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教学目的：了解全球定位系统的概念、组成和工作原理。举例说明全球定位系统的应用。第一节全球定位系统及其应用重点:组成和应用难点:工作原理一、全球定位系统(GPS)Globalpositioningsystem1.概念：具有海陆空进行全方位、实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。2.GPS的发展美国在20世纪70年代初开始研制GPS，并于1994年全面建成。在全球范围内提供实时和连续的导航定位及授时服务。纬度A(x,y)B(x,y,z)经度海拔[思考]1.在一个平面直角坐标系上，确定点A的位置，需要知道几个值？2.在一个空间三维坐标系上，确定点B的位置，需要知道几个值？3.要精确知道一个人在地球上的位置，必须知道几个值？实际上，这几个值就决定了定位一个人至少需要几颗卫星，试着解释其中的原因。思维启迪全球定位系统可为用户提供精密的三维坐标，包括地理位置中的经纬和纬度、高程。2.每条卫星轨道上各有几颗卫星？同一条卫星轨道上相临的两颗卫星间夹角是多少度？1.读下图，相邻两个GPS卫星的轨道平面夹角是多少度？[练习]60°4颗；90°（1）卫星定位的基本原理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。资料：56页工作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。具体如图所示：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。卫星定位基本原理—定位原理原理说明卫星向地面发射电磁波，以光速传播。卫星距地面高度约为20000km。卫星定位基本原理—定位原理定位原理得到卫星和接收机之间的距离后如何定位？卫星定位基本原理—定位原理平面定位原理(2)卫星定位基本原理—定位原理定位原理黑色=可见,红色=不可见,绿色=视线总共50颗以上卫星。地球任意一点可以看到5-12颗卫星。任一卫星的瞬时位置可根据星历计算得到。美国GPS欧盟伽利略俄罗斯GLONASS中国BDS空间距离交汇定位卫星定位基本原理—定位原理(x,y,z)为待求的接收机位置，d为卫星到接收机的距离，(xi,yi,zi)为卫星瞬时位置（由星历计算得到）。定位误差卫星定位基本原理—定位原理三方面的误差：•卫星产生的误差•传播路径产生的误差•接收机产生的误差定位方程修正卫星定位基本原理—定位原理伪距定位基本观测方程tC是通过延时计算的星站距离是真实的星站距离是时钟偏差引起的误差星站距离计算以码相位对齐测出GPS信号时延以时延计算距离卫星定位空间距离交会法定位同步观测4颗以上卫星地面控制1个主控站3个注入站5个监控站空间部分24颗卫星用户设备（3）全球定位系统的组成资料：55资料：56页全球定位系统的组成组成位置组成分布功能全球定位系统GPS卫星地面监控系统GPS信号接收机空间由2l颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内地面由分布在全球的5个地面站(包括5个监控站、1个主控站和3个注入站，主控站和注入站都位于监控站里)组成用户GPS接收机（导航型接收机、测地型接收机、授时接收机）提供与定位相关的参数和时间信息监测和控制卫星上各种设备是否正常工作，以及卫星是否沿预定轨道运行显示接收机的经纬度、高度、运动方向和速度等信息，经数据处理，完成导航和定位工作主控站：1个监测站：5个注入站：3个主控站：1个监测站：5个注入站：3个主控站：1个监测站：5个注入站：3个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——GPS时间系统类型应用功能用于运动载体的导航，分为车载型、航海型、航空型和星载型能够实时给出载体的位置和速度，价格便宜，应用广泛测地接收机定位精度高，仪器结构复杂，价格较贵授时接收机用于天文台及无线电通讯利用GPS卫星提供的高精度时间进行授时用于精密大地测量导航接收机接收到3颗卫星的信息，可知所在点的位置；接收到4颗或4颗以上卫星的信息，可计算运动速度。还可显示一些附加数据，如距离和航向等。资料：55页思维活动1．GPS要确定一辆正在运动中的出租车的速度，至少需要几颗卫星的信息？能否应用GPS对台风中心进行定位？4颗。要确定地面静止物体的三维坐标，需要3颗卫星提供的信息；要确定地面运动物体的三维坐标和运动速度，至少需要4颗卫星提供的资料。全球定位系统由三部分组成，这三部分缺一不可。台风中心没有用户设备部分，故不能用GPS定位。资料：56页探究活动空间部分。GPS卫星星座的主要功能是不间断地发送各自与定位相关的参数和时间信息。读材料，结合教材有关内容，完成下列问题。材料一全球定位系统的卫星星座图材料二GPS接收机显示的信息图(1)材料一显示了全球定位系统的哪个组成部分？其主要功能是什么？资料：56页探究活动用户设备部分。GPS接收机可以接受卫星信息，确定接收机所在点的位置及运动速度等。读材料，结合教材有关内容，完成下列问题。材料一全球定位系统的卫星星座图材料二GPS接收机显示的信息图(2)材料二中的GPS接收机属于全球定位系统的哪个组成部分？其主要功能是什么？资料：56页探究活动8颗卫星，其中8号、11号、28号三颗卫星的信号较强，2号、20号两颗卫星的信号较弱。读材料，结合教材有关内容，完成下列问题。材料一全球定位系统的卫星星座图材料二GPS接收机显示的信息图(3)材料二中表示的接收机所在位置仰望天空搜索到的卫星有几颗，其中信号较强的是那几颗？信号最弱的是那几颗？(写代号)资料：56页探究活动纬度为39°58′27.9″N，经度为116°18′50.2″E，海拔为109米。11。读材料，结合教材有关内容，完成下列问题。材料一全球定位系统的卫星星座图材料二GPS接收机显示的信息图(4)材料二中表示的接收机所在位置的地理坐标是什么？图中位于头顶处的卫星代号是哪颗？应用领域性能优点功能手持型GPS接收机拓展延伸手持型GPS接受机多为导航使用（掌握）夜晶显示，导航画面清晰，配有背景灯，方便夜间操作，功能齐全不需要地面设备，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，并将经过的地点、路线记录下来，方便返回时用；计算两点的距离，实现坐标系之间的相互转换；计算日出、日落时间全球定位系统的作用、功能和特点特点：（1）全天候，不受天气影响；（2）全球覆盖；（3）三维定速定时高精度；（4）快速省时高效率；（5）应用广泛、多功能。作用：可以快速精确地确定地面某点的位置（经度、纬度）和高程，甚至速度、距离和航向等。主要功能：定位和导航二、全球定位系统（GPS）应用二、全球定位系统（GPS）应用军事：导弹的飞行、飞机的导航、精确打击的实现测绘：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？娱乐旅游除用于军事外，它还被广泛应用于测绘、交通、救援、农业、娱乐旅游等领域二、全球定位系统（GPS）应用除用于军事外，GPS还有哪些应用领域？资料：57探究活动阅读下面材料，完成下列各题。材料一上海世博会期间，GPS导航服务被广泛应用于出租车等其他社会车辆中。材料二2013年1月1日，秘鲁警方宣布，由于2012年成功实施预防战略，特别是在长途运输车辆上安装了GPS卫星跟踪系统及加大打击犯罪力度，公路犯罪案件比2011年明显下降。材料三我国旅游业在发展过程中，出现了两种现象：一是随着私家车的增多，“自驾游”越来越多，尽管人们对某地道路一点也不熟，但只要有车载导航系统，一切都迎刃而解；二是将目光投向人迹罕至的地区，过去人们在这些地区极易迷失方向，遭遇危险，现在只要配有GPS接收机，安全得到了保障。(1)根据材料可以看出，GPS应用的领域有哪些方面？除了这些，GPS还应用于哪些领域？交通、打击犯罪、旅游、娱乐、救援(任选两个)。军事、测量、救援(任选两个，救援不能重复)GPS在军事中的应用GPS导航的舰载飞弹配备GPS的士兵美国海军核潜艇资料：57导弹的制导协同作战方面资料：57GPS可为各级指挥系统提供各种目标及事件所发生的时间和地点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。提高命中目标的精度美伊战争70%左右使用GPS辅助制导，使战斧式巡航导弹从1600千米的地方准确打击一个小房子的目标。同时也广泛应用于野外行进中单兵和移动装备的定位及跟踪。1999.4.14日，以美国为首的北约悍然使用5枚导弹袭击了中国驻南斯拉夫大使馆，那5枚导弹均匀地分布在我们的大使馆楼顶的扇面上，其中4枚当场爆炸，另有1枚未爆炸，使馆被夷为焦土，3位新闻工作者邵云环、许杏虎、朱颖当场牺牲。军事方面本次测量除采用1975年时的传统测量方法外，还采取GPS测量系统。原1975年公布的珠峰高程数据停止使用。2005年10月9日上午10时，国家测绘局局长陈邦柱宣布珠穆朗玛峰高度最新测量结果：测量方面珠穆朗玛峰高度最新测量结果为8844.43米参数：珠穆朗玛峰峰顶岩石面高程测量精度±0.21米；峰顶冰雪深度3.50米。资料：57隔河岩大坝外观变形GPS自动化监测系统GPS在精密工程测量及变形监测中的应用隔河岩水库位于湖北省长阳县境内，隔河岩水电站是清江中游的一个水利水电工程。其外观变形GPS自动化监测系统于1998年3月投入运行，系统由数据采集、数据传输、数据处理三大部分组成。GPS地壳形变观测资料：57GPS地壳形变观测太阳能电池资料：57测量精度可以达到厘米级的程度，广泛应用于大地测量、资源勘探、地壳运动观测、地籍测量等领域。交通方面资料：57GPS在交通运输中的作用车载型GPS机交通方面资料：57GPS在交通运输业中的应用•航运、航空搜索•陆路交通（车辆导航、监控）•船舶远洋导航和进港引水车辆导航管理对航空器的定位及导航车辆导航配备GPS的巡警资料：57GPS汽车导航资料：57资料：57车载GPS的功用信息接收信息发射应用领域通过车载GPS,可以在显示屏上及时查看车辆所在的经纬度、运行轨迹、速度、行进方向等车载电台把定位信息发送给监控中心，在电子地图上显示出来，可对车辆进行调度指挥城市公共汽车调度管理，旅游区车辆报警与调度，海关、公安、海防等部门对车辆的调度与监控资料：57资料：57探究活动阅读下面材料，完成下列各题。材料一上海世博会期间，GPS导航服务被广泛应用于出租车等其他社会车辆中。材料二2013年1月1日，秘鲁警方宣布，由于2012年成功实施预防战略，特别是在长途运输车辆上安装了GPS卫星跟踪系统及加大打击犯罪力度，公路犯罪案件比2011年明显下降。材料三我国旅游业在发展过程中，出现了两种现象：一是随着私家车的增多，“自驾游”越来越多，尽管人们对某地道路一点也不熟，但只要有车载导航系统，一切都迎刃而解；二是将目光投向人迹罕至的地区，过去人们在这些地区极易迷失方向，遭遇危险，现在只要配有GPS接收机，安全得到了保障。(2)上海世博会期间GPS对开车出行有什么作用？规划出最佳路线；引导驾驶；随时掌握前方路况，提高出行效率；了解出行目的地的停车状况。海上营救不可否认的是，由于全球气温的升高，北极的浮冰逐渐开始融化，北极救援方面资料：57熊昔日的家园已遭到一定程度的破坏，猎物也相应减少。另外，即便游泳技术出色，它们也无法长时间地待在海里，日益开阔的海面更增加了它们在游泳时的危险。北极熊母子被困海冰在海上漂流——全球变暖1912年4月14日，英国大型豪华客船泰坦尼克号在北大西洋北纬40°46′，西经50°14′处与冰山相撞，于15日2时20分沉没，是死亡人数最多的海难。泰坦尼克号于1912年建成，1912年4月10日载客1316人、船员885人，自英国南安普敦始航至美国纽约，也是该船建成后的首