全球定位系统与交通运输

南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授单元活动全球定位系统与交通运输南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授一、全球定位系统的构成全球定位系统的全称:授时与测距导航系统----全球定位系统(navigationsystemtimingandranging—globalpositioningsystem缩写:GPS)南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授全球定位系统是美国从20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。在美国,GPS全球卫星定位技术与“阿波罗”飞船登月、航天飞机升空，同列为20世纪“三大航天工程”。南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授GPS系统包括三大部分：（1）GPS卫星（空间部分）（2）地面支撑系统（地面监控部分）（3）GPS接收机（用户部分）南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授空间卫星系统由均匀分布在6个轨道平面上的24颗高轨道工作卫星构成，各轨道平面相对于赤道平面的倾角为55º，轨道平面间距60º。在每一轨道平面内，各卫星升交角距差90º，任一轨道上的卫星比西边相邻轨道上的相应卫星超前30º。GPS工作卫星组网保障全球任一时刻、任一地点都可对4颗以上卫星进行观测（最多可达11颗），实现连续、实时地导航和定位。南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授GPS卫星空间GPS系统南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授地面监控系统由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基地上的5个监测站、一个主控站和三个注入站构成。该系统的功能是：对空间卫星系统进行监测、控制，并向每颗卫星注入更新的导航电文。南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授主控站位于美国科罗拉多的斯平士（ColoradoSprings）的联合空间执行中心（CSOC），三个注入站分别设在大西洋、印度洋和太平洋的三个美国军事基地上，即大西洋的阿松森岛（Ascension）、印度洋的狄哥·伽西亚(DiegoGarcia)和太平洋的卡瓦加兰(Kwajalein),五个监测站设在主控站和三个注入站以及夏威夷岛。南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授监测站用GPS接收系统测量每颗卫星的位距和距离差，采集气象数据，并将观测数据传送给主控点。5个监控站均为无人守值的数据采集中心。南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授主控站主控站接收各监测站的gps卫星观测数据、卫星工作状态数据、各监测站和注入站自身的工作状态数据。根据上述各类数据，完成以下几项工作：·及时编算每颗卫星的导航电文并传送给注入站。·控制和协调监测站间、注入站间的工作，检验注入卫星的导航电文是否正确以及卫星是否将导航电文发给了GPS用户系统。·诊断卫星工作状态，改变偏离轨道的卫星位置及姿态，调整备用卫星取代失效卫星。南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授注入站接受主控站送达的各卫星导航电文并将之注入飞越其上空的每颗卫星。南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授GPS的应用领域GPS在军事上的应用GPS在交通上的应用GPS在旅游探险中的应用南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授GPS在军事上的应用军事是GPS技术最早的应用领域,主要是为各种军事活动提供定位导航.在现代战争中，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GPS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手段。装备GPS制导系统之前,美军BGM-09C“战斧”巡航导弹误差约为9米；在其“惯性和地形匹配”制导系统中加入GPS后，误差降至3米，制导精度大大提高。南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授民用GPS主要用于交通车辆导航管理、航空器定位及导航，以及大地测量野外勘测、紧急求援、旅游探险、农业监测、生态研究等方面。南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授GPS在交通上的应用车辆跟踪、提供出行路线功能和导航、信息查询、话务指挥和紧急救援等。南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授户外探险：余纯顺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，在茫茫荒漠中又渴又饿的他终于倒下了。如果当时他有一台GPS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的情况下，危险无时无刻不在,手持GPS接收机沿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GPS功能相继推出“穿越”、“寻宝”、“野外拓展”等都市游戏，丰富了人们周末生活，提高了人们生活品位，深得户外运动爱好者的欢迎。南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授学会使用“GPS接收机”GPS接收机是用于接受GPS卫星定位信息的用户设备，有两大主要用途：定位和导航。GPS12是美国GARMIN公司于1998年推出的全中文接收机，是目前国内市场上的一款主流机型。如下页图中所示南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授内置天线翻页光标键定位键输入键显示屏导航键开机键退出键图1-1南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授(一)定位用GPS接收机定位，详细步骤如下：A:开机接收卫星信号，显示〈收星画面〉如图1-2所示南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授地平线卫星编号卫星信号图1-2南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授收星画面是开机后的第一个画面，表示卫星的分布与接收状态。接收到的卫星不能低于3颗，要选择室外无障碍物地区接收。卫星方位：上北下南，左西右东卫星仰角：中心相当于所处位置正上方，大圆代表地平线，中间圆为45度仰角卫星编号：图中数字表示地平线上方的卫星，数字反白表示卫星未收到黑框条图：表示接收到的卫星信号的强弱，黑条越高，代表信号越强；如果是白框条，表示该颗卫星正处于跟踪状态；如果黑条和白框条都没有，表示还未收到卫星信号。一般来说，圆圈中卫星越靠近中心，接收到的卫星信号越强。如图1-2中接收到10颗卫星，而且信号比较强。南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授B:连续按[翻页]键或[退出]键,切换至数据查询画面如图1-3所示数据查询画面表示接收点的具体信息。南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授图1-3南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授航向：运动时的方向，它的角度是以正北为0°，顺时针逐渐增加，正东为90°，正西为270°，因此运动时可以椐此判断北的方向。航速：为固定显示数据不能更改，当接收卫星后卫星会自动根据你的运动情况测定该值。航程：相当于里程表，记录航行过的实际路程。高度：显示所处点的海拔高度。图1-3中高度是17m坐标：接收点的经纬度。图1-3中坐标是N32°36′53.9″；E120°54′19.2″。时间：采用卫星钟授时。南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授C:[定位]键，显示〈标定位置画面〉如图1-4所示，图中显示航点编号为005、经纬度为N32°03.232′，E118°45.923′等信息图1-4南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授D:移动[光标]键至航点编号处，按[输入]键确定，按上下[光标]键可对航点名称进行重新编号，最后再按[输入]键确定E:移动[光标]键选中[平均]处，[平均]反白处，按[输入]键确定，此时机器开始自动平滑，提高定位精度F:[误差]处为平滑参考值，数字越小，精度越高，待[误差]处数字固定不变或达到期望值，此时光标在[存入]处，按[输入]键，存点完毕。南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授（二）导航GPS接收机不仅可定位，而且可导航。不管你是身处浩瀚的沙漠之中，还是在波浪滔天的大海上，都不会因为迷失方向而发愁。使用GPS接收机导航，首先要建立航路点，然后才能进行导航。南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授建立航路点第一种方法：按[定位]键记录各个位置,建立航路点。（方法参照上节所述）第二种方法：直接输入经、纬度数据，建立航路点。南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授A.开机接收卫星信号，显示〈收星画面〉如图1-2所示地平线卫星编号卫星信号图1-2南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授B.连续按[翻页]键或[退出]键，直到显示〈功能设定画面〉如图1-5所示图1-5南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授C.移动[光标]键选中[航点]，按[输入]键确定，显示〈航点画面〉。如图1-6图1-6南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授D.移动[光标]键选中航点编号，按[输入]键确定，用[光标]键选择所要的航点编号，按[输入]键确定，图1-6中确定的是004号航点。E.移动[光标]键选中经纬度，进行经纬度编辑，输入航路点的经纬度，方法同上，按[输入]键确定。F.最后移动[光标]键选中画面下部的[完成]，按[输入]键确定，录入完成，回到〈功能设定画面〉。如图1-5所示南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授单点导航地平线卫星编号卫星信号图1-2南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授图1-7南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授图1-8比例设置航迹线南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授图1-9南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授图1-10南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室盛业华教授图1-11