以前没有导航,人们是怎么分辨方向的
如果我们去一个陌生的地方,是不是先打开手机中的地图软件,搜索目的地,就会出现最方便、快捷的路线规划。在网络和手机普及之前,家里面都备着一本城市交通图,然后拿着放大镜仔细的去研究一番,看一看这目的地附近有没有什么公交车可以坐。尽管如此,有的时候还是免不了走冤枉路。
早在公元前三千年,古埃及学者就开始利用星体进行精确导航了。他们通过肉眼观察夜空,逐步地完善了三十六星座星图。录下了他们的运行规律。为古人指出了正北方向。水手们利用北极星和基础的三角函数原理,找到了测量自己与赤道之间大致距离的方法,这个距离也就是纬度。
公元2世纪,古罗马天文学家托勒密完成了八卷本的巨著《地理学指南》,其中就包括了对后世影响深远的一系列世界地图和局部地图,也就是所谓的托勒密地图。
为了能够绘制这些地图,托勒密向水手旅行者搜集了八千多个地方的经纬度坐标,尽管他们并非完美,甚至呢还有不少错误,但是托勒密地图开启了科学绘制地图的先河。
战国时期,古人对磁石的性能已经有所认识,并发明了司南,“司”的意思是掌管,司南就是专门掌管南方的装置,它的形状像一把勺子,把它放在地盘上,勺把的顶端就会指向南方。这里的司南勺就是指向磁体。
北宋时期,人们发现了人工磁化的方法,人工磁体开始代替天然磁石,磁针代替了磁勺,方位盘也渐由方形变为圆形。比起司南勺来,要方便得多,而其指向的准确性又远胜于司南勺。
沈括在《梦溪笔谈》中总结了指南针的四种制作方法,即指甲法、碗唇法、缕悬法、水浮法,还归纳了指南针的两大体系—旱罗盘和水罗盘。
中国磁罗盘于十二世纪传到欧洲后,于近现代加以改革发展。如指向磁体仍为磁针。只不过磁针已由单根发展成磁针组,方位盘也采用液浮装置。
经历了找北技术从无到有的几千年之后,人类的导航与定位技术在二十世纪迅速发展起来,其中最为重要的发明要数无线电了。无线电导航具有不受昼夜和气象条件限制、全天候工作、定位精度高、可附带广播和通信功能的特点。
十九世纪末,意大利发明家马可尼研制成功无线电通讯设备,实现了远距离无线电波的发射和接收,开创了人类无线电通讯的时代。经过不断的尝试和改进,年,他已经能够将电报发送到几公里之外。研究人员很快意识到无线电也可以已被用作优秀的导航工具,因为定点发射的无线电会沿着直线传播。
后来德国人发明了新的陆基无线电发送方式,在地面设置无线电站,飞机上的导航员有一块特制的表,用来接收地面发送的无线电信号。当接收到两个不同无线电站的信号,测定两个方向的交汇点就可以判断飞机的位置。这种做法提高了定位的准确度,而且是被动接受信号,因此不容易暴露自己的位置。
牛顿的惯性定律告诉我们,在没有外力的作用下,物体的运动状态会保持不变。以牛顿经典力学原理为基础,三浮陀螺、陀螺摆加速度计、机械摆加速度计等为代表的第一代惯性仪表。
如果没有外力作用,陀螺仪中的旋转轴都会指向同一个方向,于是陀螺仪逐渐成为辅助导航的利器。随后,加速器也是加入到了辅助导航的队伍当中来。同样是根据牛顿运动定律,加速计检测到的加速度或减速,再根据相应的时间进行计算,配合陀螺仪的指向就可以知道自己相对于出发点的位置,这个系统被称为惯性导航。
人们熟悉的卫星导航系统是美国的GPS卫星导航系统,欧洲研发的伽利略导航系统,还有俄罗斯发明的格洛纳斯系统。而我们最为熟悉的就是我们自主研发的北斗导航系统了。北斗卫星导航系统是我国全球性导航系统,具备定位、测速、授时、双向短报文及通信功能。
从古代的观星定位和指南针,到如今的惯性导航、卫星导航,现在因为手机和互联网的普及。GPS之类的定位系统已经参与到我们的日常生活当中。
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