算出地面静止物体的位置。如右图所示有4颗卫星提供资料，除可进一步提高卫星的定位精确度外，还可以迅速计算出__________物体的空间位置。

（2）下列选项中可以应用GPS技术的有（多项选择）__________。

A、导弹发射的精确制导 B、珠穆拉玛峰高程的精确测量 C、人口出生率、死亡率的统计 D、人口密度和商业网点布局的相关分析

附参考答案：

题号

答案

题号

答案

13 1 D 7 C 2 A 8 D 3 C 9 B 4 B 10 B 5 D 11 B 6 D 12 B 太阳 北极星 手表 指南针 树轮 GPS 14 （1）运动

（2） AB