科学小课堂 · 归纳思维

卫星是
怎么定位的?

从「找朋友」到「北斗卫星」
一起破解定位的秘密

主讲人:杜峥兴

定位,就在我们身边

人民路 学校 ↱ 200 米后右转进入 学府路 12 分钟3.2 公里 · 08:15 到达

地图导航

找到位置,规划路线

起点 GPS 运动中 3.5218:455'20" 公里用时配速

跑步轨迹

记录跑过的每一段路

餐厅 我家 距您 800 米 正在配送中… 骑手已取餐 · 预计 6 分钟送达

外卖小哥

实时看到他到哪了

定位,到底是怎么实现的?

先想想:我们是怎么给朋友指路的?

好朋友第一次来我家玩,我这样告诉他 👇

15 梅岭北路站

坐地铁到梅岭北路站

➜
梅岭北路站 · 3 号口 3

从 3 号口出来

➜
信泰中心 一眼就看到!

看见大商场信泰中心

➜
信泰中心 约 100 米 我家 北

商场正北约 100 米

信泰中心 —— 显眼、容易找到参照物
正北 100 米到参照物的距离

定位的两个基本要素

小树 小卖部 普通楼 信泰中心 一眼就能看到 ✓ 太普通、到处都有,不好认

找参照物

显眼、容易看到的东西

信泰中心 0 米 50 米 100 米 我家 北 大约走 150 步 小朋友一步大约 0.6~0.7 米

确定距离

我离参照物有多远

方法:在地图上「画圆找交点」

长安街 国家博物馆 天安门城楼 人民大会堂 人民英雄纪念碑 300米 200米 500米

📞 打电话问朋友:你到哪了?

🗿离纪念碑 300米

圆上哪个点都有可能…范围太大

🏛️离大会堂 200米

两个圆的交点:缩小到 2 个点

🏯离城楼 500米

🎯 三个圆唯一的交点
= 朋友的位置!

定位方法 · 四步走

1
📍

找多个参照物

➜
2
📏

确定距离

➜
3
⭕

以距离为半径画圆

➜
4
🎯

找圆的交点

手机是怎么定位的?认识「基站」

  • 户外高高的铁塔上的设备,就是基站
  • 手机通过向基站发送信号来联网
  • 基站以自己为中心,向四周发信号
    覆盖到的地方都有信号 📶
  • 基站定位,用的还是「画圆找交点」
    参照物 = 基站

距离怎么量?——用时间!

基站 手机 ⏱ 信号从发出到收到,用了多久?
时间×速度=距离

信号跑得飞快(和光一样,每秒约 30 万公里),只要记下时间,就能算出距离

基站定位:三个圆找交点

基站A 基站B 基站C 200米 300米 150米 📱
基站A:200米
基站B:300米
基站C:150米

🎯 三个圆的交点
就是手机的位置

💡 同时连接的基站越多
定位就越准确

基站也有搞不定的时候

基站 无服务

覆盖不到

深山、荒野、海上,信号到不了

? ? ? 只有 1 个基站 我在圆上哪儿?

基站太少

只有一个参照物,定不准

被挡住 反射绕路

地形复杂

信号被高楼挡住、反射

10 楼 1 楼 走进门就是 10 楼! 差 9 层楼

山城重庆:别的城市,十楼在你头顶;在重庆,十楼可能在你脚下!

👉 不光要知道在哪,还要知道有多高

卫星定位:把参照物搬到太空 🚀

时间 × 速度
基站定位卫星定位
参照物地面的基站太空的卫星 🛰️
距离时间 × 速度时间 × 速度
找位置画圆找交点画 ? 找交点

立体世界:画的不是圆,是「球」

1 颗在一个球面上,范围很大
2 颗两球相交 → 一个圆圈
3 颗再相交 → 只剩 2 个点
4 颗唯一交点 → 精准位置!
划重点

至少 ?4 颗卫星

同时连接,才能得到精准的位置 + 高度

卫星定位,本领可不止「找位置」

↗ 2 公里后出口 去动物园 · 还要 25 分钟

出行导航

打开软件输入目的地
位置和路线马上就有

北京 上海 航班 1234 上海 → 北京 高度 10000 米 · 速度 850 公里/小时 已飞 1 小时 还剩 40 分钟

航班实时追踪

以前只知道起飞、降落时间
现在随时知道飞到哪了

求救! 位置已锁定 北纬 30.5° 东经 123.1° · 救援船正在赶来

海上搜救

轮船遇风浪失联
卫星自动搜索、自动跟踪

全球四大卫星导航系统

🇺🇸

GPS

美国

🇷🇺

GLONASS

俄罗斯 · 格洛纳斯

🇪🇺

Galileo

欧盟 · 伽利略

🇨🇳

北斗 BDS

中国 · 自主研发

北斗:名字来自「北斗七星」✨

天枢天璇天玑天权 玉衡开阳摇光 勺口 4 颗勺柄 3 颗 天璇→天枢,一直延长 北极星 → 北方 北斗七星
  • 古人顺着北斗七星找到北极星,辨别方向
  • 寓意:像北斗七星一样
    一直为人们指引方向
  • 2020 年北斗正式覆盖全球 🌏
  • 国内约 98% 的智能手机支持北斗
    截至 2025 年底 · 中国卫星导航定位协会

北斗就在我们身边

以前:人眼估,差几百米 现在:卫星精准锁定 北斗 24 小时监测 · 起火点已锁定

森林防火

以前目测误差 300~500 米
现在 24 小时监测

8848.86 米 北斗精准测高度

测量珠峰

不用人人爬上山顶
精准测出 8848.86 米

北斗自动驾驶中 沿直线自动播种

智慧农业

机器在北斗指引下
自动精准种地、浇水

归纳思维三种定位,同一个套路

参照物距离从哪来画什么找什么
🗺️ 地图找人纪念碑、大会堂…问朋友平面的圆交点
🗼 基站定位基站时间 × 速度平面的圆
🛰️ 卫星定位卫星(至少4颗)时间 × 速度立体的球

定位模式猜猜他是谁?

0
他是我们班的一个同学谁都有可能
16 人
1
他戴眼镜像第 1 颗卫星:一个球面
8 人
2
他穿红衣服像第 2 颗卫星:一个圆圈
4 人
3
他戴帽子像第 3 颗卫星:两个点
2 人
4
他背蓝色书包像第 4 颗卫星:唯一位置
1 人

定位模式网上买一双鞋

① 品牌品牌 A品牌 B品牌 C品牌 D
② 类型跑步鞋篮球鞋板鞋凉鞋
③ 颜色白色黑色红色灰色
④ 尺码37383940
全部鞋
10000+
+ 品牌 A
1200
+ 跑步鞋
150
+ 白色
20
+ 39 码有货
3 双

今天我们学会了 🎓

  • 定位两要素:参照物 + 距离
  • 方法:以参照物为圆心、距离为半径
    画圆,找交点
  • 基站、卫星都靠 时间 × 速度 算距离
  • 卫星画的是球,至少要 4 颗
  • 我们有自己的 北斗 系统 🇨🇳
  • 定位模式:找交集,缩小范围
停车场找车 白色 · SUV · 车牌 失物招领找水杯 蓝色 · 带吸管 · 有名字 ? 猜谜语 ?

思考题

生活中还有哪些事情
也用到了「定位模式」?

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