主题：【原创】“顶尖导航仪”的原理浅介（上） -- 驿路梨花
家园 流泪围观中。。。 对于你来说，介绍经纬度概念不属于科学，介绍微积分原理不属于科学 —— 你究竟是啥科学精神？你这种科学精神我还真没有 —— 我！不！稀！罕！（感谢游MM语言格式）
你懂多少定位导航的“科学知识”？你知道这玩意新奇在哪？局限在哪？错误在哪？我要是哪天和你这种“无知者无畏”的人一样，具有这般瞎掰扯淡不害臊还能愈战愈勇的“科学精神” —— 啊也。。。这不跟骂人一样嘛！
家园 【原创】“顶尖导航仪”的原理浅介（中） 【前言】
1、上文说的那个连接有人进不去，傻瓜教程：进入国家知识产权局然后点专利信息指南的tag，搜索专利号95112593.1，就可以发现这个专利（今天不知道怎么进不去了，可能是放假的原因）。然后点开，页面会要求你下载一个浏览器（在IE界面上），下载完安装好，就可以看说明书了。
2、这里只是说一下原理部分，因为我觉得比较有意思。至于这个原理具体怎么实现的，我也没搞太清楚。按照专利书上的说明，这个东西与gps比较主要是经济上划算，njyd算了一把说经济上不划算。。。但不是他那么算的。这个东西是95年就发明出来了，那个时候我们国家还没有导航卫星，与发射一颗卫星价格相比，这个还是便宜点的。。。虽然它的局限性确实大了点。
3、说起这个东西的实用性，其实没啥好争论的。发明了十几年了，还没见广泛应用，足见没啥实用性。在卫星定位迅猛发展的今天，基本可以断定这个东西应该属于被淘汰的一类发明。但95年的时候，谁能想到今天卫星导航的前景？当然咯，这个就跟我这篇文章没啥关系了，科技应用的淘汰再激烈，也没谁跟数学过不去嘛。
【中】
有人说为啥要东拉西扯扯那么多话，这个。。。专利书上的机理说明就一页，估计300字左右，我得多凑成几篇，不东扯西扯的怎么凑字数？这个东西的原理比较简单，但能把它在工程上实现，也算了不起了。。。
上文说卫星定位导航的原理，是在大地坐标系的基础上，依托地外物体观测来确定坐标。啥是坐标？就是经纬度。恩，这就涉及最简单和最基本的概念。。。什么是经纬度？简单的说，地球有个赤道平面，而地球上任意一点所在同心圆平面与赤道平面的夹角就是纬度；地球还有一个子午线平面，同理，任意一点所在同心圆平面与子午线平面的夹角就是经度。
[提示：原图站已失效]我们把上图设想成立体的：O是地球球心，P是我们需要定位的任意点，平面AB就是P点的切平面，OP是P点所在的圆平面,AO是赤道平面。而赤道平面AO和P点所在的圆平面OP的夹角POA的数值，就是P点的纬度值的由来（南北纬就不分了）。而经度值的确定就是以子午线平面做参照，原理和纬度值差不多，就不画了。
如果我们能够构造出这样两个平面，并且知道我们所处位置所在同心圆平面与其的夹角。。。那么经纬度就是唯一确定的。这个全球性自主基面定位导航仪的所谓“自主”就是这个意思，这种定位方式完全不依赖于地外的参考物体（卫星、星星之类的），也不依赖于基于地球椭球模型的大地坐标系。
这个原理倒不难，高中地理就学过，但是那个P点所在的地球切平面并不是那么容易确定的。我们知道，假如是一个地球仪，那么我拿一块平整的玻璃就可以比划出地球仪上任意点的切平面，但显然地球比地球仪要大的多，没有那么大的玻璃可供比划。。。但换一种思路考虑，如果不能把玻璃变大，能不能使地球变小呢？
我们学习微积分的第一个故事一般都是祖冲之的割圆法，用N边多边形取极限就可以得到圆的周长。而地球作为一个球（准确的说是椭球，不过这个关系不大），我们也可以把这个球面上的表面也通过类似割圆法的方法来处理，那么圆球表面将变成一个棱棱角角的多面体，再取极限，就是一个完整的地球了（曲面曲线积分）。
我们这里不取极限，地球表面上有无数条人为规定的纵向和横向的经纬线已经把地球表面分割成了无数的曲面，而这些曲面的投影就是四边形，专利书上把这些四边形的四边称为“经脊线”和“纬脊线”（发明者自己编的名词，要是看专利书可以注意）。当这些曲面被划分到足够小的时候，现有的技术手段就可以在这个微小曲面上取切平面了。。。什么是足够小？我也不知道，但可以参考的是。。。如果是海上无线电导航，不刻意架高塔的话，一般可以达到40公里左右，或者说经纬度对曲面的划分至少要小于这个数值，才能避免地球曲率的影响。
好了，继续写，之所以要歇息，因为国家知识产权局的专利搜索网页打不开，我没办法看它的专利说明书。
上文就是这个自主定位的基本原理，总结一下：第一，确定经纬度的概念，也就是确定赤道平面和子午平面。第二，通过微分法确定切平面。下面的问题就是如何在工程上实现这三个平面了。
本发明的目的可以这样实现：设计一种由主仪-中心定位基轴、基轴装置平台、表位计量总成和主仪配套装备——外平衡胎架、电子操纵台装备而成的基面定位导航仪。其特征在于：中心定位基准、长垂长平基准、基轴标为传感、标位计量的光、机、电、计部件装置，依循同一圆心三维形位标线结构组装为一体；并由内外自由平台以及一二次配重铅垂基轴与四向电子千分表组成。上图就是这个“顶尖导航仪”的俯视图，蓝字是我原原本本从专利说明书上抄的这个导航仪的原理部分。如果想了解这个东西是怎么从工程上构造赤道平面、子午线平面以及某点切平面的，可以参考这段文字。。。看不懂？没关系，我也没看懂。。。经过反复研究仔细思索，我的得到的结论就是：仅从这个专利书上的说明来研究，我是搞不清这个东西怎么工作的。
如果谁还想搞得详细点，可以参照这个：njyd:“长沙工人研制出顶尖导航仪”的发明专利申请公开说明书njyd:我等着驿路梨花把原理全部解释完再讨论。njyd在这个帖子里对这个仪器提出了质疑，有三个问题，我尝试回答一下：第一个，我不知道；第二个，我不知道；第三个，我还是不知道。。。原因很简单，他看不懂的东西我也没看懂，我也没有实物可供研究。为了保证我的文章远离民科作风，对这种我搞不明白的东西就不做分析了。所以专利书上说的是真是假，我可以负责任的告诉大家：“我！不！知！道！”我只能说这个东西从原理上我没有看出不可行之处，但工程实际上他是否可行，我既不能证实，也不能证伪。毕竟，工艺上的进步是靠时间说了算的 —— 大家不记得摩尔定律了么？今天做不出来的东西，明天沿着这个思路谁知道呢？
但有一点我们是可以知道的，就是。。。无论这个专利书上说的是真是假，这个东西都没有能够广泛应用。我们姑且假设专利书上说的一切都是真实可信的，这就有一个非常吸引人的问题：为什么这么好的东西没人用？？？显然，nyjd以及大部分人质疑的角度并不能很好的解释这个问题。我以为，发明者显然都漏了一个极其重要却又必不可少的一个因素没有考虑，使得这个发明成了未及应用就直接被淘汰的屠龙之物。。。也就是说，即便将来可能真的可以做出这么完美的东西，也很大可能是个废物。关于漏掉的这个因素，我就留在后面再说。
这里我们姑且把定位原理的实现视作黑匣子而不去细究，下面介绍另一个问题，就是导航。。。显然，在这里，定位和导航并不能完全的混为一谈。
字数够了，另起一篇。
通宝推：★★★,☆☆☆,
本帖一共被 1 帖 引用 (帖内工具实现)家园 看不懂在说啥 专利就是简单的问题复杂描述，这个不去说他
这玩意和惯性导航是啥关系？
- 复 看不懂在说啥
家园 惯性导航是自动积分的导航 自动积分吧，我们一般用加速度进行计算，其实从理论上如果知道位移么，也是可以计算出来的，只是我们一般很难直接得到位移。这个东西么，从原理上也可以看成是自动积累的。。。
家园 有点明白了 惯导确实是对加速度的两次积分得到位移，惯导精度不高的原因也就在这里。想直接知道速度或位移，也有一些手段，例如水下时的多普勒声纳，飞机上的空速管，陆地车辆用的速度计或里程仪等。
这个专利讲的东西，应当是一种直接获得经纬度的方法。赤道平面是有严格定义的：经过地球重心、与自转轴垂直的平面；经度零点是人为规定的，没有物理意义。
如果说这个方法能够得到经纬度，那么至少需要以某个基准点为参考，似乎专利里没有说。
说到具体方法，问题就更多了：
1.“我们把上图设想成立体的：O是地球球心，P是我们需要定位的任意点，平面AB就是P点的切平面，OP是P点所在的圆平面,AO是赤道平面。而赤道平面AO和P点所在的圆平面OP的夹角POA的数值，就是P点的纬度值的由来（南北纬就不分了）。”
这个说法差不多是正确的，问题在于：
1）P点的切面如何求？
数学上很容易，但实际测量中是办不到。唯一可行，是认为重力方向指向地心，则重力与切面垂直，利用铅垂、水平仪之类的东西测量。实际上，重力并不指向地心，受到重力分布、矿藏、地球自转的科氏力影响，而且对于重力的精密测量是很复杂很困难的事情。
2）切面与赤道平面的夹角如何求？
如果没有外部信息的话，我实在无法想法如何得到。不会说是利用天文观测吧？那纯粹就是天文导航的事了，郑和下西洋就开始用了吧。
2.“地球表面上有无数条人为规定的纵向和横向的经纬线已经把地球表面分割成了无数的曲面，而这些曲面的投影就是四边形，”
这个经纬线在哪儿？刻在地上了？
说到民科这个事，多嘴两句。
先把他定义为民科吧，其实大部分民科搞的东西，专业人士看来不值一驳，也不愿意多花时间，特别是不会和发明人直接对质，因为没法说服。听过这么个说法，当年陈景润最火的那段时间，中科院数学所收到无数证明哥氏猜想的论文，要是每篇都认真回复，就不用干别的了。
事实上，并不是“也就是说，即便将来可能真的可以做出这么完美的东西，也很大可能是个废物。”，而是这个原理根本就是空中楼阁，无法实现。
对于不依赖外部信息（重力、磁场这类不算）的自主导航，在军事上有十分重要的价值，各国在上面投入巨大。只要是原理上有可能，都会进行深入的研究。前任国防科工委主任丁衡高，就是惯性导航专业出身。
自主导航最极端的例子是战略核潜艇，常年累月沉在水下，只能依赖精度极高的惯性导航，配合其他手段进行定位，保持战斗力。以前看过的资料，来源记不清了，米帝的核潜艇，北冰洋航行了几十天，顶开冰盖浮出水面后，位置误差只有几海里。
说明一下，小弟是导航专业毕业，虽然自己做的卫星导航，但是身边做惯导、组合导航的师兄弟都不少。
- 复 有点明白了
家园 应该明确一下 这个玩意肯定是没用的，如果有用，发明十几年不会依旧躺在专利局里。将来有没有用，99%肯定也是没用的。。。
你说的第一个问题，别人也问，我也想弄明白，他的专利书上泛泛的写了，但我没看懂，所以也就不写了。。。至于第二个问题，经纬度这个东西，各有各的标准，国际上一套，苏联人一套，我们自己不也有一套么。。。所以他心血来潮，搞出个四方格子来，你不随他。
至于这个东西将来么，肯定是没啥用的。你说的呢我大概明白，其实最简单的是，光地表分形曲面就很令人头痛了。。。而用在海上呢，经纬度的转换因子又从哪里来呢？国家总不会为了这么个小东西再去普测吧。你说的核潜艇啊，那个应该算是组合导航，至少修正量是存储好的，否则仅靠惯性导航哪有那么高的精确度。
我写这个东西啊，你觉得没错就成了；我这个原理啊，是最原理的原理，肯定没错么。。。至于实际上的用途，我本来也没说这玩意有用啊。就像老师说“1米的绳子无限等分三分一定还是1米”，这句话是对的，然后大家就懂了极限的概念，我就是在国庆节没事干说这类的废话呢。
顺便问一句，你的老板不会是付老板吧。。。
家园 看不懂。。。。 家园 梨花对俺就是好！恭喜：你意外获得【通宝】一枚。就是没看懂 送花 关闭
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家园 国家都阅兵了 军队都进步了，大家天天都在学联合作战理论了，你还这样不学无术。
你全球定位不学好，到时候报错座标，我把激光制导弹丢你头上怎么办？
