第三節(jié)全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用一、全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)(Globalpositioningsystem，簡稱GPS)是具有在海、陸、空進行全方位、實時三維導(dǎo)航與定位功能的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。1、概念2、特點(1)全球，全天候工作(2)能為用戶提供連續(xù)、實時的三維位置、三維速度和精密時間，不受天氣的影響。單機定位精度優(yōu)于10米，采用差分定位，精度可達厘米級和毫米級。隨著人們對GPS認識的加深，GPS不僅在測量、導(dǎo)航、測速、測時等方面取得更廣泛的應(yīng)用．而且其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。(4)功能多，應(yīng)用廣(3)定位精度高3、GPS的起源覆蓋的工作區(qū)域小；電波傳播受大氣影響；定位精度不高。在衛(wèi)星定位系統(tǒng)出現(xiàn)之前，遠程導(dǎo)航與定位主要用無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。（1）無線電導(dǎo)航系統(tǒng)缺點：最早的衛(wèi)星定位系統(tǒng)是美國的子午儀系統(tǒng)(TRANSIT)，1958年研制，1964年正式投入使用。由于該系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目較少(5～6顆)，運行高度較低(平均1000km)，從地面站觀測到衛(wèi)星的時間間隔較長(平均1．5h)，因而它無法提供連續(xù)的實時三維導(dǎo)航，而且精度較低。（2）衛(wèi)星定位系統(tǒng)為滿足軍事部門和民用部門對連續(xù)實時和三維導(dǎo)航的迫切要求，1973年美國國防部制定了GPS計劃。從1979年到1984年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗衛(wèi)星，研制了各種用途的接收機，實驗表明，GPS定位精度遠遠超過設(shè)計標準。4、GPS發(fā)展歷程——三個階段第一階段為方案論證和初步設(shè)計階段從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗衛(wèi)星，研制了地面接收機及建立地面跟蹤網(wǎng)。第二階段為全面研制和試驗階段1989年第一顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功表明GPS系統(tǒng)進入工程建設(shè)階段，1993年底實用的GPS網(wǎng)即(21+3)GPS星座已經(jīng)建成.第三階段為實用組網(wǎng)階段5、全球定位系統(tǒng)的組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)空間位置組成和分布全球定位系統(tǒng)GPS衛(wèi)星星座地面監(jiān)控系統(tǒng)GPS信號接收機空間由2l顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成，24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內(nèi)地面包括5個監(jiān)測站、1個主控站和3個注入站，主控站和注入站都位于監(jiān)控站里用戶導(dǎo)航型接收機、測地型接收機、授時接收機請思考：讀右圖，①相鄰兩個GPS星座衛(wèi)星軌道平面之間的夾角是多少度?()②每個衛(wèi)星軌道上各有幾顆衛(wèi)星?它們兩兩相隔多少度?()60°4顆；90°(1)GPS衛(wèi)星星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成。GPS衛(wèi)星星座記作(2l+3)GPS星座。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平各個軌道平面之間的夾角為60度(2)地面監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測站—獲取GPS數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)送至主控站。主控站--控制、調(diào)度衛(wèi)星。注入站—將主控站的改正參數(shù)等注入每顆衛(wèi)星。

衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常工作以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運行，都要由地面設(shè)備進行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標準——GPS時間系統(tǒng)。GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站。

美國全球定位系統(tǒng)地面監(jiān)控系統(tǒng)由均勻分布在美國本土和三大洋的美軍基地上的1個主控站、3個注入站、5個監(jiān)測站構(gòu)成。該系統(tǒng)的功能是：對空間衛(wèi)星系統(tǒng)進行監(jiān)測、控制，并向每顆衛(wèi)星注入更新的導(dǎo)航電文。

主控站位于美國科羅拉多的斯平士（ColoradoSprings）的聯(lián)合空間執(zhí)行中心（CSOC），三個注入站分別設(shè)在大西洋、印度洋和太平洋的三個美國軍事基地上，即大西洋的阿松森島（Ascension）、印度洋的迭哥·伽西亞(島DiegoGarcia)和太平洋的夸賈林島Kwajalein),五個監(jiān)測站設(shè)在主控站和三個注入站以及夏威夷島。（3）用戶系統(tǒng)能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，實時地計算出測站的三維坐標，甚至三維速度和時間。A、組成GPS衛(wèi)星接收機、GPS數(shù)據(jù)處理軟件B、任務(wù)GPS信號接收機C、GPS接收機的類型類型應(yīng)用特點導(dǎo)航型接收機測地型接收機授時接收機用于運動載體的導(dǎo)航，按具體用途分為車載型、航海型、航空型和星載型能夠?qū)崟r地給出載體的位置和速度；價格便宜，應(yīng)用廣泛用于精密大地測量和精密工程測量定位精度高，儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜；價格較貴用于天文臺及無線通訊利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時間進行授時［閱讀指導(dǎo)］手持型GPS接收機應(yīng)用領(lǐng)域性能優(yōu)點功能手持型GPS接收機多為導(dǎo)航使用液晶顯示，導(dǎo)航畫面清晰，配有背景燈，方便夜間操作．功能鍵齊全不需要地面輔助設(shè)備，只要收到衛(wèi)星信號，就能快速定位，不受天氣、行政區(qū)域的限制能夠計算當?shù)氐膰H標準時間，處于運動狀態(tài)還能指出正北方向，并將經(jīng)過的地點、路線記錄下來，方便返回時用；計算兩點間的距離，實現(xiàn)坐標系間的相互轉(zhuǎn)換；計算日出、日落時間

二、全球定位系統(tǒng)與定位導(dǎo)航1、最初設(shè)計目的軍事目的2、精度

GPS接收機在捕獲和跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中固定不變，接收機高精度地測量GPS信號的傳播時間，利用GPS衛(wèi)星在軌的已知位置，解算出接收機天線所在位置的三維坐標。（1）靜態(tài)定位是用GPS接收機測定一個運動物體的運行軌跡。GPS信號接收機所位于的運動物體叫做載體（如航行中的船艦，空中的飛機，行走的車輛等）。載體上的GPS接收機天線在跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中相對地球而運動，接收機用GPS信號實時地測得運動載體的狀態(tài)參數(shù)（瞬間三維位置和三維速度）（2）動態(tài)定位（3）速度測量能達到厘米級精度（4）時間測量能達到毫微秒級精度【閱讀指導(dǎo)】車載GPS的功用信息接收信息發(fā)射應(yīng)用領(lǐng)域通過車載GPS,可以在顯示屏上及時查看車輛所在的經(jīng)緯度、運行軌跡、速度、行進方向等車載電臺把定位信息發(fā)送給監(jiān)控中心，在電子地圖上顯示出來，可對車輛進行調(diào)度指揮城市公共汽車調(diào)度管理，旅游區(qū)車輛報警與調(diào)度，海關(guān)、公安、海防等部門對車輛的調(diào)度與監(jiān)控【閱讀指導(dǎo)】GPS在航海、航空導(dǎo)航中的應(yīng)用應(yīng)用類型應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用作用航海應(yīng)用航空應(yīng)用向用戶提供船舶位置、航速、航向信息、海圖、海跡顯示避免船只沖撞，確保航行安全把自己的位置和航向發(fā)送到航海管理中心便于中心的跟蹤、搜尋和救援空域航路、著陸、機場監(jiān)視和管理實現(xiàn)空域劃分、空中交通流量管理、飛行路徑管理3、GPS的應(yīng)用領(lǐng)域（1）GPS在軍事上的應(yīng)用（3）GPS在交通上的應(yīng)用（4）GPS在旅游探險中的應(yīng)用（2）民用GPS（1）GPS在軍事上的應(yīng)用軍事是GPS技術(shù)最早的應(yīng)用領(lǐng)域,主要是為各種軍事活動提供定位導(dǎo)航.在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，不僅陸、海、空三軍，而且許多高科技武器彈藥等，也都開始采用GPS技術(shù)進行定位導(dǎo)航。目前精確制導(dǎo)武器復(fù)合制導(dǎo)的重要技術(shù)手段。裝備GPS制導(dǎo)系統(tǒng)之前,美軍BGM-10C“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈誤差約為9米；在其“慣性和地形匹配”制導(dǎo)系統(tǒng)中加入GPS后，誤差降至3米，制導(dǎo)精度大大提高。

主要用于交通車輛導(dǎo)航管理、航空器定位及導(dǎo)航，以及大地測量野外勘測、緊急求援、旅游探險、農(nóng)業(yè)監(jiān)測、生態(tài)研究等方面。（3）GPS在交通上的應(yīng)用（2）民用GPS余純順在羅布泊探險遇難時離最近的補給站僅幾百米。風沙淹埋了前人走過的足跡，在茫茫荒漠中又渴又餓的他終于倒下了。如果當時他有一臺GPS接收機，慘劇又何以發(fā)生？在地廣人稀沒有任何參照物可用以辨別方向的情況下，危險無時無刻不在,手持GPS接收機沿著機中記錄的安全軌跡小心行進，可安全返航。目前，許多休閑俱樂部圍繞GPS功能相繼推出“穿越”、“尋寶”、“野外拓展”等都市游戲，豐富了人們周末生活，提高了人們生活品位，深得戶外運動愛好者的歡迎。(4)戶外旅游探險內(nèi)置天線翻頁光標鍵定位鍵輸入鍵顯示屏導(dǎo)航鍵開機鍵退出鍵圖1-1地平線衛(wèi)星編號衛(wèi)星信號圖1-2

C:[定位]鍵，顯示〈標定位置畫面〉如圖1-4所示，經(jīng)緯度為N32°03.232′，E118°45.923′海拔高度17米等信息圖1-4例1下列關(guān)于全球定位系統(tǒng)的敘述，不正確的是()A、GPS是利用衛(wèi)星進行導(dǎo)航、定位的系統(tǒng)B、GPS包括兩大部分，即空間部分和地面控制部分C、GPS衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成D、野外旅行，只要擁有GPS信號接收機，可隨時知道自己所處的經(jīng)緯度B解析：全球定位系統(tǒng)包括三大部分,即空間星座、地面控制系統(tǒng)和用戶系統(tǒng)。1999年3月27日，北約部隊一架F--117A隱形戰(zhàn)斗機被南聯(lián)盟防空部隊擊落。飛行員跳傘后在腳觸地的一剎那，通過手持型信號發(fā)射器發(fā)出緊急呼救信號，當間諜衛(wèi)星把呼救信號傳送到北約空襲南聯(lián)盟指揮所后，美軍立即安排了救援行動。6小時后，當一架EA一6B電子干擾機發(fā)現(xiàn)飛行員的準確位置時，一架MH一6oG搜索與救援直升機降落在飛行員面前，把飛行員接上直升機并安全返回基地。據(jù)此回答（l）~（2）題。例2（1）飛行員發(fā)出的呼救信號是（）A、GIS系統(tǒng)信號B、GPS系統(tǒng)信號C、RS系統(tǒng)信號D、以上都不對B（2）北約轟炸的科索沃，其氣候?qū)儆冢ǎ〢、溫帶海洋性氣候