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1、普通高中课程标准实验教科书 地理 必修第3册 在伊拉克战争中，曾经有记者问一位飞行在伊拉克战争中，曾经有记者问一位飞行员：员：“你知道去轰炸哪个城市吗？你知道去轰炸哪个城市吗？” 飞行员回答：飞行员回答：“不知道。不知道。” “那你怎么去轰炸呢？那你怎么去轰炸呢？” “容易，上级给我一个坐标，我按计算容易，上级给我一个坐标，我按计算机的指引，投下采用机的指引，投下采用GPS导航的炸弹掉头导航的炸弹掉头就走，跟我玩游戏机没哈两样。就走，跟我玩游戏机没哈两样。” 这个例子是现代战争中引用这个例子是现代战争中引用GPS系统的系统的典型案例。我们反对战争，但要想能更好的典型案例。我们反对战争，但要想能
2、更好的维护世界和平，我们也需要了解维护世界和平，我们也需要了解GPS全全球定位系统这种现代地理信息技术。球定位系统这种现代地理信息技术。一、基本概念一、基本概念全球定位系统全球定位系统：（Global Positioning System 简称简称GPS ）是是具有在海、陆、空具有在海、陆、空进行全方位、实时进行全方位、实时三维三维导航导航与与定位定位功功能的新一代卫星导能的新一代卫星导航与定位系统航与定位系统 。 阅读指导 GPS的起源n n 在卫星定位系统出现之前，远程导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。航与定位主要用无线电导航系统。n1无线电导航系统无线电导航系
3、统n n 缺点：覆盖的工作区域小；电波传播缺点：覆盖的工作区域小；电波传播受大气影响；定位精度不高。受大气影响；定位精度不高。n2卫星定位系统卫星定位系统n n 最早的卫星定位系统是美国的最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统子午仪系统(TRANSIT)，1958年研制年研制1964年正式投入年正式投入使用。由于该系统卫星数目较少使用。由于该系统卫星数目较少(56颗颗)，运，运行高度较低行高度较低(平均平均1 000 km)，从地面站观测到，从地面站观测到卫星的时间间隔较长卫星的时间间隔较长(平均平均15 h)，因而它无，因而它无法提供连续的实时三维导航，而且精度较低。法提供连续的实时三维导航，
4、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，维导航的迫切要求，1973年美国国防部制定年美国国防部制定了了GPS计划。计划。n3GPS发展历程发展历程n n GPS实施计划共分实施计划共分三个阶段三个阶段：n n 第一阶段为方案论证和初步设计阶段第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从。从1973年到年到1979年，共发射了年，共发射了4颗试验卫星。研颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。制了地面接收机及建立地面跟踪网。n n 第二阶段为全面研制和试验阶段第二阶段为全面研制和试验阶段。从。从1979年到年到1984年，又陆续发
5、射了年，又陆续发射了7颗试验卫星。研颗试验卫星。研制了各种用途的接收机。实验表明，制了各种用途的接收机。实验表明，GPS定定位精度远远超过设计标准。位精度远远超过设计标准。 n n第三阶段为实用组网阶段第三阶段为实用组网阶段。1989年年2月月4日第一颗日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。系统进入工程建设阶段。1993年底年底实用的实用的GPS网即网即(21+3)GPS星座已经建成，星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。今后将根据计划更换失效的卫星。 在美国在美国,GPSGPS全球卫星定位技术与全球卫星定位技术与全球卫星定位技术与全球卫星
6、定位技术与“ “阿波罗阿波罗阿波罗阿波罗” ”飞船登月飞船登月飞船登月飞船登月, ,航天飞机升空航天飞机升空航天飞机升空航天飞机升空, ,共同给列为共同给列为20世纪世纪“三大三大航天工程航天工程”.P1(x,y)P2(x,y,z)经度经度纬度纬度海拔海拔二、定位原理：颗卫星定位一点二、定位原理：颗卫星定位一点1234S1S3S4S2（X X、Y Y、Z Z、T T） 3 3问题探讨问题探讨: 按照理论按照理论,我们知道要保证地面各点能我们知道要保证地面各点能接收到信息只要接收到信息只要3颗卫星就可以了颗卫星就可以了,为什么我为什么我们要用们要用4颗卫星呢颗卫星呢? 当当GPS收到收到3颗卫星
7、的信号，它只能颗卫星的信号，它只能计算出计算出2维坐标：经度和纬度，这时它可维坐标：经度和纬度，这时它可能还会显示高度数据，但这数据是无效的。能还会显示高度数据，但这数据是无效的。当当GPS能够收到能够收到4颗及以上卫星的信号时，颗及以上卫星的信号时，它能计算出本地的它能计算出本地的3维坐标：维坐标：经度、纬度、经度、纬度、高度。高度。跨越障碍 全球定位系统的特点是什么n n (1)全球，全天候工作全球，全天候工作。n n (2)能为用户提供能为用户提供连续、实时的三维位置连续、实时的三维位置、三维速度三维速度和和精密时间，不受天气精密时间，不受天气的影响。的影响。n n (3)定位精度高定位
8、精度高：单机定位精度优于：单机定位精度优于10米，米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。n n (4)功能多，应用广功能多，应用广：随着人们对：随着人们对GPS认识认识的加深，的加深，GPS不仅在测量、导航、测速、测不仅在测量、导航、测速、测时等方面取得更广泛的应用而且其应用领时等方面取得更广泛的应用而且其应用领域不断扩大。域不断扩大。三、系统组成三、系统组成用用户户设设备备地地面面控控制制1个主控站个主控站3个注入站个注入站5个监控站个监控站空空间间部部分分 24颗卫星颗卫星三、系统组成三、系统组成(1)GPS卫星星座n n 由由21颗工作卫星和颗工
9、作卫星和3颗在轨备用卫星组成。颗在轨备用卫星组成。GPS卫星星座记作卫星星座记作(2l+3)GPS星座。星座。24颗卫星颗卫星均匀分布在均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为个轨道平面内，轨道倾角为55度，度，各个轨道平面之间的各个轨道平面之间的夹角为夹角为60度度，即轨道的，即轨道的升交点赤经各相差升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内度。每个轨道平面内,各各颗卫星之间的升交角距颗卫星之间的升交角距相差相差90度度。一轨道平。一轨道平面上的卫星比两边相邻轨道平面上的相应卫面上的卫星比两边相邻轨道平面上的相应卫星超前星超前30度。度。(2)地面监控系统n n 对于导航定位来说对于导航定位来说GP
10、S卫星是一卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历的星历描述卫星运动及其轨道的参描述卫星运动及其轨道的参数算得的。每颗数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历卫星所播发的星历是由地面监控系统提供的。是由地面监控系统提供的。n n卫星上的各种设备是否正常工作以及卫星是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时
11、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。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工作卫星的地面监控系统包括:地面监控系统地面监控系统（1 1）主控站）主控站（2 2）监测站）监测站（3 3）注入站）注入站监测站监测站获取获取GPSGPS数据数据, ,并将并将数据送至主控站。数据送至主控站。主控站主控站-控制、调度卫星。控制、调度卫星。注入站注入站 将主控站的改正参将主控站的改正参数等注入每颗卫星。数等注入每颗卫星。 主控站位于美国科罗拉多的斯平士主控站位于美国科罗
12、拉多的斯平士（Colorado SpringsColorado Springs）的联合空间执行中心）的联合空间执行中心（CSOCCSOC），三个注入站分别设在），三个注入站分别设在大西洋、印度大西洋、印度洋和太平洋的三个美国军事基地上，洋和太平洋的三个美国军事基地上，即大西洋即大西洋的阿松森岛（的阿松森岛（AscensionAscension）、印度洋的迭哥）、印度洋的迭哥伽西亚伽西亚( (岛岛Diego Garcia)Diego Garcia)和太平洋的夸贾林岛和太平洋的夸贾林岛Kwajalein),Kwajalein),五个监测站设在主控站和三个注五个监测站设在主控站和三个注入站以及夏威夷
13、岛。入站以及夏威夷岛。 (3)GPS信号接收机n n GPS信号接收机的任务是：能够捕信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行对所接收到的对所接收到的GPS信号进行变换、放大信号进行变换、放大和处理，以便测量出和处理，以便测量出GPS信号从卫星到信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出接收机天线的传播时间，解译出GPS卫卫星所发送的导航电文，实时地计算出测星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。站的三维位置，甚至三维速度和时间。n nGPS卫星发
14、送的导航定位信号，是一种可供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、和空间的广大用户，只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备即信号的接收设备即GPS信号接收机。可以在任何时候用信号接收机。可以在任何时候用GPS信号进信号进行导航定位测量。根据使用目的的不同，用行导航定位测量。根据使用目的的不同，用户要求的户要求的GPS信号接收机也各有差异。目前信号接收机也各有差异。目前世界上已有几十家工厂生产世界上已有几十家工厂生产GPS接收机，产接收机，产品也有几
15、百种。这些产品可以按照原理、用品也有几百种。这些产品可以按照原理、用途、功能等来分类。途、功能等来分类。导航型接收机导航型接收机测地型接收机测地型接收机天线单元天线单元接收单元接收单元授时接收机授时接收机全球定位系统的组成全球定位系统的组成系统结构系统结构 空间空间位置位置组成和分布组成和分布全全球球定定位位系系统统GPS卫星卫星星座星座地面地面监控监控系统系统GPSGPS信信信信号接收号接收号接收号接收机机机机空空间间由由2l颗工作卫星和颗工作卫星和3颗在轨备用卫颗在轨备用卫星组成，星组成，24颗卫星均匀分布在颗卫星均匀分布在6个个轨道平面内轨道平面内地地 面面由分布在全球的由分布在全球的5
16、个地面站个地面站(包括包括5个监控个监控站、站、1个主控站和个主控站和3个注入站，主控站和个注入站，主控站和注入站都位于监控站里注入站都位于监控站里)组成组成用用 户户导航型接收机、测地型接导航型接收机、测地型接收机、授时接收机收机、授时接收机n n请思考：请思考：读读右图，右图，相相邻两个邻两个GPS星座卫星轨星座卫星轨道平面之间道平面之间的夹角是多的夹角是多少度少度?()n n每个卫星每个卫星轨道上各有轨道上各有几颗卫星几颗卫星?它它们两两相隔们两两相隔多少度多少度? ()604颗；颗；90二、二、GPSGPS的应用领域的应用领域1 1、GPSGPS在军事上的应用在军事上的应用3 3、GP
17、SGPS在交通上的应用在交通上的应用4 4、GPSGPS在旅游探险中的应用在旅游探险中的应用2 2、民用、民用GPSGPS1 1、GPSGPS在军事上的应用在军事上的应用 军事是军事是GPSGPS技术最早的应用领域技术最早的应用领域, ,主要是为主要是为各种军事活动提供定位导航各种军事活动提供定位导航. .在现代战争中，在现代战争中，不仅陆、海、空三军，而且许多高科技武器弹不仅陆、海、空三军，而且许多高科技武器弹药等，也都开始采用药等，也都开始采用GPSGPS技术进行定位导航。技术进行定位导航。 目前精确制导武器复合制导的重要技术目前精确制导武器复合制导的重要技术手段。装备手段。装备GPSGP
18、S制导系统之前制导系统之前, ,美军美军BGM-10C“BGM-10C“战斧战斧”巡航导弹误差约为巡航导弹误差约为9 9米；在其米；在其“惯性和惯性和地形匹配地形匹配”制导系统中加入制导系统中加入GPSGPS后，误差降至后，误差降至3 3米，制导精度大大提高。米，制导精度大大提高。 2 2、民用、民用GPSGPS 主要用于交通车辆导航管理、主要用于交通车辆导航管理、航空器定位及导航，以及大地测航空器定位及导航，以及大地测量野外勘测、紧急求援、旅游探量野外勘测、紧急求援、旅游探险、农业监测、生态研究等方面。险、农业监测、生态研究等方面。3 3、GPSGPS在交通上的应用在交通上的应用当你外出旅游
19、或者野外探险的时候，为了当你外出旅游或者野外探险的时候，为了不迷失方向，请问你通常用哪些方法来辨不迷失方向，请问你通常用哪些方法来辨别方向或确定你所在的位置？别方向或确定你所在的位置？ 4 4、户外旅游探险：、户外旅游探险： 余纯顺余纯顺在罗布泊探险遇难时离最近的补给站在罗布泊探险遇难时离最近的补给站仅几百米。风沙淹埋了前人走过的足迹，在茫茫荒仅几百米。风沙淹埋了前人走过的足迹，在茫茫荒漠中又渴又饿的他终于倒下了。如果当时他有一台漠中又渴又饿的他终于倒下了。如果当时他有一台 GPSGPS接收机，惨剧又何以发生？接收机，惨剧又何以发生？ 在地广人稀没有任何参照物可用以辨别方向在地广人稀没有任何参
20、照物可用以辨别方向的情况下，危险无时无刻不在的情况下，危险无时无刻不在, ,手持手持GPSGPS接收机沿接收机沿着机中记录的安全轨迹小心行进，可安全返航。着机中记录的安全轨迹小心行进，可安全返航。 目前，许多休闲俱乐部围绕目前，许多休闲俱乐部围绕GPSGPS功能相继推出功能相继推出“穿越穿越”、“寻宝寻宝”、“野外拓展野外拓展”等都市游戏，丰富等都市游戏，丰富了人们周末生活，提高了人们生活品位，深得户了人们周末生活，提高了人们生活品位，深得户外运动爱好者的欢迎。外运动爱好者的欢迎。内置天线内置天线翻页翻页光标键光标键定位键定位键输入键输入键显示屏显示屏导航键导航键开机键开机键退出键退出键图图1
21、-1地平线地平线卫星编号卫星编号卫星信号卫星信号图图1-21-2 C:C:定位定位 键，显示键，显示标定位置画面标定位置画面如图如图1-41-4所所示，经纬度为示，经纬度为N3203.232N3203.232，E11845.923E11845.923海拔高度海拔高度1717米等信息米等信息图1-4GPS让物流运输过程透明化让物流运输过程透明化大坝变形监测大坝变形监测【 阅读指导 】 车载 GPS 的功用信息接收信息接收信息发射信息发射应用领域应用领域通过车载通过车载 GPS, 可以在显示屏可以在显示屏上及时查看车上及时查看车辆所在的经纬辆所在的经纬度、运行轨迹、度、运行轨迹、速度、行进方速度、
22、行进方向等向等车载电台把定车载电台把定位信息发送给位信息发送给监控中心，在监控中心，在电子地图电子地图上上 显显示出来，可对示出来，可对车辆进行调度车辆进行调度指挥指挥城城市市公共汽车公共汽车调度管理，旅调度管理，旅游区车辆报警游区车辆报警与调度，海关、与调度，海关、公安、海防等公安、海防等部门对车辆的部门对车辆的调度与监控调度与监控【 阅读指导阅读指导 】 GPS 在航海、航空导航中的应用应用类型应用类型应用类型应用类型应用领域应用领域应用作用应用作用航海航海应用应用航空航空应用应用向用户提供船舶位置、向用户提供船舶位置、航速、航向信息、海航速、航向信息、海图、海迹显示图、海迹显示避免船只冲
23、撞，避免船只冲撞，确保航行安全确保航行安全把自己的位置把自己的位置和航向发送到和航向发送到航海管理航海管理 中中 心心便于中心的跟便于中心的跟踪、搜寻和救援踪、搜寻和救援空域航路、着空域航路、着陆、机场监视陆、机场监视和管理和管理实现空域划分、空实现空域划分、空中交通流量管理、中交通流量管理、飞行路径管理飞行路径管理例1 下列关于全球定位系统的叙述。不正确的是( )n nA GPS是利用卫星进行导航、定位的系统是利用卫星进行导航、定位的系统n nBGPS包括两大部分，即空间部分和地包括两大部分，即空间部分和地面控制部分面控制部分n nC GPS卫星星座由卫星星座由24颗卫星组成颗卫星组成n n
24、D野外旅行，只要拥有野外旅行，只要拥有GPS信号接收信号接收机，可随时知道自己所处的经纬度机，可随时知道自己所处的经纬度B解析：全球定位系统包括三大部分。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。即空间星座、地面控制系统和用户系统。n n例例 2 1999 年年 3 月月 27 日，北约部队一架日，北约部队一架 F 一一 117A 隐形战斗机被南联盟防空部队击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，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号，当间谍卫星
25、把呼救信号传送到北约空袭南联盟指挥所后，美军立即安排了空袭南联盟指挥所后，美军立即安排了救援行动。救援行动。 6 小时后，当一架小时后，当一架 EA 一一 6B 电子干扰机发现飞行员的准确位置时，电子干扰机发现飞行员的准确位置时，一架一架 MH 一一 6oG 搜索与救援直升机降落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（安全返回基地。据此回答（ l ）一（）一（ 2 ）题。）题。（1）飞行员发出的呼救信号是（ ）nA , GIS 系统信号系统信号 nB . GPS 系统信号系统信号 nC . RS 系统信号系统信号 nD 以
26、上都不对以上都不对B（2）北约轰炸的科索沃，其气候属于（ ）nA 温带海洋性气候温带海洋性气候 nB 温带季风气候温带季风气候 nC 地中海气候地中海气候 nD 热带沙漠气候热带沙漠气候Cn解析：解析： （1）全球定位系统具）全球定位系统具有定位功能有定位功能 手持型手持型 GPS 接接收机不需要地面辅助设备，只收机不需要地面辅助设备，只要能接收到卫星信号，就能快要能接收到卫星信号，就能快速定位，不受天气、行政区域速定位，不受天气、行政区域的限制。（的限制。（ 2 ）科索沃位于巴）科索沃位于巴尔干半岛，属于地中海气候。尔干半岛，属于地中海气候。n例例 3 在伊拉克战争中，伊拉克点在伊拉克战争中，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雾对于美军的卫星制导导弹没有影响影响 ， 请问美军的卫星制导导请问美军的卫星制导导弹采弹采 用的技术是（用的技术是（ ） nA GIS 系统系统 B . RS 技术技术n C . GPS 技术技术 D . lT技术技术C解析：美军使用的导弹采用全球定位系统枝术，实行定解析：美军使用的导弹采用全球定位系统枝术，实行定位轰炸，烟雾不会产生形响。位轰炸，烟雾不会产生形响。E-mail:
