第三節(jié)全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用

本節(jié)目錄一、全球定位系統(tǒng)三、全球定位系統(tǒng)組成四、全球定位系統(tǒng)應(yīng)用二、GPS定位原理一、全球定位系統(tǒng)

在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，曾經(jīng)有記者問(wèn)一位飛行員：“你知道去轟炸哪個(gè)城市嗎？”

飛行員回答：“不知道。”“那你怎么去轟炸呢？”“容易，上級(jí)給我一個(gè)坐標(biāo)，我按計(jì)算機(jī)的指引，投下采用GPS導(dǎo)航的炸彈掉頭就走，跟我玩游戲機(jī)沒(méi)哈兩樣?！?/p>

這個(gè)例子是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中引用GPS系統(tǒng)的典型案例。我們反對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)，但要想能更好的維護(hù)世界和平，我們也需要了解GPS——全球定位系統(tǒng)這種現(xiàn)代地理信息技術(shù)。全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用//全球定位系統(tǒng)基本概念全球定位系統(tǒng)：（GlobalPositioningSystem簡(jiǎn)稱GPS

）是具有在海、陸、空進(jìn)行全方位、實(shí)時(shí)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)。知識(shí)點(diǎn)導(dǎo)航通俗地說(shuō)：利用衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)適時(shí)進(jìn)行導(dǎo)航、定位的系統(tǒng)2．衛(wèi)星定位系統(tǒng)最早的衛(wèi)星定位系統(tǒng)是美國(guó)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(yùn)行高度較低(平均1000km)，從地面站觀測(cè)到衛(wèi)星的時(shí)間間隔較長(zhǎng)(平均1．5h)，因而它無(wú)法提供連續(xù)的實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航，而且精度較低。為滿足軍事部門(mén)和民用部門(mén)對(duì)連續(xù)實(shí)時(shí)和三維導(dǎo)航的迫切要求，1973年美國(guó)國(guó)防部制定了GPS計(jì)劃。3．GPS發(fā)展歷程

GPS實(shí)施計(jì)劃共分三個(gè)階段：

第一階段為方案論證和初步設(shè)計(jì)階段。從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗(yàn)衛(wèi)星。研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)。

第二階段為全面研制和試驗(yàn)階段。從1979年到1984年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗(yàn)衛(wèi)星。研制了各種用途的接收機(jī)。實(shí)驗(yàn)表明，GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。第三階段為實(shí)用組網(wǎng)階段。1989年2月4日第一顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明GPS系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)階段。1993年底實(shí)用的GPS網(wǎng)即(21+3)GPS星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)計(jì)劃更換失效的衛(wèi)星。

在美國(guó),GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)與“阿波羅”飛船登月,航天飛機(jī)升空,共同給列為20世紀(jì)“三大航天工程”.二、GPS定位原理問(wèn)題探討:

按照理論,我們知道要保證地面各點(diǎn)能接收到信息只要3顆衛(wèi)星就可以了,為什么我們要用4顆衛(wèi)星呢?

當(dāng)GPS收到3顆衛(wèi)星的信號(hào)，它只能計(jì)算出2維坐標(biāo)：經(jīng)度和緯度，這時(shí)它可能還會(huì)顯示高度數(shù)據(jù)，但這數(shù)據(jù)是無(wú)效的。當(dāng)GPS能夠收到4顆及以上衛(wèi)星的信號(hào)時(shí)，它能計(jì)算出本地的3維坐標(biāo)：經(jīng)度、緯度、高度。[跨越障礙]

全球定位系統(tǒng)的特點(diǎn)是什么(1)全球，全天候工作。

(2)能為用戶提供連續(xù)、實(shí)時(shí)的三維位置、三維速度和精密時(shí)間，不受天氣的影響。

(3)定位精度高：?jiǎn)螜C(jī)定位精度優(yōu)于10米，采用差分定位，精度可達(dá)厘米級(jí)和毫米級(jí)。

(4)功能多，應(yīng)用廣：隨著人們對(duì)GPS認(rèn)識(shí)的加深，GPS不僅在測(cè)量、導(dǎo)航、測(cè)速、測(cè)時(shí)等方面取得更廣泛的應(yīng)用．而且其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。三、全球定位系統(tǒng)組成全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用//全球定位系統(tǒng)組成空間部分

24顆衛(wèi)星星座用戶設(shè)備地面控制1個(gè)主控站3個(gè)注入站5個(gè)監(jiān)控站目錄面板開(kāi)關(guān)全球定位系統(tǒng)GPS測(cè)量原理GPS的組成GPS應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)導(dǎo)航監(jiān)測(cè)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。空間部分各軌道平面相對(duì)于赤道平面的傾角為55o，軌道平面間距60o。在每一軌道平面內(nèi)，各衛(wèi)星升交角距差90o

為了減少誤差，一般要求4顆衛(wèi)星，用于定位的4顆衛(wèi)星稱為定位星座。返回用戶設(shè)備類型應(yīng)用用于運(yùn)動(dòng)載體的導(dǎo)航，分為車載型、航海型、航空型和星載型能夠?qū)崟r(shí)給出載體的位置和速度，價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛測(cè)地接收機(jī)定位精度高，儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴授時(shí)接收機(jī)用于天文臺(tái)及無(wú)線電通訊利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時(shí)間進(jìn)行授時(shí)用于精密大地測(cè)量和精密工程測(cè)量導(dǎo)航接收機(jī)返回全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用//全球定位系統(tǒng)組成車載GPS接收器目錄面板開(kāi)關(guān)全球定位系統(tǒng)GPS測(cè)量原理GPS的組成GPS應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)導(dǎo)航四、全球定位系統(tǒng)應(yīng)用它能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量“四度”：經(jīng)度、緯度、高度、速度GPS功能1、定位:2、導(dǎo)航:我現(xiàn)在在哪里？我要去哪里？如何去？3.跟蹤。跟蹤-監(jiān)視人或物體的運(yùn)動(dòng)。4.繪圖。用于繪制世界地圖。5.定時(shí)。提供精確的時(shí)間。

C:[定位]鍵，顯示〈標(biāo)定位置畫(huà)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【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(guò)車載GPS,可以在顯示屏上及時(shí)查看車輛所在的經(jīng)緯度、運(yùn)行軌跡、速度、行進(jìn)方向等車載電臺(tái)把定位信息發(fā)送給監(jiān)控中心，在電子地圖上顯示出來(lái)，可對(duì)車輛進(jìn)行調(diào)度指揮城市公共汽車調(diào)度管理，旅游區(qū)車輛報(bào)警與調(diào)度，海關(guān)、公安、海防等部門(mén)對(duì)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(jī)場(chǎng)監(jiān)視和管理實(shí)現(xiàn)空域劃分、空中交通流量管理、飛行路徑管理美國(guó)地面部隊(duì)在人生地不熟的沙漠里，正是靠GPS的指向，才順利完成了各項(xiàng)軍事任務(wù)；現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，從幾千公里外發(fā)射的導(dǎo)彈能準(zhǔn)確地命中目標(biāo)，也是靠的GPS技術(shù)．我們1999年南聯(lián)盟使館被炸，那5枚精確制導(dǎo)炸彈，全部是GPS精確制導(dǎo)的炸彈，那5枚導(dǎo)彈均勻地分布在我們的大使館樓頂?shù)纳让嫔希@是GPS在軍事上運(yùn)用獲得的效能。導(dǎo)彈的飛行、飛機(jī)的導(dǎo)航、精確打擊的實(shí)現(xiàn)，無(wú)不依賴于GPS，所以，當(dāng)前的美伊戰(zhàn)爭(zhēng)，GPS也成了雙方爭(zhēng)斗的重要一環(huán).如果沒(méi)有這一系統(tǒng)，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中美國(guó)的兩枚導(dǎo)彈先后攻擊同一目標(biāo)，后一枚導(dǎo)彈通過(guò)前一導(dǎo)彈炸開(kāi)的洞鉆入目標(biāo)內(nèi)部進(jìn)行攻擊是不可能的）。由于它的精確度目前已達(dá)到10米內(nèi)，該系統(tǒng)曾被美軍在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)、阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)中廣泛運(yùn)用，并發(fā)揮了巨大威力。為了提高精確度，美國(guó)國(guó)防部在實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候，又增加4顆衛(wèi)星，使得衛(wèi)星總數(shù)達(dá)到28顆，精確度也相應(yīng)地提高到了7米。再加上美軍使用的是能更好彌補(bǔ)大氣偏差的加密接收機(jī)，它們可以得到更精確的實(shí)時(shí)精度。據(jù)國(guó)外媒體早先報(bào)道，即使是美國(guó)的民用手持GPS接收器在水平面上的定位精度都可以達(dá)到5米。足見(jiàn)其軍用系統(tǒng)定位精度之高。在現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭(zhēng)條件下，全球定位系統(tǒng)（GPS）扮演著重要角色，導(dǎo)彈的飛行、飛機(jī)的導(dǎo)航、精確打擊的實(shí)現(xiàn)，無(wú)不依賴于GPS，所以，當(dāng)前的美伊戰(zhàn)爭(zhēng)，GPS也成了雙方爭(zhēng)斗的重要一環(huán)。GPS是美國(guó)開(kāi)發(fā)的一種利用環(huán)繞地球的24顆衛(wèi)星準(zhǔn)確計(jì)算全球任意點(diǎn)位置的龐大衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)。在戰(zhàn)爭(zhēng)中，只有實(shí)現(xiàn)了精確的定位，才有可能實(shí)現(xiàn)精確打擊（如果沒(méi)有這一系統(tǒng)，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中美國(guó)的兩枚導(dǎo)彈先后攻擊同一目標(biāo)，后一枚導(dǎo)彈通過(guò)前一導(dǎo)彈炸開(kāi)的洞鉆入目標(biāo)內(nèi)部進(jìn)行攻擊是不可能的）。由于它的精確度目前已達(dá)到10米內(nèi)，該系統(tǒng)曾被美軍在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)、阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)中廣泛運(yùn)用，并發(fā)揮了巨大威力。為了提高精確度，美國(guó)國(guó)防部在實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候，又增加4顆衛(wèi)星，使得衛(wèi)星總數(shù)達(dá)到28顆，精確度也相應(yīng)地提高到了7米。再加上美軍使用的是能更好彌補(bǔ)大氣偏差的加密接收機(jī)，它們可以得到更精確的實(shí)時(shí)精度。據(jù)國(guó)外媒體早先報(bào)道，即使是美國(guó)的民用手持GPS接收器在水平面上的定位精度都可以達(dá)到5米。足見(jiàn)其軍用系統(tǒng)定位精度之高。他們?cè)谶@方面并不甘落后，比如歐洲和俄羅斯，他們同樣擁有先進(jìn)的衛(wèi)星技術(shù)，具有向GPS發(fā)起挑戰(zhàn)的優(yōu)勢(shì)。于是，俄羅斯推出了自己的Glonass系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)完成部署，并開(kāi)始投入運(yùn)營(yíng)。歐盟更是雄心勃勃，他們計(jì)劃推出目前規(guī)模最大的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)--伽利略系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)量高達(dá)30顆，總投資預(yù)計(jì)為33億歐元，正準(zhǔn)備付諸實(shí)施。歐洲與俄羅斯在衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)上的大動(dòng)作，將打破美國(guó)GPS一統(tǒng)天下的局面，給美國(guó)造成了巨大的壓力。3．GPS系統(tǒng)的營(yíng)救范例

GPS系統(tǒng)在營(yíng)救F-117A隱形戰(zhàn)斗機(jī)飛行員之前，曾成功地營(yíng)救過(guò)美國(guó)F-16戰(zhàn)斗機(jī)的飛行員，1993年4月還曾營(yíng)救過(guò)阿拉法特．

1993年4月，巴勒斯坦解放組織領(lǐng)導(dǎo)人阿拉法特的座機(jī)在飛行途中不幸遇上沙暴，飛機(jī)被迫降落在撒哈拉大沙漠里．與阿拉法特失去聯(lián)系的巴勒斯坦解放組織總部使盡渾身解數(shù)尋找未果，最后只好借助美國(guó)的偵察衛(wèi)星．十幾小時(shí)之后，才在茫茫沙漠中找到了迫降飛機(jī)的準(zhǔn)確位置，使阿拉法特獲救．美國(guó)使用的這種衛(wèi)星救援系統(tǒng)正是屢見(jiàn)奇功的“導(dǎo)航星”全球定位系統(tǒng)，即GPS．由于它全球定位及時(shí)準(zhǔn)確，被稱為“當(dāng)代觀音.印度洋地震引發(fā)的海嘯所帶來(lái)的災(zāi)難讓世人震驚。這場(chǎng)災(zāi)難中也發(fā)生了一些幸運(yùn)的事情：36名英國(guó)游客被困在斯里蘭卡南部海濱的?？硕盼趾渲幸幻慰偷氖謾C(jī)幫助救援人員發(fā)現(xiàn)了他們的地點(diǎn)。海嘯救援中心負(fù)責(zé)人表示，海嘯發(fā)生以后，當(dāng)?shù)氐乃须娫捁炯尤氲綘I(yíng)救行動(dòng)中，他們通過(guò)跟蹤手機(jī)信號(hào)發(fā)現(xiàn)手機(jī)用戶的地點(diǎn)。這是斯里蘭卡首次在救援中利用高技術(shù)手段并獲得成功。此外，摩根士丹利公司香港總部的35名員工也依靠國(guó)際漫游手機(jī)，最后成功獲救。

(1)當(dāng)奔馳的車輛行駛在車流熙攘的高速公路上時(shí)，司機(jī)啟動(dòng)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，就可悠然自得地讀書(shū)看報(bào)。車輛能自動(dòng)與前車保持距離，自動(dòng)剎車或超車，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能夠精確到厘米。在不打攪車內(nèi)乘客讀書(shū)看報(bào)的情況下，它能自動(dòng)選擇一條能避免堵塞的道路前進(jìn)。到達(dá)目的地后它會(huì)自動(dòng)報(bào)告：“您已到達(dá)?！边@些聽(tīng)起來(lái)猶如神話，其實(shí)它都依賴于來(lái)自太空的信號(hào)。這種高度精確的太空信號(hào)就是由比GPS更先進(jìn)的歐洲“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的。(2)汽車安裝上GPS接收機(jī)，不僅能利用電子地圖知道自己的方位和其他街區(qū)的車輛行駛狀況，從而繞開(kāi)堵車地區(qū)，選擇最便利的路線行駛，還能在遇到劫匪報(bào)警時(shí)向警方提供自己精確的所在位置，使警方盡快趕+到．據(jù)介紹：日本90％的機(jī)動(dòng)車都安裝有GPS接收機(jī)。(3)GPS電子站牌現(xiàn)身上海街頭:下一輛車離本站還有1.2千米,越3分鐘內(nèi)到達(dá).上海的許多出租車上裝備了GPS系統(tǒng).公司可以根據(jù)GPS對(duì)出租車定位,并提供無(wú)線電聯(lián)系以及電子地圖到2007年,上海1.8萬(wàn)公交車全部實(shí)現(xiàn)GPS監(jiān)控2）軍用領(lǐng)域GPS是自動(dòng)化指揮系統(tǒng)、先進(jìn)武器系統(tǒng)及新的戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)理論的一項(xiàng)關(guān)鍵性基本保障技術(shù)，能為地面車輛、人員以及航空、航海、航天等領(lǐng)域的飛機(jī)、船只、潛艇、衛(wèi)星、航天飛機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航定位；武器發(fā)射、偵察、飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸、交通管制、搜索營(yíng)救，戰(zhàn)場(chǎng)部隊(duì)、車輛以及單兵定位；精確制導(dǎo)導(dǎo)彈打擊目標(biāo)坐標(biāo)定位及彈道導(dǎo)引。陸地應(yīng)用：主要包括車輛導(dǎo)航、景點(diǎn)導(dǎo)游、應(yīng)急反應(yīng)、高精度時(shí)頻對(duì)比、大氣物理觀測(cè)、地球物理資源戡探、工程測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、市政規(guī)劃控制等；

海洋應(yīng)用：遠(yuǎn)洋船只航線測(cè)定、船只實(shí)時(shí)調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援、海洋控寶、水文地質(zhì)測(cè)量以及海洋井平臺(tái)定位、海平面升降監(jiān)測(cè)等；

航空航天應(yīng)用：飛機(jī)導(dǎo)航、、航空遙感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導(dǎo)彈控制、航空救援和載人航天器防護(hù)探測(cè)等。

它能用于繪制森林地圖，幫助農(nóng)民收獲莊稼，地面和空中導(dǎo)航，軍