全球定位系统及其应用
GPS定位技术及其应用
GPS定位技术及其应用全球定位系统（GPS）是一种利用人造卫星定位系统的技术。
其发展可追溯到20世纪70年代，但是这项技术的普及和应用并不普及到21世纪。
GPS技术目前的应用范围非常广泛，包括导航、飞行、车辆追踪、船舶寻找以及天气预报等领域。
GPS定位技术已经成为全球范围内最重要、最广泛使用的技术之一。
GPS定位技术原理GPS定位技术基于人造卫星的定位系统。
这些卫星原理上是固定的，其轨道也是预先设定的。
GPS技术中的主要玩家是卫星，GPS接收器，以及人类。
卫星的任务是广播其位置信息和时间信息。
GPS接收器的任务是接收来自这些卫星的信号，并从中计算出自己位置和时间。
人类的任务就是运用GPS接收器来检测位置并采取行动。
GPS定位技术工作原理是利用三个以上卫星向着地球释放出发射时间相同的信号，当接收GPS的单元接收到卫星的信号后便自动计算出与卫星的距离，然后通过测量其与多个卫星之间的距离，GPS可以确定接收器所在的准确位置。
这个原理与雷达测量距离的基本原理非常相似。
GPS定位技术的好处GPS定位技术具有广泛的优点，它提高了人类的生产效率，降低了生活成本，为人们的安全和舒适提供了更好的保障。
以下是GPS技术的一些主要好处：1. 位置准确性：GPS技术可以非常准确地确定地球上任何一个特定的位置，因为它可以同时接收多个卫星的信号，从而提高了定位的准确性。
2. 方便性：GPS技术可以在任何一个设备上把它投放在地球上，使您随时知道其地理位置。
这种技术的好处是可以使您更容易确定自己的方向并确切地了解您所在的地理位置。
3. 大数据管理：GPS技术已经成为世界上广泛使用的技术之一。
这种技术可以追踪物品的位置、时间和运动情况，在管理上起到至关重要的作用。
4. 安全性：将GPS技术用于汽车、公共汽车和卡车等机动车辆上将有助于避免意外事故。
GPS定位技术可以实现实时监控，对驾驶员的速度和范围进行可视化处理，帮助他们更好地掌握交通情况以及安全风险。
gps的原理及其应用
GPS的原理及其应用1. GPS的原理GPS（全球定位系统）是一种通过卫星定位来确定地球上任意位置的系统。
其原理基于距离测量和三角定位。
1.1 距离测量GPS系统中有24颗卫星，它们围绕地球运行并向地面发送精确的时间信号。
用户接收到来自多颗卫星的信号后，通过测量信号的传播时间来计算用户与卫星之间的距离。
1.2 三角定位GPS系统至少需要接收到三颗卫星的信号以确定用户的位置。
通过在三个卫星上的已知位置和与这些卫星之间的距离，可以通过三角计算方法来定位用户的位置。
更多的卫星信号可以提高定位的准确性。
2. GPS的应用2.1 航海和航空GPS在航海和航空领域具有广泛的应用。
航海员和飞行员可以通过GPS确定他们的位置、航向和速度，以便更好地导航和控制航行路径。
2.2 汽车导航现代汽车导航系统几乎都使用了GPS技术。
通过GPS定位，汽车导航系统可以提供实时的导航指引，包括行驶方向、转向提示和道路交通情况等信息，帮助驾驶员更安全、高效地到达目的地。
2.3 手持设备定位手机、平板电脑和手持式GPS设备都可以利用GPS技术来定位。
这使得用户可以随时随地获得自己的地理位置信息，并在地图上查找周边设施、规划路线等。
2.4 建筑和测量在建筑领域和土地测量中，GPS可以提供准确的位置信息。
这对于工程测量、土地勘测和建筑设计等方面非常重要。
2.5 军事应用军事部门是GPS技术最早应用的领域之一。
GPS系统为军队提供了高精度的导航、目标定位和时间同步等功能，对于军事行动的成功至关重要。
2.6 太空探索在太空探索中，GPS系统被用于监测和导航航天器。
它可以提供准确的时间参考和航向信息，帮助航天器在太空中定位和导航。
2.7 天气预报GPS系统中的卫星可以通过测量大气中水蒸汽的含量来提供天气预报所需的数据。
这些数据对于预测天气模式、监测气候变化非常有帮助。
3. 总结GPS通过距离测量和三角定位原理，可以提供准确的地理位置信息。
它在航海、航空、汽车导航、建筑测量等诸多领域有重要应用。
全球定位系统及其应用
由于大气条件、卫星轨道和时钟误差等因素的影响，GPS定 位可能会受到一定程度的干扰，影响定位的稳定性。
05 GPS的未来发展
增强型定位技术
增强型定位技术是指利用多种传感器 和信号源来提高定位精度和可靠性的 技术。例如，通过结合GPS、 GLONASS、Galileo等不同卫星导航 系统的信号，可以实现更精确的定位。 此外，利用地面基站、Wi-Fi、蓝牙 等无线信号也可以辅助GPS定位，提 高定位精度和可靠性。
特点
全球覆盖、高精度、实时性、自动化、多功能性等。
GPS的发展历程
1958年
美国海军开始研发子午 仪卫星系统，作为远程 武器的精确制导工具。
1964年
子午仪卫星系统正式投 入使用，主要用于军事
和民用导航。
1973年
美国国防部将子午仪卫 星系统改进为全球定位
系统（GPS）。
1995年
GPS全面建成，并向全 世界提供无偿服务。
全球定位系统及其应用
contents
目录
• 全球定位系统概述 • GPS的工作原理 • GPS的应用领域 • GPS的限制与挑战 • GPS的未来发展
01 全球定位系统概述
定义与特点
定义
全球定位系统（GPS）是一种基于空间的无线电导航系统，利用导航卫星提供的位置和时间信息，实现对地球表 面和近地空间的任何地点进行高精度、连续、实时的导航和定位服务。
高速移动
在高速移动环境下，如车辆、飞机等 ，GPS信号的接收和处理受到多普勒 效应的影响，可能导致定位误差增大 。
动态环境中的多径效应
由于周围环境的快速变化，如建筑物 、树木等，GPS信号可能发生反射、 折射和散射，产生多径效应，影响定 位精度。
3.3-全球定位系统及其应用
3. GPS系统是哪些技术的结晶（ D ） 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
5、农业方面
（2）在林业管理方面的应用 GPS技术在确定林区面积，估算木材量，计算可采伐木材 面积，确定原始森林、道路位置， 对森林火灾周边测量， 寻找水源和测定地区界线等方面可以发挥其独特的重要的 作用。 在森林中进行常规测量相当困难，而GPS定位技 术可以发挥它的优越性，精确测定森林位置 和面积，绘 制精确的森林分布图。 （3）GPS技术用于森林防火 它是在飞机的环动仪上安装热红外系统和GPS接收机， 使用这些机载设备来确定火灾位置，并迅速向地面站报告。
案例：2005年8月10日傍晚六点左右，飞达GPS监控中心接到要求查 询粤S4HXXX车辆位置的电话，原来驾驶该车辆的赵先生当天下午 被一伙歹徒劫持了，这伙歹徒打电话给赵先生的亲人勒索金钱，飞 达监控中心迅速查出该车辆停放在惠州市惠环镇离莞惠公路约100 米的地方，并将情况通知了公司的负责人。傍晚七点半，飞达公司 人员到达现场，利用先进的专用设备，很快发现该车辆，为了不打 草惊蛇，指示监控中心将车辆断油断电。后来，在当地警察的大力 追捕下，将一名探听虚实的贼抓获。警察根据他提供的指示很快找 回了被劫持了的赵先生，人和车都完好无损。经审讯，该团伙共有 八人，专门伺机对东莞的车主进行绑架勒索，已多次作案，想不到 这次栽在卫星定位手里。
农业、气象、土地管理、金融、 测绘、救援、公安等。
1.GPS在军事上 的应用
军事是GPS技术最 早的应用领域,主要是 为各种军事活动提供定 位导航.在现代战争中， 不仅陆、海、空三军， 而且许多高科技武器弹 药等，也都开始采用 GPS技术进行定位导航。
《全球定位系统及其应用》 讲义
《全球定位系统及其应用》讲义一、全球定位系统（GPS）的概述全球定位系统，简称 GPS，是一种基于卫星的导航系统，能够为全球用户提供高精度的定位、导航和定时服务。
它由美国国防部开发并维护，最初主要用于军事目的，但随着技术的发展和普及，如今已广泛应用于民用领域，深刻改变了人们的生活和工作方式。
GPS 系统由三部分组成：空间部分、地面控制部分和用户设备部分。
空间部分由 24 颗卫星组成，这些卫星分布在 6 个轨道平面上，以确保在地球上的任何地点、任何时间都能接收到至少4 颗卫星的信号。
这些卫星不断地向地球发送包含其位置和时间信息的无线电信号。
地面控制部分包括主控站、监测站和注入站。
主控站负责管理和协调整个系统的运行，监测站负责监测卫星的运行状态，注入站则负责向卫星发送控制指令和更新卫星上的导航信息。
用户设备部分则是我们常见的 GPS 接收器，如手机、汽车导航仪、手持 GPS 设备等。
这些接收器通过接收卫星信号，并计算卫星与接收器之间的距离，从而确定接收器的位置、速度和时间等信息。
二、GPS 的工作原理GPS 的工作原理基于三角测量法。
当 GPS 接收器接收到来自至少 4 颗卫星的信号时，它可以通过测量信号的传播时间来计算卫星与接收器之间的距离。
由于卫星的位置是已知的，通过多个卫星的距离测量，就可以利用三角测量的原理确定接收器在地球上的位置。
具体来说，卫星发送的信号包含了卫星的位置和发送时间的信息。
接收器接收到信号后，记录下接收时间。
由于信号是以光速传播的，通过计算信号的传播时间乘以光速，就可以得到卫星与接收器之间的距离。
然而，由于时钟误差等因素的影响，测量得到的距离并不是精确的“真实距离”，而是包含了误差的“伪距”。
为了消除这些误差，GPS 系统采用了多种技术和算法，如差分 GPS、载波相位测量等，以提高定位的精度。
三、GPS 的应用领域1、交通运输在交通运输领域，GPS 发挥着至关重要的作用。
汽车导航系统是我们最为熟悉的应用之一。
全球定位系统的研究及应用
全球定位系统的研究及应用全球定位系统，简称GPS，是一种能够确定地球上任何一点的位置及其速度、方向等信息的系统。
GPS系统利用一些在地面上放置的卫星来监测并传输时间、位置等信息，它已经成为现代先进技术的代表，被广泛应用于各个领域。
GPS的以全球覆盖的特性使得它成为现代定位技术中的重要一员。
GPS是由美国政府所掌控，由美国空军的24颗卫星和一些控制站所组成。
卫星运作于轨道上，每台接收机可以接收到至少四颗卫星的信号并以此定位。
目前市场上已经有很多种类型的GPS 设备，他们齐心协力为人们提供方便和安全。
GPS的历史早在20世纪60年代，美国国防部原计划开发一种名为TRANSIT的卫星导航系统，用于提供海上战斗舰船的位置信息。
经过多年的研究及试验，这个系统在1978年正式推出。
1983年，美国国防部开始开发更为完善和高效的卫星导航系统，这就是GPS。
GPS的应用随着人们对GPS技术的认识和使用的普及，GPS已经被广泛应用于各个领域。
1.交通运输领域：GPS在车辆和交通管理中起到非常重要的作用。
运用GPS技术，可以实时监控道路上交通状况，提高道路运输效率，并且使这个过程更为安全。
2.航空航天领域：GPS在交通管制和飞行路径规划中起到关键性的作用。
航空管制人员可以监控和指导飞机的路径以确保其安全，并且航空公司可以利用GPS技术来规划更加准确的航线。
3.地震监测：GPS技术的高精度和全球覆盖特性使得它成为地震研究的一个重要工具。
通过监测高精度的GPS数据，科学家们可以更好地了解地震的运动和迹象，以求保护人们的安全。
4.智能手机和手表：现代智能手机和手表也融入了GPS技术，以帮助人们更好地定位和方便地使用这些设备。
5.户外运动：越来越多的运动爱好者和探险家利用GPS来确保自己在荒野中的安全，并且更好的规划行程和路线。
6.军事领域：GPS最初是美国军队为了提高其战斗力而开发的。
现在，GPS仍然是军事领域中的一个重要组成部分，用于导航、目标定位、系统跟踪等方面。
全球定位系统原理及其应用
全球定位系统原理及其应用咱们来聊聊个挺酷炫的话题——全球定位系统，简称GPS，它就像是个天上的超级向导，不管你走到哪儿，都能给你指条明路。
这玩意儿啊，原理简单说，就是利用一群卫星，在天上转啊转，不停地向地面发射信号，而你的GPS设备呢，就像是个小小的接收器，能捕捉到这些信号，然后咔嚓一算，就知道你在哪儿了。
一、GPS的神奇之处1.1 卫星的舞蹈想象一下，天空中有几十颗卫星，它们像是一群训练有素的舞者，按照精确的轨道翩翩起舞。
这些卫星不仅知道自己在哪儿，还时不时地向地球发送位置信息，就像是夜空中最亮的星，默默为我们指引方向。
1.2 信号的交汇当你的GPS设备打开时，它会像个小侦探一样，四处寻找这些卫星的信号。
一旦捕获到足够多的信号，它就开始了一场大脑风暴，通过复杂的计算，确定出你的精确位置。
这就像是在玩一场寻宝游戏，而你手里的GPS 就是那张神秘的藏宝图。
二、GPS的日常生活应用2.1 导航神器开车出门最怕啥？迷路啊！但有了GPS导航，这事儿就变得轻松多了。
你只需输入目的地，它就能给你规划出最优路线，实时播报路况，让你一路畅通无阻。
简直是司机朋友们的福音啊！2.2 户外探险的好帮手喜欢徒步、骑行或者自驾游的朋友们，GPS更是不可或缺。
在荒野中迷路可是件大事儿，但有了GPS，你就能随时掌握自己的位置，确保安全。
而且，它还能帮你记录轨迹，让你回顾起来更有成就感。
2.3 精准定位的服务不光是出行，GPS还广泛应用于各种需要精准定位的服务中。
比如，快递小哥能准确找到你的家门口送包裹；手机地图能告诉你附近有哪些好吃的、好玩的；紧急救援时，救援人员能迅速定位到你的位置进行施救。
这些都得益于GPS的神奇力量。
三、GPS的未来展望3.1 更精准的定位随着技术的不断进步，GPS的定位精度会越来越高。
未来，我们或许能享受到厘米级的定位服务，让生活更加便捷。
3.2 更广泛的应用除了现有的应用外，GPS还将拓展到更多领域。
全球定位系统(GPS)及其应用
第二节 GPS系统的构成
一、空间部分 （GPS卫星） 二、地面控制部分 （GPS监控站） 三、用户设备部分（ GPS应用软件等）
一、空间部分 （GPS卫星）
GPS系统目前共有24颗卫星（其中21颗 为工作卫星，其他3颗为备用卫星）分布 在6条固定的轨道上，绕地球运行。 每颗卫星以12h为周期，卫星向地面发 射两个波段的载波信号,连续向地面发送 关于时间和自身位置的精确信息。
其次，也为民用、商用提供定位、导航、测速、 授时等数据服务。
GPS 是一个高精度、全天候和全球性的无线电 导航、定位和授时的多功能系统（如卫星上安 置的原子钟可以精确测时），现已发展成为多 领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新 技术产业。 各民用机构和国家纷纷采用措施提高 GPS 应用 的可靠性和定位精度。一方面建立独立的 GPS 卫星测轨系统；另一方面建立独立的卫星定位 系统。
四、中国北斗导航定位系统
我国自行研制了导航定位系统－北斗导航系统， 该系统的三颗卫星，北斗导航试验卫星1a，1b， 1c 到 2003 年 5 月 25 日都已经发射升空，系统在 2001年底开通运行。 在我国 GPS 的开发研究与应用不断在深化和广 化。特别是建立了全国永久性 GPS 跟踪网和相 应的通讯网络和数据处理设施。 GPS 接收机制造与生产也从无到有，工艺水平 也不断在提高，价格大大地低于进口的同类产
此外，GPS卫星还要接收和存储地面控制 站发送的导航信息，执行监控站的监控 指令，不断调整卫星姿态及在轨信息， 保证卫星按预定的轨道运行，通过原子 钟提供精密的时间标准。
二、地面控制部分
（GPS监控站）
地面监控系统是为了测量和调整卫星的工作状 态而设置的。
地面监控系统包括1个主控站、3个注入站和5 个监测站，分布在美国本土和其他国外空军基 地。 整个 GPS 地面监控部分，除主控站外均无人值 守。各站间用现代化的通讯系统联系起来，在 原子钟和计算机的驱动和精确控制下，各项工 作实现了高度的自动化和标准化。
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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。我们反对战争，但要想能更好的 维护世界和平，我们也需要了解GPS——全 球定位系统这种现代地理信息技术。
一、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 。
[阅读指导] GPS的起源
在卫星定位系统出现之前，远程导 航与定位主要用无线电导航系统。
1．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；定位精度不高。
第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4 日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明 GPS系统进入工程建设阶段。1993年底 实用的GPS网即(21+3)GPS星座已经建成 ，今后将根据计划更换失效的卫星。
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,共同给列为20世纪“三大航天 工程”.
(3)GPS信号接收机
GPS信号接收机的任务是：能够捕 获到按一定卫星高度截止角所选择的待 测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行 对所接收到的GPS信号进行变换、放大 和处理，以便测量出GPS信号从卫星到 接收机天线的传播时间，解译出GPS卫 星所发送的导航电文，实时地计算出测 站的三维位置，甚至三维速度和时间。
GPS卫星发送的导航定位信号，是一种可供 无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋
和空间的广大用户，只要用户拥有能够接收 、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备即 GPS信号接收机。可以在任何时候用GPS信 号进行导航定位测量。根据使用目的的不同 ，用户要求的GPS信号接收机也各有差异。 目前世界上已有几十家工厂生产GPS接收机 ，产品也有几百种。这些产品可以按照原理 、用途、功能等来分类。
3．GPS发展历程
GPS实施计划共分三个阶段：
第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从 1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研 制了地面接收机及建立地面跟踪网。
第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979 年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星。研 制了各种用途的接收机。实验表明，GPS定 位精度远远超过设计标准。
三、系统组成
三、系统组成
24颗卫星
空
用
间
户
部
设
分
备
地 1个主控站 面 3个注入站 控 5个监控站 制
(1)GPS卫星星座
由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成 。GPS卫星星座记作(2l+3)GPS星座。24颗卫 星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55Байду номын сангаас度，各个轨道平面之间的夹角为60度，即轨 道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面 内,各颗卫星之间的升交角距相差90度。一轨 道平面上的卫星比两边相邻轨道平面上的相 应卫星超前30度。
地面监控系统 （1）主控站 （2）监测站 （3）注入站
监测站—获取GPS数据,并将 数据送至主控站。 主控站--控制、调度卫星。 注入站— 将主控站的改正参 数等注入每颗卫星。
主控站位于美国科罗拉多的斯平士 （Colorado Springs）的联合空间执行中心 （CSOC），三个注入站分别设在大西洋、印度 洋和太平洋的三个美国军事基地上，即大西洋 的阿松森岛（Ascension）、印度洋的迭哥· 伽西亚(岛Diego Garcia)和太平洋的夸贾林 岛Kwajalein),五个监测站设在主控站和三个 注入站以及夏威夷岛。
思考？
P1(x,y)
海拔
经度
P2(x,y,z)
纬度
二、定位原理：４3颗卫星定位一点
S3 S4
S2 S1
3
2
4
1
（X、Y、Z、T）
问题探讨:
按照理论,我们知道要保证地面各点能 接收到信息只要3颗卫星就可以了,为什么我 们要用4颗卫星呢?
当GPS收到3颗卫星的信号，它只能 计算出2维坐标：经度和纬度，这时它可 能还会显示高度数据，但这数据是无效的。 当GPS能够收到4颗及以上卫星的信号时， 它能计算出本地的3维坐标：经度、纬度、 高度。
[跨越障碍] 全球定位系统的特点是什么
(1)全球，全天候工作。 (2)能为用户提供连续、实时的三维位置、
三维速度和精密时间，不受天气的影响。
(3)定位精度高：单机定位精度优于10米， 采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。
(4)功能多，应用广：随着人们对GPS认识 的加深，GPS不仅在测量、导航、测速、测 时等方面取得更广泛的应用．而且其应用领 域不断扩大。
2．卫星定位系统
最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统
(TRANSIT)，1958年研制．1964年正式投入 使用。由于该系统卫星数目较少(5～6颗)，运 行高度较低(平均1 000 km)，从地面站观测到 卫星的时间间隔较长(平均1．5 h)，因而它无 法提供连续的实时三维导航，而且精度较低
。为满足军事部门和民用部门对连续实时和 三维导航的迫切要求，1973年美国国防部制 定了GPS计划。
(2)地面监控系统
对于导航定位来说．GPS卫星是一 动态已知点。星的位置是依据卫星发射 的星历——描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供的。
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 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—— GPS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 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:
导航型接收机
测地型接收机
天线单元 接收单元
授时接收机
全球定位系统的组成
系统结构 空间 位置
组成和分布
空 全 GPS
由2l颗工作卫星和3颗在轨备用卫
间 球 卫星
定 星座
星组成，24颗卫星均匀分布在6个 轨道平面内