3.3全球定位系统及其应用课件（36张）
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(共36张PPT)
第三节 全球定位系统及其应用
一、全球定位系统概述
1、基本概念
2、发展历程
3、工作原理
4、系统组成
5、功能与特点
6、世界主要定位系统
7、北斗导航系统
二、全球定位系统的应用
讲授提纲
一、全球定位系统概述
在伊拉克战争中，曾经有记者问一位飞行员：“你知道去轰炸哪个城市吗？”飞行员回答：“不知道。” “那你怎么去轰炸呢？” “容易，上级给我一个坐标，我按计算机的指引，投下采用GPS导航的炸弹掉头就走，跟我玩游戏机没哈两样。”。这个例子是现代战争中引用GPS系统的典型案例。
1、基本概念
全球定位系统：（Global Positioning System 简称GPS ），是具有在海、陆、空进行全方位、实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统 。 GPS是美国从20世纪70年代开始筹建，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成。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，共同被列为20世纪“三大航天工程” 。
2、发展历程
①无线电导航系统：在卫星导航定位系统出现之前，远程导航与定位主要采用无线电系统，覆盖区域小，电波传播受大气影响，定位精度不高。
②早期卫星导航定位系统：最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统，1958年研制，1964年正式投入使用。由于卫星数目少，运行高度较低，无法提供连续实时的三维导航，而且精度较低。
③现代卫星导航定位系统：为满足军事和民用部门对连续实时和三维导航的需要，1973年美国国防部制定了GPS计划，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的能力。
3、工作原理
①你距离王家村10千米。你可以以王家村为圆心，按比例尺在地图上画一个半径相当于10千米的圆（圆Ａ）。
②你距离李家村15千米。按同样方法，绘制第二个圆（圆Ｂ），那么你必定处在两个圆相交的位置上。
③你距离张家村10千米。按同样方法，再绘制第三个圆（圆Ｃ），此刻，你的位置也就一目了然了。
三边测量术的原理。
同理，卫星不间断地发送自身的坐标、方位、速度、时间等星历参数信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息等。
所以要实现地面接收机的定位，解算观测站点的三维坐标，地面观测者最少要见到3颗卫星。但由于信号传输延迟与误差等原因，要想精确获得任何一个运动物体的位置、高度、运动情况，必须同时接收4颗GPS卫星信号。
空间部分
用
户
设
备
主控站
注入站
监控站
4、系统组成
地面部分
4-1、系统组成部分间的关系
用户设备
空间
星座
监控站
注入站
主控站
地面控制系统
注入导航
数据和指令
监测调控
观测数据
计算卫星轨道和时钟数据
卫星 信号
5、功能与特点
功能：定位
测速
授时
特点：定位精度高
测速准确
授时精确
覆盖面大
全天候
全天时
6、世界主要卫星导航定位系统
① 美国全球定位系统
(Global Positioning System )
②俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)
③欧洲伽利略卫星导航系统
（Galileo satellite navigation system）
④中国北斗导航卫星系统
（ BeiDou Navigation Satellite System）
7、北斗导航系统简介
北斗卫星导航系统（BeiDouNavigation Satellite System）是中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继美国的GPS、俄罗斯的GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。其由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具有短报文通信能力。
7-1、北斗导航系统正式开通
2020年6月23日，北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成。这一由我国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统，将为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位
、导航和授时服务。7月31日上午，北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在北京举行。中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平出席仪式，宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通。
北斗导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成
空间段：北斗系统空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星等组成。
地面段：北斗系统地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站，以及星间链路运行管理设施等组成。
用户段：北斗系统用户段包括北斗兼容的其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端产品、应用系统与应用服务等。
7-2、北斗导航系统组成
二、全球定位系统的应用
导航型接收机
测地型接收机
授时型接收机
常见GPS接受机
GPS应用列表
应用类型 应用领域 典型案例
导航类应用 军事领域 巡航导弹、精确打击
民用交通 车辆导航、精准救援
农业应用 农田收割、精准施肥
定位测量类
科学测量 高度测量，地壳变动
建筑工程 微小形变监测
安全防盗 汽车防盗GPS
协同作战方面： GPS可极大地提高指挥控制、多军兵种协同作战和快速反应能力
导弹的制导： GPS可大幅度地提高武器装备的打击精度和效能，同时也广泛应用于野外行进中单兵和移动装备的定位及跟踪
1、GPS在军事行动中的应用
2、GPS在军事反恐中的应用
总统奥巴马和国家安全局的成员，一起在白宫会议室接受行动代号为“海神之矛”的资讯，目的是杀死恐怖分子头目拉登。这是他们通过视频观看海豹突击队执行击毙本·拉登任务的现场。
911恐怖袭击案策划者本·拉登被击毙前后的照片
3、GPS在工程测量及形变监测中的应用
湖北隔河岩水电站是清江中游的一个水利水电工程。其外观变形GPS自动化监测系统于1998年3月投入运行，系统由数据采集、数据传输、数据处理三大部分组成。
利用GPS进行农田信息定位获取，经计算机系统分析处理，决策出农田地块的管理措施，从而精确地对农田地块进行耕作、种植、除草、收获、施肥、喷药等
4、GPS在精确农业中的应用
信息接收 信息发射 应用领域
通过车载 GPS,
可以在显示屏
上及时查看车
辆所在的经纬
度、运行轨迹、
速度、行进方
向等
车载电台把定
位信息发送给
监控中心，在
电子地图上 显
示出来，可对
车辆进行调度
指挥
城市公共汽车
调度管理，旅
游区车辆报警
与调度，海关、
公安、海防等
部门对车辆的
调度与监控
5、GPS在车辆调度中的应用
5-1、GPS智能公交调度管理系统
应用类型 应用领域 应用作用
航海
应用
航空
应用
向用户提供船舶位置、航速、航向信息、海
图、海迹显示
避免船只冲撞，确保航行安全,便于中心的跟踪、搜寻和救援
空域航路、着陆、机场监视和管理把自己的位置
和航向发送到
航空管理 中 心
实现空域划分、空
中交通流量管理、
飞行路径管理
6、GPS 在航海、航空导航中的应用
7、GPS在出行、旅游中的应用
邢台仙界山景区穿游GPS轨迹
利用全球定位系统对消防人员、救护人员、交通警察进行应急调遣，提高应急处理部门对地震、火灾、犯罪、交通事故等紧急事件的反应效率；
8、GPS在救灾救援中的应用
北斗+5G助推汽车智能网联发展。7月31日，北斗三号全球卫星导航系统正式建成开通。这一重大利好消息将颠覆我国很多产业发展的趋势和方向。尤其在发展我国智能网联汽车的路上，北斗发挥着至关重要的作用。
福州万通汽车专修学校为适应汽车智能网联技术的发展而开设的汽车智能网联实训室。
9、北斗+5G助推智能汽车与智慧城市发展
老人防走失定位手环
10、GPS在其它领域中的应用
宠物猫GPS定位项圈
黄手环是国际上老年性痴呆患者的通用标识，也是容易走失人群的标识，它以醒目的黄色为基色
北斗卫星导航系统在非洲十大应用场景
场景一： 北斗道路运输车辆管理应用
场景二： 北斗铁路行业应用
场景三： 北斗精准农业应用
场景四： 北斗国际搜救应用
场景五： 北斗国土测绘应用
场景六： 北斗数字施工应用
场景七： 北斗智慧矿区应用
场景八： 北斗公共安全应用
场景九： 北斗野生动物保护应用
场景十： 北斗精准时空智慧城市应用
美国目前向全世界免费开放GPS，但美国可以在特殊情况下关闭GPS服务，其他国家在与美国发生冲突时，极有可能会被掐断GPS信号，同学们想一想，面对这种情况，这些国家该怎么办？
GPS的忧虑
1.GPS系统是哪些技术的结晶（ ）
①航空航天技术 ②无线电通信技术
③计算机技术 ④基因工程
A.①②④ B.①③④ C.②③④ D.①②③
2.配备GPS接收机的美国士兵随时都可获得工作卫星提供的（ ）
①三维位置 ②三维方向
③运动速度和时间 ④伊军士兵位置
A. ①②④ B.①②③ C.②③④ D.①③④
GPS最初是为军事应用而建立的，至今仍然由美国国防部控制。结合所学知识完成下题。
D
B
3．北斗卫星导航系统具有精确定位的功能，要确定地面上的任何一点的地理位置应具备的数据为（ ）
A．经度、距离、海拔 B．经度、距离、相对高度
C．经度、纬度、海拔 D．经度、纬度、相对高度
4．北斗卫星导航系统除能够提供定位功能外，还能够提供的服务包括（ ）
①授时 ②农作物长势监
③测速 ④气温异常监测
A.①③ B.②④ C.①④ D. ①②
C
A
5.GPS在“精准农业耕作”中可( )
①获取农田信息 ②决策管理
③分析处理获取的信息
④将土壤状态等信息输入装有GPS的农机设备
A．①②③④ B．①④ C．②③④ D．①②
6.“精准农业”与“石油农业”相比，可( )
A．忽视农田内农作物的差异
B．对同一农田内的作物统一施药
C．在不减产的情况下，增加生产成本
D．减少因施肥、除虫对环境造成的污染
B
D
7.北斗导航系统可用于（ ）
A.监测农作物长势 B.监测地壳运动
C.统计人口分布情况 D.预测台风登陆位置
8.下列农业发展模式中,需要应用GPS的是（ ）
A.精准农业 B.生态农业
C.有机农业 D.处方农业
B
A
谢 谢 观 看
第三节 全球定位系统及其应用
一、全球定位系统概述
1、基本概念
2、发展历程
3、工作原理
4、系统组成
5、功能与特点
6、世界主要定位系统
7、北斗导航系统
二、全球定位系统的应用
讲授提纲
一、全球定位系统概述
在伊拉克战争中，曾经有记者问一位飞行员：“你知道去轰炸哪个城市吗？”飞行员回答：“不知道。” “那你怎么去轰炸呢？” “容易，上级给我一个坐标，我按计算机的指引，投下采用GPS导航的炸弹掉头就走，跟我玩游戏机没哈两样。”。这个例子是现代战争中引用GPS系统的典型案例。
1、基本概念
全球定位系统：（Global Positioning System 简称GPS ），是具有在海、陆、空进行全方位、实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统 。 GPS是美国从20世纪70年代开始筹建，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成。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，共同被列为20世纪“三大航天工程” 。
2、发展历程
①无线电导航系统：在卫星导航定位系统出现之前，远程导航与定位主要采用无线电系统，覆盖区域小，电波传播受大气影响，定位精度不高。
②早期卫星导航定位系统：最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统，1958年研制，1964年正式投入使用。由于卫星数目少，运行高度较低，无法提供连续实时的三维导航，而且精度较低。
③现代卫星导航定位系统：为满足军事和民用部门对连续实时和三维导航的需要，1973年美国国防部制定了GPS计划，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的能力。
3、工作原理
①你距离王家村10千米。你可以以王家村为圆心，按比例尺在地图上画一个半径相当于10千米的圆（圆Ａ）。
②你距离李家村15千米。按同样方法，绘制第二个圆（圆Ｂ），那么你必定处在两个圆相交的位置上。
③你距离张家村10千米。按同样方法，再绘制第三个圆（圆Ｃ），此刻，你的位置也就一目了然了。
三边测量术的原理。
同理，卫星不间断地发送自身的坐标、方位、速度、时间等星历参数信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息等。
所以要实现地面接收机的定位，解算观测站点的三维坐标，地面观测者最少要见到3颗卫星。但由于信号传输延迟与误差等原因，要想精确获得任何一个运动物体的位置、高度、运动情况，必须同时接收4颗GPS卫星信号。
空间部分
用
户
设
备
主控站
注入站
监控站
4、系统组成
地面部分
4-1、系统组成部分间的关系
用户设备
空间
星座
监控站
注入站
主控站
地面控制系统
注入导航
数据和指令
监测调控
观测数据
计算卫星轨道和时钟数据
卫星 信号
5、功能与特点
功能：定位
测速
授时
特点：定位精度高
测速准确
授时精确
覆盖面大
全天候
全天时
6、世界主要卫星导航定位系统
① 美国全球定位系统
(Global Positioning System )
②俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)
③欧洲伽利略卫星导航系统
（Galileo satellite navigation system）
④中国北斗导航卫星系统
（ BeiDou Navigation Satellite System）
7、北斗导航系统简介
北斗卫星导航系统（BeiDouNavigation Satellite System）是中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继美国的GPS、俄罗斯的GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。其由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具有短报文通信能力。
7-1、北斗导航系统正式开通
2020年6月23日，北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成。这一由我国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统，将为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位
、导航和授时服务。7月31日上午，北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在北京举行。中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平出席仪式，宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通。
北斗导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成
空间段：北斗系统空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星等组成。
地面段：北斗系统地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站，以及星间链路运行管理设施等组成。
用户段：北斗系统用户段包括北斗兼容的其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端产品、应用系统与应用服务等。
7-2、北斗导航系统组成
二、全球定位系统的应用
导航型接收机
测地型接收机
授时型接收机
常见GPS接受机
GPS应用列表
应用类型 应用领域 典型案例
导航类应用 军事领域 巡航导弹、精确打击
民用交通 车辆导航、精准救援
农业应用 农田收割、精准施肥
定位测量类
科学测量 高度测量，地壳变动
建筑工程 微小形变监测
安全防盗 汽车防盗GPS
协同作战方面： GPS可极大地提高指挥控制、多军兵种协同作战和快速反应能力
导弹的制导： GPS可大幅度地提高武器装备的打击精度和效能，同时也广泛应用于野外行进中单兵和移动装备的定位及跟踪
1、GPS在军事行动中的应用
2、GPS在军事反恐中的应用
总统奥巴马和国家安全局的成员，一起在白宫会议室接受行动代号为“海神之矛”的资讯，目的是杀死恐怖分子头目拉登。这是他们通过视频观看海豹突击队执行击毙本·拉登任务的现场。
911恐怖袭击案策划者本·拉登被击毙前后的照片
3、GPS在工程测量及形变监测中的应用
湖北隔河岩水电站是清江中游的一个水利水电工程。其外观变形GPS自动化监测系统于1998年3月投入运行，系统由数据采集、数据传输、数据处理三大部分组成。
利用GPS进行农田信息定位获取，经计算机系统分析处理，决策出农田地块的管理措施，从而精确地对农田地块进行耕作、种植、除草、收获、施肥、喷药等
4、GPS在精确农业中的应用
信息接收 信息发射 应用领域
通过车载 GPS,
可以在显示屏
上及时查看车
辆所在的经纬
度、运行轨迹、
速度、行进方
向等
车载电台把定
位信息发送给
监控中心，在
电子地图上 显
示出来，可对
车辆进行调度
指挥
城市公共汽车
调度管理，旅
游区车辆报警
与调度，海关、
公安、海防等
部门对车辆的
调度与监控
5、GPS在车辆调度中的应用
5-1、GPS智能公交调度管理系统
应用类型 应用领域 应用作用
航海
应用
航空
应用
向用户提供船舶位置、航速、航向信息、海
图、海迹显示
避免船只冲撞，确保航行安全,便于中心的跟踪、搜寻和救援
空域航路、着陆、机场监视和管理把自己的位置
和航向发送到
航空管理 中 心
实现空域划分、空
中交通流量管理、
飞行路径管理
6、GPS 在航海、航空导航中的应用
7、GPS在出行、旅游中的应用
邢台仙界山景区穿游GPS轨迹
利用全球定位系统对消防人员、救护人员、交通警察进行应急调遣，提高应急处理部门对地震、火灾、犯罪、交通事故等紧急事件的反应效率；
8、GPS在救灾救援中的应用
北斗+5G助推汽车智能网联发展。7月31日，北斗三号全球卫星导航系统正式建成开通。这一重大利好消息将颠覆我国很多产业发展的趋势和方向。尤其在发展我国智能网联汽车的路上，北斗发挥着至关重要的作用。
福州万通汽车专修学校为适应汽车智能网联技术的发展而开设的汽车智能网联实训室。
9、北斗+5G助推智能汽车与智慧城市发展
老人防走失定位手环
10、GPS在其它领域中的应用
宠物猫GPS定位项圈
黄手环是国际上老年性痴呆患者的通用标识，也是容易走失人群的标识，它以醒目的黄色为基色
北斗卫星导航系统在非洲十大应用场景
场景一： 北斗道路运输车辆管理应用
场景二： 北斗铁路行业应用
场景三： 北斗精准农业应用
场景四： 北斗国际搜救应用
场景五： 北斗国土测绘应用
场景六： 北斗数字施工应用
场景七： 北斗智慧矿区应用
场景八： 北斗公共安全应用
场景九： 北斗野生动物保护应用
场景十： 北斗精准时空智慧城市应用
美国目前向全世界免费开放GPS，但美国可以在特殊情况下关闭GPS服务，其他国家在与美国发生冲突时，极有可能会被掐断GPS信号，同学们想一想，面对这种情况，这些国家该怎么办？
GPS的忧虑
1.GPS系统是哪些技术的结晶（ ）
①航空航天技术 ②无线电通信技术
③计算机技术 ④基因工程
A.①②④ B.①③④ C.②③④ D.①②③
2.配备GPS接收机的美国士兵随时都可获得工作卫星提供的（ ）
①三维位置 ②三维方向
③运动速度和时间 ④伊军士兵位置
A. ①②④ B.①②③ C.②③④ D.①③④
GPS最初是为军事应用而建立的，至今仍然由美国国防部控制。结合所学知识完成下题。
D
B
3．北斗卫星导航系统具有精确定位的功能，要确定地面上的任何一点的地理位置应具备的数据为（ ）
A．经度、距离、海拔 B．经度、距离、相对高度
C．经度、纬度、海拔 D．经度、纬度、相对高度
4．北斗卫星导航系统除能够提供定位功能外，还能够提供的服务包括（ ）
①授时 ②农作物长势监
③测速 ④气温异常监测
A.①③ B.②④ C.①④ D. ①②
C
A
5.GPS在“精准农业耕作”中可( )
①获取农田信息 ②决策管理
③分析处理获取的信息
④将土壤状态等信息输入装有GPS的农机设备
A．①②③④ B．①④ C．②③④ D．①②
6.“精准农业”与“石油农业”相比，可( )
A．忽视农田内农作物的差异
B．对同一农田内的作物统一施药
C．在不减产的情况下，增加生产成本
D．减少因施肥、除虫对环境造成的污染
B
D
7.北斗导航系统可用于（ ）
A.监测农作物长势 B.监测地壳运动
C.统计人口分布情况 D.预测台风登陆位置
8.下列农业发展模式中,需要应用GPS的是（ ）
A.精准农业 B.生态农业
C.有机农业 D.处方农业
B
A
谢 谢 观 看