比旅行者一号更伟大的无人探测器 (比旅行者一号更伟大的探测器)

本文不涉及过深的数学算法,以具体概念提供给爱好者或有关人士参考。

  • 基本原理:

在中学时代我们的英语老师是个年轻的小牛仔类型,为人开朗但又严谨,通常会利用课堂富余时间给我们讲一些故事和真理,是一个颇有启发性思维引导的老师。

有一次也是讲完课程后给我们讲了两个故事,其中一个故事是一位女士同时打败世界两大围棋大师,这个与主题无关,不赘述。另一个故事大致是这样的:

比旅行者还远的飞船,比旅行者一号更伟大的无人探测器

玛雅文化图案(网图,侵删)

从前有一个国家的职业间碟,是负责到国外收集各种技术信息的,有一次她得到了一份非常有价值的情报,但由于疏忽引起了英国FBI相关机构的警觉,立即在全国各港口、机场*锁封**并严查搜索。由于时间过于紧迫,李小姐根本来不及也无从将原资料以任何方式带回国,那后来怎么样了呢?同学们都很好奇,于是有了各种猜测。陈老师告诉同学们后来这位女士成功并安全地将技术资料带回来了,而同学们答案各种,就是没有一个很合理的办法,老师后没给最后答案,留到第二次课堂有时间再公布答案。

到了第二次英语老师在讲完课程后,同学们还是没有比较好的答案,于是便公开了答案。如果没记错的话,方法是这样的:

她先将所有技术资料用专业的方法编辑成了一部字典,这本字典就相当于摩尔斯代码,这样就相当于所有内容变成了加密的摩尔斯代码,一般情况下是不会留意到字典就是技术资料的。可李小姐在弄好字典后准备出发的时候突然觉得不妥,因为这是高度机密,英国FBI会非常重视,是不会放过每一个细节的。于是李小姐决定辛苦一下将这本字典的所有莫尔斯电码内容再编译成十进制阿拉伯数字,当然具体用几位数表达一个字母,编码格式只有她知道。到这里很多技术人员肯定会认为将数字印成字典还不是一样是本字典有对吧?

没错,如果只是将摩尔斯代码变成十进制数字的字典同样会被英国FBI人员稽查到的,于是李小姐将这本字典磨成了一根针。没有错,就是一根针!李小姐手头有着一台非常精密的光学测量仪器,这台光学仪器测量精度非常高,可以精确到小数点后面多达比字典字数还多的位数,就是这样, 将银针的长度研磨到刚好是这本技术资料的byte数 ,这下明白了吧?然后将研磨好的银针嵌入到专门设计好的发簪上,浑然一体,美丽大方。于是虽然检查人员高度怀疑她拿了资料,但就是没任何证据,因为只是一根针( 针的长度值就是数据 )。李小姐大摇大摆地经受层层关卡成功将资料带回来了,科学家们然后再用同样精度的光学仪器进行测量,还原出了所有详细内容。

  • 需求:

故事当然是故事,不必当真。虽然说光碟测量其实就是基于这个原理,但主要是李小姐是怎样将银针研磨得那么精确几乎是不可能的。不过我们今天想要从这个方法里抽出有用的信息,那就是科学的编码可以有效地提升信息含金量。经过类似于李小姐高精度尺寸的原理实现的信息编码,能够在信号传输过程中连压缩编码都不需要了,因为效率以及接近100%。说了这么多,具体方案如下:

众所周知无线电传输信号越强传输效率就越高,对应的发射与接收距离越远那么信号就越弱,旅行者一号在飞过土星后因离中继星越来越远从而导致信号越来越弱。Nasa除了增加地面接收范围、增加中继星以外,在旅行者一号上也开动了脑筋的。就是在旅行者一号上做了个高增益天线伺服器,也就是无论旅行者一号什么姿态怎么飞,它的高增益天线可以始终对着地球。这也并不是我们所关心的,因为现代科技对这已经不是话下了。我们关心的是低功耗、低成本远距离通信。卫星到达海王星以后信号变得非常弱,传输延迟也十分严重,例如采用100M/秒的带宽传输那么信号延迟可能达数小时甚至更久,也就是说一张高清照片可能需要几天时间才能download。事实上资料显示旅行者一号的信号传输速率只有几kb,就算将图像格式压扁了也很慢,这显然难以满足现代科技的需求。

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无线电波利用天体反射减少信号密度损失

  • 具体方案

一种基于高精度测量棒原理的“甲骨文”式编码技术就诞生了,如图:同样也要先定义好格式,多少位数字或数值为一个包络头,仍然是将一个个数据包头串行传输,算法在附加包络里,唯一不同的只是包头内的数字解码后就是一个个代表的字符或者几何图形。比方说:Π代表3.14159......,£代表1.259624......等,这些常数字符可定义为数据块。而更多地采用三角形、四边形等各种几何图形来定义,最终解调出来的数值当然是几何图形各边或各角度之间的运算后求解值,而算法信息在附加包络解调即可。这对于人脑来说编译几乎不太可能,但对于计算机来说小菜一碟。

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用几何图形求解的数值代表内容

这像不像甲骨文啊?如上述所描述,用一个简单的三角形就能绰绰有余地表达一句话,不仅如此, 只要精度够高、算法够多 ,单个图形可调制的内容包含一部字典之多也是非常轻松的。

那么问题来了,现在有没有联想到,玛雅文化中以及考古学家看到那些在墙壁上或石崖上涂鸦些奇奇怪怪的彩绘图案会不会也是包含一本本数字编码呢?