二维平面定位原理:宝贝,你在哪儿?

卫星导航系统的定位原理并没有想象中那么高大上,只需将日常生活经历进行抽象,再做一个空间转换,就能轻松理解。为此,首先来玩一个“找孩子”的游戏:假设孩子在和父亲去深圳世界之窗的途中走丢了,这个时候有人告诉父亲:

孩子与你相距1000米(游戏的关键,不必理会由谁告知,如何得知),请问这名父亲如何才能准确找(定)到(位)孩子?

二维平面定位原理:宝贝,你在哪儿?

假设这名父亲心理素质很好,那么他立马席地而坐,冷静地拿出地图,以当下站立点为中心,画一个半径1000米的圆环——孩子就在这个圆环上了。

二维平面定位原理:宝贝,你在哪儿?

这名父亲目前是找不到孩子的,除非他赶到1000米外,沿着圆环找一圈。实际上,如果有母亲参与进来,事情就好办多了。假设母亲在家做饭,这个时候有人告诉他:孩子与母亲相距800米(游戏的关键,不必理会由谁告知,如何得知),请问这名父亲应该怎么办?

按照刚才的方法,这名父亲在地图上以母亲为中心,再画一个半径800米的圆环,那么孩子的位置显然只有两种可能了。父亲只需要分别赶赴两个地点查看一下,就可以找到孩子了。

二维平面定位原理:宝贝,你在哪儿?

最后,有人告诉他:孩子距离麦当劳有400米(游戏的关键,不必理会由谁告知,如何得知)。那么,只需要以麦当劳为中心再画一个圆环,孩子的位置就成功锁定!游戏结束。

二维平面定位原理:宝贝,你在哪儿?

这种用画圈来定位的方法,在现实生活中有具体的应用场景吗?

这种画圈定位的方法叫做“三圆交会”法,电信基站定位的原理,就脱胎于这种“找孩子”的游戏。所谓的电信基站,简单理解就是移动/联通/电信的信号塔。

二维平面定位原理:宝贝,你在哪儿?

假设走丢的孩子正在某个角落打《王者农药》,而它的手机在后台可以随时计算出与周围任意一座信号塔的距离(所有手机都有这个功能,不必理会原因),那么父亲无论在哪儿,只需要知道三座信号塔的位置,就可以轻松锁定孩子。孩子他妈也是一样,即使身处国外,只要知道了三座信号塔的位置,也不怕孩子走丢。

二维平面定位原理:宝贝,你在哪儿?

在游戏结束后,把整个思路再捋一遍:假设孩子来到一个陌生城市,他想知道自己身处何处,于是拿出手机,打开定位。该手机可计算出自己与最近三座信号塔的距离,也可直接查询到这三个庞然大物的具体位置,手机里面的电子设备经过一系列类似“画圈圈”的计算,就可在地图上锁定自己的位置,尔后转换为可视化的图形呈现在手机地图上,就完成了整个定位过程。

这种“三圆交会”的基站定位原理跟卫星定位是一样的吗?

基本相同。著名的铱星卫星系统,它的建设思路就相当于把电信基站安装在卫星上,发射到太空中。所以,只要知道卫星的具体位置,就可用类似的道理实施定位。但是有两个区别:第一是圆圈的半径不再是几千米,而是好几万千米;第二是本课的定位是一个平面上实现的,而卫星的定位是在一个立体空间里完成的。

反复提到游戏关键,“距离已知”是怎么意思?

“距离已知”这个关键性的假设,其实也很好理解,具体将在下一课《三维空间定位原理:3D电影的启示》进行解读。最后,放出一张图作为本课的结束及下一课的预热,其中字母C代表光速,也就是卫星信号的传播速度,即每秒30万公里。

二维平面定位原理:宝贝,你在哪儿?

总结

| 电信基站采用“三圆交会”的原理来定位。

|| “三圆交会”定位原理的关键是要提前知道距离和参考点的位置。


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