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| 我在哪里？ |
这是一个真实的故事：
1995年6月的一天凌晨，一位驾驶着F－16战斗机的美国空军飞行员在穿越波斯尼亚－黑塞哥维纳的塞尔维亚控制区领空时，他的无线电里传来了另一位美国空军上尉奥格雷迪的呼叫声。原来，奥格雷迪驾驶的F－16战斗机于4天前在该地区被塞尔维亚部队的地对空导弹击中，奥格雷迪安全弹射出机舱后，降落在敌后的草丛中。他最终准确地确定了自己所处的位置，并冒险用无线电与飞行员联络。在此后的4个小时之内，搜寻和营救小组传奇般的救出了奥格雷迪。 |
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| 这项营救任务之所以得以准确的完成，有着一个非常重要的原因。那就是当奥格雷迪安全降落后，他的救生衣内装有一个便携式无线电接收机，该接收机与全球卫星定位系统（GPS）相连，奥格雷迪因此能够在敌后准确地确定自己所处位置的经度、纬度及高度，其误差仅在几十米内，然后他能够向空中的其他飞行员及营救人员发出求救信号，并最终使自己安全获救。 |
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实际上，自从人类诞生以来，就一直为出行问题困扰：我在哪里？应该向哪个方向走？从远古时候起人类就开始用标记的方法来记录线路，不过这种普通标记物有很多缺点：万一标记物被雪盖住怎么办？如何用标记物标记不同的线路？虽然后来地图被发明了，不过在过去的几千年中，使用地图并确定自己的位置依然不是一般人能够完成的事情。进入20、21世纪，这个问题终于有了解决办法，那就是GPS——全球定位系统。 |
你知道吗？
全球定位系统（Global Positioning System - GPS）是美国从20世纪70年代开始研制，最初原系美国国防部全部军事系统中的一个组成部分，主要用于军事目的，这套系统可以使美军士兵独立测定精度为10米以下的自己的位置。GPS系统历时20年，耗资200亿美元，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能力的新一代卫星导航与定位系统。现在，它的应用面越来越广，已经广泛应用于海陆空导航、导弹制导、大地测量和工程测量等。
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GPS系统的组成
GPS系统主要包括有三大组成部分：即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。 |
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1.GPS空间部分——GPS卫星星座
GPS的空间部分使用24颗距地面高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。为了达到覆盖全球的目的，必须使用至少21
颗工作卫星，而另外3 颗为轨道备用卫星。21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。这24颗以12小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上任意一点的观测者都可以同时观测到4颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP），这就提供了在时间上连续的全球导航能力。
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2.GPS地面控制部分——地面监测系统 |
| 地面监控系统一般由主控站、注入站和监测站组成。它的作用一方面是监测和控制卫星上各种设备的工作状况和卫星的轨道运行状况，然后向卫星发送运行参数和轨道参数，确定卫星的位置；另一方面就是监测各颗卫星的时间，保证各颗卫星处于同一时间标准──
GPS 时间系统。 |
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3.用户设备部分——GPS接收机
GPS 信号接受机由硬件、软件和 GPS 数据的后处理软件包三部分组成。它能够跟踪卫星运动，对接受的
GPS 信号进行变换、放大和处理，测算 GPS 信号从卫星到接受天线之间的传播时间，解译出导航电文，适时地算出用户所在的三维位置，甚至三维速度和时间。这种装置我们在一些城市的出租车内已经可以看见。
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| 我们如何利用GPS定位呢? |
实际上，我们在某一时间利用GPS定位时，并不是需要所有的24颗卫星，由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置(X，Y，Z)。 (补充资料) |
| 如果接收机知道它离第一颗卫星的距离，接收机在宇宙中可能的位置就是一个球；如果接收机同时知道它离第二颗卫星的距离，接收机可能的位置就是两个球的交线；如果接收机同时知道它离第三颗卫星的距离，那么接收机的可能位置就是三个球的两个交点。那这两个交点到底哪个是真正的位置点呢，其实非常好判断：一个点在距离地表10公里之内，一个点在距离地表几千公里以外，你说哪个是？ |
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| 考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。在现实生活中，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。 |
能力提高
1.GPS卫星定位的基本原理是，地面上任何一点，在任一时刻，地平面上空至少有多少颗GPS卫星（
）
A．3颗 B．4颗 C．21颗 D．24颗
2．下列有关全球定位系统的叙述，不正确的是（ ）
A．GPS是利用卫星进行导航、定位的系统
B．GPS包括二大部分，即空间部分和地面控制部分
C．GPS卫星星座由24颗卫星组成
D．野外旅行，只要拥有GPS信号接收机，可随时知道自己所处经纬度
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