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當你旅游或野外考察時,通常用哪些方法來辨別方向或確定你所在的位置?這些方法有什么不足? 現(xiàn)在有沒有更簡單、更準確的方法? 手持型 GPS機 車載型 GPS機 1.在一個平面直角坐標系上,確定點的位置,需要知道幾個值? 2.在一個空間三維坐標系上,確定點的位置,需要知道幾個值? 3.要精確知道一個人在地球上的位置,必須知道幾個值?至少需要幾顆衛(wèi)星? (分組討論、主動探究) Y X A X Y Z 衛(wèi)星定位的基本原理 簡單地說就是用戶同時向已知其位置的 3個導航衛(wèi)星分別進行距離測量,然后再以該衛(wèi)星為球心,以所測得的距離為半徑,在空間畫出 3個球面,則該 3個球面的相交點,就是用戶的所在位置了。 通常應用三顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可以進行定位,但要保證對目標實時觀測(諸如提供目標運動數(shù)據(jù)等), 則需要至少四顆衛(wèi)星的信號。 衛(wèi)星定位技術發(fā)展的回顧 1957年世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功, 40多年來,人造地球衛(wèi)星技術在通信、氣象、資源勘察、導航、遙感、大地測量、地球動力學、天文學和軍事科學等眾多領域,得到了極廣泛應用。 人造地球衛(wèi)星的出現(xiàn),首先引起了各國軍事部門的高度重視。 1958年底,美國海軍武器實驗室,開始著手建立為美國海軍艦艇導航的衛(wèi)星系統(tǒng),即 “ 海軍導航衛(wèi)星系統(tǒng) ” (Navy Navigation Satellite SystemNNSS)。由于該系統(tǒng)衛(wèi)星都通過地極,也稱 “ 子午 (Transit)衛(wèi)星系統(tǒng) ”。 1964年該系統(tǒng)建成,并在美國軍方啟用。 1967年美國政府批準該系統(tǒng)解密,提供民用。該系統(tǒng)不受氣象條件的限制,自動化程度高,具有良好的定位精度。 衛(wèi)星定位技術發(fā)展的回顧 盡管 NNSS在導航技術的發(fā)展中具有劃時代的意義,但由于該系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目少( 5-6顆),運行軌道低( 1000km ) ,觀測時間長( 1.5小時),無法提供連續(xù)實時三維導航,同時獲得一次導航解讀的時間長,難以滿足軍事要求,尤其是高動態(tài)目標(飛機、導彈等)導航要求。 為滿足軍事和民用對連續(xù)實時和三維導航的迫切要求,1973年美國國防部開始組織陸??杖?,共同研究建立新一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)的計劃,這就是目前所稱的 “ 導航衛(wèi)星授時測距 /全球定位系統(tǒng) ” ( Navigation Satellite Timing and ranging / Global Positioning System)簡稱全球定位系統(tǒng)( GPS)。 主控站: 1個 監(jiān)測站: 5個 注入站: 3個 一、全球定位系統(tǒng)的系統(tǒng)組成 空間部分 地面監(jiān)控系統(tǒng) 用戶設備部分 全球定位系統(tǒng) 由 24顆衛(wèi)星組成(其中 3顆備用),分布在 6個軌道平面上。 主要是 GPS接收機 提供與定位相關的參數(shù)和時間信息 主要用于監(jiān)測和控制衛(wèi)星及其各種設備的運行 可以確定接收機所在點的位置、速度、到航路終點的距離和航向等信息 二、接收機信號的解讀與操作 表示接收機所在的經(jīng)緯度位置 數(shù)字表示被接收信號的衛(wèi)星編號,黑色柱長短表示信號的強弱。 衛(wèi)星分布圖描繪了在你處位置(圓心)仰望天空能搜索到的衛(wèi)星,大圓表示地平線,小圓為抬以 45 角仰望天空的范圍,越靠近中心,衛(wèi)星信號越強。 美國認為這是對它的威脅,這是和美國 GPS系統(tǒng)的脆弱性相聯(lián)系的。與歐洲的 “ 伽利略 ” 、俄羅斯的 “ 格洛納斯 ” ( GLONASS)系統(tǒng)相比,美國 GPS系統(tǒng)的抗干擾能力較弱,因為在一般情況下,從衛(wèi)星反饋到地面的信號很小,如果對方采取瞄準式干擾、阻塞式干擾或欺騙式干擾,都會使 GPS接收機無法正常工作,從而使其導航定位精度降低或產(chǎn)生誤導。例如對方用裝有模仿 GPS信號發(fā)生裝置的飛機不斷在特定空域飛行,因飛機離地面近信號比衛(wèi)星強得多,就可以干擾 GPS終端的信號接收。特別是美國 GPS系統(tǒng)各星之間信號頻率和調(diào)制方式相同。 其他國家的衛(wèi)星定位系統(tǒng) 歐洲的 “ 伽利略 ” 、俄羅斯的 “ 格洛納斯 ” 、中國的 “ 北斗 ” 等全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)也在發(fā)展, “格洛納斯 ” 系統(tǒng)在上世紀 70年代就開始研制、 1984年首顆衛(wèi)星就已入軌、從 1993年到 2000年先后有 24顆衛(wèi)星并網(wǎng),它在其他性能方面也不是吃素的,而 “ 伽利略 ” 系統(tǒng)也大有后來居上的味道。 三、全球定位系統(tǒng)的作用、功能和特點: 特點: ( 1)全天候, 不受天氣影響; ( 2)全球覆蓋; ( 3) 三維定速定時 高精度; ( 4) 快速省時 高效率; ( 5)應用廣泛、多功能。 作用:可以快速精確地確定地面某點的 位置 (經(jīng)度、緯度)和高程 ,甚至速度、距離和航向等。 主要功能: 定位和導航 1、 1999年 3月 27日,北約部隊一架 F117A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,通過手持式信號發(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 EA6B電子干擾機發(fā)現(xiàn)飛行員的準確位置時,一架 MH60G搜索與救援直升機降落在飛行員面前,將飛行員接上直升機并安全返回基地。據(jù)此回答: ( 1)飛行員發(fā)出的呼救信號是 系統(tǒng)信號,該系統(tǒng)包括三大部分 、 、 。 ( 2)北約轟炸的科索沃,其氣候屬于 ,該氣候的形成原因是 。 鞏固練習: GPS 空間部分 地面監(jiān)控部分 用戶設備部分 地中海氣候冬季受西風帶的影響,夏季受副熱帶高壓的控制 四、全球定位系統(tǒng)的應用 1、軍事方面 隨著衛(wèi)星技術在軍事領域的廣泛運用,戰(zhàn)爭的陸、海、空三維空間已發(fā)展到陸、海、空、天、電(磁)五維空間。在海灣戰(zhàn)爭中,美國航天司令部統(tǒng)一指揮了約 70顆衛(wèi)星,支援陸??兆鲬?zhàn),海灣戰(zhàn)爭也因此被稱為 “ 第一次空間戰(zhàn)爭 ” 。顯然,誰擁有 “ 制信息權 ” ,誰就能掌握高技術戰(zhàn)場的主動權,而 “ 制信息權 ” 又離不開 “ 制天權 ” 。 “制天權 ” 與美國國家導彈防御系統(tǒng)也有著密不可分的聯(lián)系,如果衛(wèi)星被毀或 “ 致盲 ” 它就會癱瘓,因此,美國在打 “ 衛(wèi)星戰(zhàn) ” 方面比誰都起勁。 作用:給航行中的軍艦、飛機及導彈等設施提供定位和導航信息;同時也應用于野外行進中的單兵和移動裝置的定位及跟蹤 轟炸前后的巴格達衛(wèi)星圖 案例閱讀: GPS在交通運輸中的作用 四、全球定位系統(tǒng)的應用 車載型 GPS機 2、交通方面 四、全球定位系統(tǒng)的應用 3、測量方面 本次測量除采用 1975年時的傳統(tǒng)測量方法外,還采取 GPS測量系統(tǒng)。 珠穆朗瑪峰高度最新測量結果為8844.43米 參數(shù):珠穆朗瑪峰峰頂巖石面高程測量精度 0.21米;峰頂冰雪深度 3.50米。 原 1975年公布的珠峰高程數(shù)據(jù)停止使用。 2005年 10月 9日上午 10時,國家測繪局局長陳邦柱宣布珠穆朗瑪峰高度最新測量結果: 地處北回歸線以北 5 ,在崇山峻嶺之間,幽深而綿長地躺臥著一條 “ 巨龍 ” 世界上最深和最長的峽谷,1998年 10月,中國國務院正式批準將這一世界最大峽谷科學地定名為 雅魯藏布大峽谷。 其峽谷核心河段平均深度為 5000米,最深處達 5382米,峽谷長 496.3千米,遠遠超過了此前認為是世界第一的秘魯科爾卡大峽谷(深 3200米)。雅魯藏布大峽谷最窄處為74米 ,一般寬在 80至 200米之間。 世界上最大的峽谷美國科羅拉多大峽谷 ,也是地球上自然界 7大奇景之一。 該大峽谷全長 347千米 ,寬 6至 29千米 ,深 1600米 ,位于美國西部亞利桑那州北部的凱巴布高原。 雅魯藏布江大峽谷的基本特點可以用十個字來概括:高、壯、深、潤、幽、長、險、低、奇、秀。 通過 GPS定位和監(jiān)控管理系統(tǒng)可以對遇有險情或發(fā)生事故的車輛進行緊急援助。監(jiān)控臺的電子地圖可顯示求助信息和報警目標,規(guī)劃出最優(yōu)援助方案,并以報警聲、光提醒值班人員進行應急處理。 4、緊急援助 四、全球定位系統(tǒng)的應用 案例: 2005年 8月 10日傍晚六點左右,飛達 GPS監(jiān)控中心接到要求查詢粵 S4HXXX車輛位置的電話,原來駕駛該車輛的趙先生當天下午被一伙歹徒劫持了,這伙歹徒打電話給趙先生的親人勒索金錢,飛達監(jiān)控中心迅速查出該車輛停放在惠州市惠環(huán)鎮(zhèn)離莞惠公路約 100米的地方,并將情況通知了公司的負責人。傍晚七點半,飛達公司人員到達現(xiàn)場,利用先進的專用設備,很快發(fā)現(xiàn)該車輛,為了不打草驚蛇,指示監(jiān)控中心將車輛斷油斷電。后來,在當?shù)鼐斓拇罅ψ凡断?,將一名探聽虛實的賊抓獲。警察根據(jù)他提供的指示很快找回了被劫持了的趙先生,人和車都完好無損。經(jīng)審訊,該團伙共有八人,專門伺機對東莞的車主進行綁架勒索,已多次作案,想不到這次栽在衛(wèi)星定位手里。 在 2006年的 “ 五一 ” 黃金周, 12位北京戶外運動愛好者在內(nèi)蒙古庫布其沙漠進行徒步穿越時被困,其中一位隊員不幸遇難。由于遇險地點位于沙漠深處,給搜救工作帶來很大困難。所幸的是探險隊員們隨身帶了 GPS全球衛(wèi)星定位手持機,通過 GPS定位準確地向救援人員報告了遇險地點的經(jīng)緯度坐標,救援人員也通過 GPS定位,在茫茫沙漠中找到了被困隊員。這次意外,讓更多人知道了 GPS這個名詞。如果沒有 GPS,在沒有向導的情況下,這樣的沙漠穿越與救援幾乎是不可想象的。 在旅游及野外考察中的應用 在旅游及野外考察中,比如到風景秀麗的地區(qū)去旅游,到原始大森林、雪山峽谷或者大沙漠地區(qū)去進行野外考察,GPS接收機是你最忠實的向導??梢噪S時知道你所在的位置及行走速度和方向, 使你不會迷失路途。 四、全球定位系統(tǒng)的應用 5、農(nóng)業(yè)方面 ( 1)精準農(nóng)業(yè)耕作 利用 GPS技術,配合遙感技術( RS)和地理信息系統(tǒng)( GIS),能夠做到監(jiān)測農(nóng)作物產(chǎn)量分布、 土壤成分和性質(zhì)分布、做到合理施肥、播種和噴灑農(nóng)藥,節(jié)約費用、降低成本、達到增加產(chǎn)量提高效益 的目的。利用差分 GPS技術可以做到:土壤養(yǎng)分分布調(diào)查 、 監(jiān)測作物產(chǎn)量 、合理施肥,精確農(nóng)業(yè)管理。 在作物生長期的管理中,利用遙感圖象并結合 GPS可繪出作物色彩變化圖。利用 GPS定位采集一定數(shù)量 的土壤及作物樣品進行分析,可以繪制出作物生長的不同時期的土壤含量的系列分布圖。 這樣可以做到精確地對作物生長進行管理。 四、全球定位系統(tǒng)的應用 5、農(nóng)業(yè)方面 ( 2)在林業(yè)管理方面的應用 GPS技術在確定林區(qū)面積,估算木材量,計算可采伐木材面積,確定原始森林、道路位置, 對森林火災周邊測量,尋找水源和測定地區(qū)界線等方面可以發(fā)揮其獨特的重要的作用。 在森林中進行常規(guī)測量相當困難,而 GPS定位技術可以發(fā)揮它的優(yōu)越性,精確測定森林位置 和面積,繪制精確的森林分布圖。 ( 3) GPS技術用于森林防火 它是在飛機的環(huán)動儀上安裝熱紅外系統(tǒng)和 GPS接收機, 使用這些機載設備來確定火災位置,并迅速向地面站報告。 ( 4)魚群定位 四、全球定位系統(tǒng)的應用 6、休閑娛樂 把全球定位系統(tǒng)( Global Positioning System - GPS)比喻成八爪魚,是因為它所觸及的行業(yè)相當廣泛,非 “ 八爪 ” 以蔽之,可以說人類的想像力有多寬,其應用就有多廣。目前掌上型導航接收機已經(jīng)問世??赏痪脮a(chǎn)出手表式的 GPS導航接收機。攜帶和使用就更方便??梢哉f, GPS的應用將進入人們的日常生活,其應用前景非常廣闊。 GPS的應用,也許僅受人們的想像力制約。 2.利用 GPS衛(wèi)星定位時,地面上任何一點,在任一時刻,地面上空至少有( ) A.一顆 GPS衛(wèi)星 B.二顆 GPS 衛(wèi)星 C.三顆 GPS衛(wèi)星 D.四顆 GPS衛(wèi)星 3.無論是在飛機或汽車上,還是在野外考察旅行,只要擁有手機大小的 GPS信號接收機,你就能隨時知道 A.自己所在地的季節(jié) B.自己所在地的天氣 C.自己所在地的地理坐標 D.自己所在地的氣候 4.遙感的優(yōu)點有 用途廣 手段多,獲得的信息量大 不受地面條件限制 成本低、效益大 A. B. C. D. 5、 1993年 4月,巴勒斯坦解放組織領導人阿拉法特的座機在飛行途中不幸遇上沙暴,飛機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,最后只好借助美國的偵察衛(wèi)星。十幾小時之后,才在茫茫沙漠中找到了迫降飛機的準確位置,使阿拉法特獲救。據(jù)此回答( 1)( 2)題: ( 1)美國使用的這種衛(wèi)星救援系統(tǒng)是( ) A.數(shù)字地球系統(tǒng) B.RS遙感系統(tǒng) C.GIS地理信息系統(tǒng) D.GPS全球定位系統(tǒng) ( 2)撒哈拉大沙漠,位于( ) A.西亞阿拉伯半島 B.非洲大陸南回歸線附近 C.非洲大陸北回歸線附近 D.澳大利亞南回歸線附近 開放性作業(yè): 列表比較 GPS在下列領域中的應用和特點 領域 主要作用 特點 案例 軍事 測量 交通 救援 農(nóng)業(yè) 休閑 GPS的空間部分的組成 6個軌道面 平均軌道高度20200km 軌道傾角 55 周期 11h 58min( 顧及地球自轉,地球 -衛(wèi)星的幾何關系每天提前 4min重復一次) GPS的空間部分 GPS的空間部分 GPS衛(wèi)星星座 設計星座: 21+3 21顆正式的工作衛(wèi)星 +3顆活動的備用衛(wèi)星 保證在每天 24小時的任何時刻,在 高度角 15以上,能夠同時觀測到 4顆以上衛(wèi)星 Block IIR Block IIA Block IIA Block IIR Block IIF Block IIR 不同類型的 GPS衛(wèi)星 GPS的地面監(jiān)控部分 地面監(jiān)控部分 ( Ground Segment) 組成 主控站: 1個 監(jiān)測站: 5個 注入站: 3個 通訊與輔助系統(tǒng) G P S 衛(wèi)星注入站監(jiān)測站主控站主控站 監(jiān)測站注入站大西洋太平洋印度洋GPS的地面監(jiān)控部分 地面監(jiān)控部分 ( Ground Segmen

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