全球定位系统及其应用ppt12-湘教版课件.ppt
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- 全球定位系统 及其 应用 ppt12 湘教版 课件
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1、 当你外出旅游或者野外探险的时候,为当你外出旅游或者野外探险的时候,为了不迷失方向,请问你通常用哪些方法来辨了不迷失方向,请问你通常用哪些方法来辨别方向或确定你所在的位置?别方向或确定你所在的位置?3.3 全球定位系统及其应用全球定位系统及其应用 (一)全球定位系统的概念(一)全球定位系统的概念 全球定位系统全球定位系统(Global positioning system,简称,简称GPS)是具有在是具有在海、陆、空海、陆、空进行进行全方位全方位、实时实时三维导航三维导航与与定位功能定位功能的新一代的新一代卫星卫星导航导航与与定位系统定位系统。一、一、全球定位系统全球定位系统经度、纬度、高程经
2、度、纬度、高程跨越障碍跨越障碍 全球定位系统的特点是什么全球定位系统的特点是什么 (1)全球,全天候工作全球,全天候工作。(2)能为用户提供能为用户提供连续连续、实时的三维位置实时的三维位置、三维速度三维速度和和精密时间精密时间,不受天气不受天气的影响。的影响。(3)定位精度高定位精度高:单机定位精度优于:单机定位精度优于10米,米,采用差分定位,精度可达厘米级和毫米级。采用差分定位,精度可达厘米级和毫米级。(4)功能多,应用广功能多,应用广:随着人们对:随着人们对GPS认认识的加深,识的加深,GPS不仅在测量、导航、测速、不仅在测量、导航、测速、测时等方面取得更广泛的应用而且其应用测时等方面
3、取得更广泛的应用而且其应用领域不断扩大。领域不断扩大。阅读指导阅读指导 GPS的起源与发展的起源与发展 1无线电导航系统无线电导航系统 缺点:覆盖的工作区域小;电波传播受大气影响;缺点:覆盖的工作区域小;电波传播受大气影响;定位精度不高。定位精度不高。2最早的卫星定位系统最早的卫星定位系统美国的美国的子午仪系统子午仪系统1958年研制年研制1964年正式投入使用。由于该系统卫年正式投入使用。由于该系统卫星数目较少星数目较少(56颗颗),运行高度较低,运行高度较低(平均平均1 000 km),从地面站观测到卫星的时间间隔较长,从地面站观测到卫星的时间间隔较长(平均平均15 h),因而,因而它无法
4、提供连续的实时三维导航,且它无法提供连续的实时三维导航,且精度较低。精度较低。为满足军事部门和民用部门为满足军事部门和民用部门对连续实时对连续实时和三维导航的迫切要求,和三维导航的迫切要求,1973年美国国防部制定了年美国国防部制定了GPS计划。计划。3 GPS实施计划共分实施计划共分三个阶段三个阶段:第一阶段为方案论证和初步设计阶段第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从。从1973年到年到1979年,共发射了年,共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。机及建立地面跟踪网。第二阶段为全面研制和试验阶段第二阶段为全面研制和试验阶段。从。从1979年到年到1
5、984年,又陆续发射了年,又陆续发射了7颗试验卫星。研制了各种用途颗试验卫星。研制了各种用途的接收机。实验表明,的接收机。实验表明,GPS定位精度远远超过设计定位精度远远超过设计标准。标准。第三阶段为实用组网阶段第三阶段为实用组网阶段。1989年年2月月4日第一颗日第一颗GPS工作卫星发射成功,表明工作卫星发射成功,表明GPS系统进入工程建系统进入工程建设阶段。设阶段。1993年底实用的年底实用的GPS网即网即(21+3)GPS星座星座已经建成,今后将根据计划更换失效的卫星。已经建成,今后将根据计划更换失效的卫星。阅读指导阅读指导 卫星导航定位系统的新时代卫星导航定位系统的新时代“终结终结GP
6、S垄断垄断 许多国家发展卫星导航定位系统许多国家发展卫星导航定位系统”,了解世界上发展了解世界上发展GPS的一些国家概况。的一些国家概况。俄罗斯:俄罗斯:GLONASS 中国:中国:“北斗一号北斗一号”欧洲:欧洲:“伽利略伽利略”计划,计划,2005年年12月月28日,北京时间日,北京时间13点点19分,分,欧洲欧洲“伽利略伽利略”全球卫星定位系统首颗实验卫星搭乘俄全球卫星定位系统首颗实验卫星搭乘俄罗罗 斯斯“联盟联盟”运载火箭升空。运载火箭升空。在沙漠中迷路时,可用哪种方式获知在沙漠中迷路时,可用哪种方式获知自己所处的具体位置信息(自己所处的具体位置信息()A.A.指南针指南针 B.GPSB
7、.GPS设备设备C.C.遥感图像遥感图像 D.D.地形图地形图B三边测量术原理 假如你在野外迷了路,为假如你在野外迷了路,为了确定你所处的位置,你向一了确定你所处的位置,你向一个路人询问,他告诉你这里离个路人询问,他告诉你这里离王家村王家村1010千米。你于是打开地千米。你于是打开地图,找到王家村,以它为圆心,图,找到王家村,以它为圆心,按比例尺在地图上画一个半径按比例尺在地图上画一个半径相当于相当于1010千米的圆(图)。千米的圆(图)。然后你又遇到了另外一个然后你又遇到了另外一个路人,他告诉你距离李家村路人,他告诉你距离李家村1515千米。你按同样的方法,绘制千米。你按同样的方法,绘制第二
8、个圆(图)。现在,你第二个圆(图)。现在,你得到了两个交点,你必定处在得到了两个交点,你必定处在其中一个点的位置。其中一个点的位置。这时,你向第三个人打听到,这里距离张家村这时,你向第三个人打听到,这里距离张家村1010千米。当你把这个千米。当你把这个圆在地图上画好后,你的位置也就一目了然了(图)。这就是三边测圆在地图上画好后,你的位置也就一目了然了(图)。这就是三边测量术的原理。量术的原理。(二)(二)GPS定位原理定位原理 GPSGPS的定位原理与的定位原理与“三边测量术三边测量术”原理相似。不同的是原理相似。不同的是3 3颗卫星代替了颗卫星代替了3 3个个村子,地图上平面的圆变成了三维的
9、球面。村子,地图上平面的圆变成了三维的球面。如图如图GPSGPS接收机接收接收机接收GPSGPS卫星卫星A A、B B、C C传来的信号,计算出接收机与它们之传来的信号,计算出接收机与它们之间的距离,然后分别以间的距离,然后分别以3 3颗卫星为球心,以该卫星到接收机之间的距离为半径,颗卫星为球心,以该卫星到接收机之间的距离为半径,“绘制绘制”3 3个巨大的球体。个巨大的球体。3 3个球体会交于两点,其中那个与地球表面相交的点个球体会交于两点,其中那个与地球表面相交的点就是这台就是这台GPSGPS接收机所处的位置,然后通过计算得到该接收机所处的经纬度。卫接收机所处的位置,然后通过计算得到该接收机
10、所处的经纬度。卫星星D D测量测量GPSGPS接收机所在的高程。接收机所在的高程。GPS测量原理空空间间部部分分 24颗卫星星座颗卫星星座用用户户设设备备地地面面控控制制1个主控站个主控站3个注入站个注入站5个监控站个监控站(三)全球定位系统的组成(三)全球定位系统的组成(三)全球定位系统的组成(三)全球定位系统的组成系统结构系统结构 空间空间位置位置组成和分布组成和分布全全球球定定位位系系统统GPS卫星卫星星座星座地面地面监控监控系统系统GPS信信号接收号接收机机空空间间由由2l颗工作卫星和颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组颗在轨备用卫星组成,成,24颗卫星均匀分布在颗卫星均匀分布在6个轨道平面
11、个轨道平面内,高度内,高度2万千米万千米地地 面面由分布在全球的由分布在全球的5个地面站个地面站(包括包括5个监控个监控站、站、1个主控站和个主控站和3个注入站,主控站和个注入站,主控站和注入站都位于监控站里注入站都位于监控站里)组成组成用用 户户导航型接收机、测地型接收机、授时导航型接收机、测地型接收机、授时接收机接收机(1)GPS空间星座空间星座 由由_工作卫星和工作卫星和_在轨备用卫星组在轨备用卫星组成。成。GPS卫星星座记作卫星星座记作(2l+3)GPS星座。星座。GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历据卫星发射的星历描述卫星运动及其轨描
12、述卫星运动及其轨道的参数算得的。每颗道的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的卫星所播发的星历,是由地面监控系统提供的。星历,是由地面监控系统提供的。功能功能:提供数据,发送自身参数时间信息提供数据,发送自身参数时间信息21颗颗3颗颗 请思考:请思考:24颗卫星均颗卫星均匀分布在匀分布在_轨道面上,相轨道面上,相邻两个邻两个GPS星星座卫星轨道平座卫星轨道平面夹角是面夹角是_ 每个卫星轨每个卫星轨道上各有道上各有_卫星卫星,它们两两它们两两相隔相隔_604颗颗90要获得准确信息,必须接收到要获得准确信息,必须接收到4颗卫星,颗卫星,这这4颗卫星称为定位星座。颗卫星称为定位星座。6个个(2)地面监控
13、系统地面监控系统 对于导航定位来说对于导航定位来说GPS卫星是一动态已知卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历点。星的位置是依据卫星发射的星历描描述卫星运动及其轨道的参数算得的。每颗述卫星运动及其轨道的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历是由地面监控系统提卫星所播发的星历是由地面监控系统提供的。供的。卫星上的各种设备是否正常工作以及卫星是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用是保持各颗卫星处于同一时
14、间标准GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间求出钟差。然后由地面注入站发给星的时间求出钟差。然后由地面注入站发给卫星,卫星再由导航电文发给用户设备。卫星,卫星再由导航电文发给用户设备。GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。站、三个注入站和五个监测站。地面监控系统地面监控系统主控站主控站监测站监测站注入站注入站请你说说各自的组成和功能请你说说各自的组成和功能?(2)地面控制系统地面控制系统 卫星上的各种设备是否正常工作以及卫星是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,
15、都要由地面设备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。进行监测和控制。监控站监控站获取获取GPSGPS卫星数据卫星数据,并将数据传送至主控站并将数据传送至主控站主控站主控站收集监控站获取的数据,利用这些数收集监控站获取的数据,利用这些数 据计算据计算GPSGPS卫星的轨道和卫星时钟数据卫星的轨道和卫星时钟数据注入站注入站 将导航数据及主控站的指令注入将导航数据及主控站的指令注入 每颗卫星每颗卫星主控站位于美国科罗拉多的斯平士(主控站位于美国科罗拉多的斯平士(Colorado Colorado SpringsSprings)的联合空间执行中心()的联合空间执行中心(CSOCCSOC
16、),三个注入),三个注入站分别设在站分别设在大西洋、印度洋和太平洋的三个美国军大西洋、印度洋和太平洋的三个美国军事基地上事基地上,即大西洋的阿松森岛(,即大西洋的阿松森岛(AscensionAscension)、印)、印度洋的迭哥度洋的迭哥伽西亚岛伽西亚岛(Diego Garcia)(Diego Garcia)和太平洋的和太平洋的夸贾林岛(夸贾林岛(Kwajalein),Kwajalein),五个监控站设在主控站和三五个监控站设在主控站和三个注入站以及夏威夷岛。个注入站以及夏威夷岛。美国全球定位系统地面监控系统美国全球定位系统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由均匀分布在美
17、国本土和三大洋的美军基地上的1 1个主控站、个主控站、3 3个注入站、个注入站、5 5个监控站构成。个监控站构成。该系统的功能是:对空间卫星系统进行监测、控该系统的功能是: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。制,并向每颗卫星注入更新的导航电文。(3)用户系统用户系统GPS接收机接收机 组成组成:GPS卫星接收机卫星接收机 GPS数据处理软件数据处理软件 功能功能:能够能够捕获捕获到到卫星的信号卫星的信号,实时地计算出,实时地计算出测站的三维坐标,速度和时间。测站的三维坐标,速度和时间。GPS卫星发送的导航定位信号,是一种卫星发送的导航定位信号,是一种可供无数用户可供无
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