三角定位
定位系统
英国历史学家兼作家汤姆·布鲁克斯(Tom Brooks)在其作品《史前英国几何学》(Prehistoric Geometry in Britain)中提到,英格兰南部和威尔士发现众多这样的地标。他通过分析发现,从诺福克到北威尔士的1500个地标通常是巨石或山顶城堡等明显标志物。每个地标都在相邻地标的视野范围内。这套定位系统工作原理类似于近代地质测量中常用的“三角测量法”。 布鲁克斯发现,这些地标排列有序,组成一系列等腰三角形。每个三角形两条等边的公共顶点位置就是一处古代村落。依靠这种“导航系统”,当地古代居民不用携带地图就可以随意出行而不必担心迷路。
定位技术
先说下定位技术,一个比较常用的是GPS,也就是全球卫星定位技术。还有就是UWB( ultrawideband,超宽带)三角定位技术、使用三角测量法精确算出使用者的位置,使用UWB技术可使定位误差在2厘米之内,优于全球卫星定位技术。
GPS定位原理为例:24颗卫星平均分布在6个轨道面,每一个轨道面上各有4颗卫星绕行地球运转,让地面使用者不论在任何地点、任何时间,至少有4颗以上的GPS卫星出现在我们上空中供使用者使用。每颗卫星都对地表发射涵盖本身载轨道面的坐标、运行时间的无线电讯号,地面的接收单位可依据这些资料做为定位、导航、地标等精密测量
GPS定位系统是利用卫星基本三角定位原理,GPS接受装置以量测无线电信号的传输时间来量测距离。由每颗卫星的所在位置,测量每颗卫星至接受器间距离,即可算出接受器所在位置之三维空间坐标值。使用者只要利用接受装置接收到3个卫星信号,就可以定出使用者所在之位置。一般的GPS都是利用接受装置接收到4个以上卫星信号来定出使用者所在之位置及高度。
技术历史
当前北美的定位服务开始于1996年,那时美国通信委员会通过了这个颇有争议的Enhanced911法案,这个法案,在1999年又再次修订,要求无线运营商可以在50至100米之内定位一个手机。任何手机只要拨打美国全国紧急服务电话911,就可以找到你,即使你不知道你在哪里。同时,这能力的首次展示已经在某些地方开始了。从2002年的晚些时候开始,整个Sprint PCS网络已经具备了紧急定位的能力。其他网络,如Cingular Wireless,也成功地完成了在Wilmington的定位技术测试。
这种定位技术无需对手机作多大的修改。定位方法可能会用到来自GPS的信息,但是不会经常使用。如何正确地实施定位技术就要依靠发挥手机网络的根本作用了。在欧洲,主要的手机标准是GSM,而GSM也开始在美国流行。对GSM网络而言,定位技术被称为Uplink Time Difference of Arrival。这种技术依靠一种三角的形式:它至少需要三个手机基站来接收信号,然后通过这三个信号到达时间的不同来计算出位置。在基站密布的市区准确度是最高的。这种技术不需要客户购买新的手机,也不会影响网络的性能。
而CDMA网络是一个码分多址的网络,它的定位技术被称为辅助的GPS,正如名字所示,是利用卫星网络定位的。用这种方法,无线运营商或一个独立GPS数据反馈服务器发送从GPS接收器收到数据“提示”给手机,手机接收到这些信息,快速的修正自己的位置。
服务器或GPS接收器可以安装在每个手机基站上,GPS接收器也可以内置于手机中,它在野外也工作良好,因为它是接收卫星的信号,Sprint PCS,Verizon和Nextel是使用这种技术的。
在欧洲和美国的911服务类似的定位服务,已经也开展起来了。它们的服务号为112。从7月24日起,欧洲的运营商也被强制要求提供定位服务。这次是一个Enhanced 112法案了。
偏差估算
传统的三角定位是通过对位置的估计实现的。提出了一种基于两观察站位置偏差估计对运动辐射源定位的方法,采用优化的最小二乘和卡尔曼滤波算法实现定位。这种算法可使定位误差圆概率模糊区迅速减小,缩短收敛时间,实现了快速定位跟踪的目的。建立了位置偏差的状态方程和测量方程,用上述算法进行了计算机仿真。该方法与位置估计仿真曲线进行了比较,收敛时间从2 s降低到1 s,并且提高了定位精度
远古实例
历史学家在英国南部发现一套建立于5000年前的原始“导航系统”,令人不得不叹服远古先民的智慧。这套古代“导航系统”依靠的不是卫星和全球定位系统(GPS)终端,而是许多建在山丘或高地上的定位地标。
技艺精湛
布鲁克斯GPS坐标图把这些定位点标出后发现,虽然有些三角形边长超过160公里,但所有地标误差均不超过100米。以如此小的误差来构建这些三角形,要求当时的人们掌握高超的几何学知识。
“这决不可能只是巧合,”英国《每日邮报》14日援引布鲁克斯的话说,“这种几何测量十分先进和复杂。我们曾经认为石器时代的先民原始而野蛮,但现在看来必须彻底重新审视这种观点。”“我们的祖先是技艺精巧的工程师,具有极高想象力和创造力,”他说。他还进一步大胆假设,居住在这里的古代人也许是第一套导航系统的发明者。
作用意义
5000年前冰川期结束后,原来的低地和山谷变成沼泽,所以当时的人需要在高地重新建立村落,休养生息。由于当时生存环境恶劣,先民还必须不断探索新定居点以增加人口。这套三角形导航系统为当时各定居点之间的商业往来服务,同时一些帮助建设新定居点的工人也可以用它找到回家的路。
这套精密复杂系统的问世比古希腊人发明几何学还早2000多年。
参考资料
Prehistoric man 'used crude sat nav'.The Telegraph.2009-09-15
最新修订时间:2024-02-24 04:22
目录
概述
定位技术
参考资料