1.1质点参考系和坐标系优质示范课公开课一等奖课件省赛课获奖课件.pptx

1.1质点参考系和坐标系;一、机械运动;讨论1.雄鹰在空中翱翔，身体向前运动,同时翅膀上下拍打.雄鹰的头、翅膀、尾巴等部分运动相似吗?你如何描述雄鹰的运动?;讨论2.在地球绕太阳转动中，地球在绕太阳公转，注意地球同时又在自转，因此地球的各部分离太阳的远近在不停变化．

(1)研究地球公转一周的时间，我们能把它看做一种点吗?

(2)在研究地球自转的时候，我们能不能把它当作一种点来解决?;讨论3.在平直的轨道上行驶的火车.

(1)研究火车整体的运动状况，能把庞大的火车看做一种点吗？

(2)研究火车车轮的旋转，能把火车车轮看做一种点吗？;二、质点;问题与练习;;三、参考系;问题与练习;;四、坐标系;阅读与思考;结论;类比;GPS的定位是运用卫星基本三角定位原理，GPS接受装置以测量无线电信号的传输时间来量测距离，以距离来鉴定卫星在太空中的位置，这是一种高轨道与精密定位的观察???式。假设卫星在11,000英哩高处，测量我们的距离，首先以11,000英哩为半径，以此卫星为圆心画一圆，而我们位置正处在球面上。再假设第二颗卫星距离我们12,000英哩，而我们正处在这二颗球所交集的圆周上。现在我们再以第三颗卫星做精密定位，假设高度13,000英哩，我们即可进一步缩小范畴到二点位置上，但其中一点为非我们所在的位置极有可能在太空中的某一点，因此，我们舍弃这一点参考点，选择另一点为位置参考点。????如果要获得更精确的定位，则必然要再测量第四个颗卫星，从基本物理的观念上来说，以讯号传输的时间乘以速度即是我们与卫星的距离，我们将此测得的距离称为虚拟距离，在GPS的测量上，我们测的是无线信号，速度几乎达18万6千英哩/Sec的光速，而时间却短的惊人，甚至只要0.06秒，时间的测量需要二个不同的时表，一种时表装置于卫星上以统计无线电信号传送的时间，另一种时表则装置在接受器上，用以统计无线电信号接受的时间，即使卫星传送信号至接受器的时间极短，但时间上并不同时，假设卫星与接受器同时发出声音给我们，我们会听到二种不同的声音，这是由于卫星从11,000英哩远的地方传来，因此会有延迟的时间，因此，我们能够延迟接受器的时间，从此延迟的时间╳速度，就是接受器到卫星的距离，此即为GPS的基本定位原理。?

;全球定位系统属于美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统同样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和顾客接受机三大部分构成。该系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星构成卫星星座。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。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观察到四颗以上的卫星，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持续的全球导航能力。

GPS卫星已发展至BlockII型式的定位卫星，由RockwellInternational制造，在轨道上重量约1,900磅，太阳能接受板长度约17呎，于1994年完毕第24颗卫星的发射。因此现在太空中有24颗GPS卫星可供定位运用，绕行地球一周需12恒星时，每日可绕行地球2周，这也就是说，不管任何时间，任何地点，最少有4颗以上的卫星出现在我们的上空。?

?????现在全球有五个地面卫星监控站，分布于夏威夷、亚森欣岛、迪亚哥加西亚、瓜加林岛、科罗拉多泉，这些卫星地面控制站，同时监控GPS卫星的运作状态及它们在太空中的精确位置，主地面控制站更负责传送卫星瞬时常数(EphemerasConstant)及时脉偏差(ClockOffsets)的修正量，再由卫星将这些修正量提供应GPS接受器做为定位运用。;24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，以12小时的周期围绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都能够同时观察到4颗以上的卫星。

由于卫星的位置精确可知，在GPS观察中，我们可得到卫星到接受机的距离，运用三维坐标中的距离公式，运用3颗卫星，就能够构成3个方程式，解出观察点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接受机时钟之间的误差，事实上有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，从而得到观察点的经纬度和高程。

事实上，接受机往往能够锁住4颗以上的卫星，这时，接受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。

由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的SA保护政策，使得民