關(guān)于汽車(chē)定位系統(tǒng)定位原理的模擬游戲

為了教你汽車(chē)定位系統(tǒng)定位原理的基本概念，我們將進(jìn)行一個(gè)演示三邊形的練習(xí)。三邊形是通過(guò)知道你與至少3個(gè)已知點(diǎn)的距離來(lái)確定位置。在定位系統(tǒng)中，這些已知的點(diǎn)就是衛(wèi)星本身。重要的是，我們要明白，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的三邊形定位練習(xí)，而不是定位系統(tǒng)定位過(guò)程中的精確表示。我們將使用一個(gè)平面的地圖和字符串，而實(shí)際上地球是圓的，衛(wèi)星是在天上，而不是在地上。另外，人們往往在任何時(shí)候都能 "看到 "天空中的定位系統(tǒng)衛(wèi)星不止3顆，所以我們要用4個(gè)點(diǎn)，而不是3個(gè)點(diǎn)，來(lái)說(shuō)明一些關(guān)于額外衛(wèi)星的問(wèn)題。這個(gè)練習(xí)應(yīng)該能給你和你的學(xué)生提供一個(gè)很好的例子，讓他們了解GPS定位的工作原理。

在這個(gè)練習(xí)中，我們將使用4顆衛(wèi)星來(lái)模擬GPS定位。你要假裝自己是一個(gè)汽車(chē)定位器，在地圖上的某個(gè)地方，根據(jù)你收到的4個(gè) "信號(hào) "計(jì)算出你的位置。但對(duì)你來(lái)說(shuō)（對(duì)于汽車(chē)定位器來(lái)說(shuō)），所有這些信號(hào)告訴你的是衛(wèi)星發(fā)出信號(hào)時(shí)的位置，以及信號(hào)從衛(wèi)星到你的時(shí)間。換句話說(shuō)，你有從信號(hào)離開(kāi)衛(wèi)星到到達(dá)你的位置所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。你也知道衛(wèi)星向你發(fā)送信號(hào)的時(shí)候它在哪里，因?yàn)樾l(wèi)星的位置是在地圖上顯示的。你需要根據(jù)這段時(shí)間的時(shí)間來(lái)確定你可能在哪里。既然我們知道了信號(hào)的速度(R)，和經(jīng)過(guò)的時(shí)間(T)，我們可以算出距離(D)。

在真正的三維GPS定位中，來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)是用球體表示的。在這個(gè)練習(xí)中，我們要用圓來(lái)表示，因?yàn)槲覀兪窃诙S地圖上。所以，作為一個(gè)汽車(chē)定位器，你需要計(jì)算出你離每個(gè)衛(wèi)星有多遠(yuǎn)。請(qǐng)記住，你可能在任何地方。將提供的地圖平鋪在桌子上，將四個(gè)角都貼上膠帶。找4條長(zhǎng)約1/2米的繩子，4種顏色各1條。通過(guò)求出D=R×T方程，確定每根弦的長(zhǎng)度。光速(R)是299,792,458米/秒，用下面提供的每個(gè)信號(hào)從衛(wèi)星到接收器所需的時(shí)間來(lái)求出D。

信號(hào)到達(dá)GPS接收機(jī)的時(shí)間。

A=0.00505783秒  B=.00423206秒  C=0.00836090秒  D=0.00712225秒

現(xiàn)在你知道每條線應(yīng)該有多長(zhǎng)了，但距離比我們剪的線長(zhǎng)了很多。你需要考慮到地圖的比例系數(shù)。這張地圖的比例尺系數(shù)是1:21,283,839。也就是說(shuō)，地圖上的1米等于地球表面上的21,283,839米。用一個(gè)簡(jiǎn)單的比例，算出你的字符串的比例尺應(yīng)該是多少。將單位轉(zhuǎn)換為厘米，以方便測(cè)量。注：在這個(gè)較短的練習(xí)中，所有的計(jì)算都已經(jīng)為你完成了。

在這個(gè)練習(xí)中，最重要的一點(diǎn)是要盡可能準(zhǔn)確地計(jì)算出你的手串長(zhǎng)度，因?yàn)槟阋媚愕氖执?huà)出一個(gè)圓圈，顯示衛(wèi)星信號(hào)在給定的時(shí)間內(nèi)可能去的所有地方。在某些情況下，這個(gè)圓可能不適合在紙上，可能只是顯示為一個(gè)弧形。你應(yīng)該想出一個(gè)辦法，使這些圓和弧線盡可能精確。在你剪線之前，先想一想這個(gè)問(wèn)題。有沒(méi)有什么別出心裁的技巧可以讓圓和弧線更精確？剪好琴弦，準(zhǔn)備下一步。

現(xiàn)在有四條不同的線，代表4顆衛(wèi)星的距離。想出的任何技巧，繼續(xù)畫(huà)出圓和弧線，以衛(wèi)星為中心點(diǎn)。這個(gè)圓弧代表了衛(wèi)星信號(hào)的位置，在經(jīng)過(guò)的時(shí)間里，衛(wèi)星信號(hào)會(huì)在哪里。記住，我們的位置可以是沿著這個(gè)弧線的任何地方，因?yàn)樾盘?hào)是向各個(gè)方向移動(dòng)的。應(yīng)該看到，至少有兩個(gè)地方可能在那里！這兩個(gè)地方是什么？這兩個(gè)地方是什么地方？完成對(duì)字符串C和D的過(guò)程。

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