Navigasjonsutstyr er av ulike typer og modifikasjoner. Det er systemer designet for bruk i åpent hav, andre er tilpasset allmennheten, og bruker navigatorer i mange henseender til underholdningsformål. Hva er navigasjonssystemer?
Hva er navigasjon?
Begrepet "navigasjon" er av latinsk opprinnelse. Ordet navigo betyr "jeg seiler på et skip". Det vil si at det opprinnelig var et synonym for frakt eller navigasjon. Men med utviklingen av teknologier som gjør det lettere for skip å navigere i havene, med ankomsten av luftfart, romteknologi, har begrepet utvidet rekkevidden av mulige tolkninger betydelig.
I dag betyr navigasjon en prosess der en person kontrollerer et objekt basert på dets romlige koordinater. Det vil si at navigasjon består av to prosedyrer - dette er direkte kontroll, samt en feilberegning av den optimale banen til objektet.
Navigasjonstyper
Klassifiseringen av navigasjonstyper er svært omfattende. Moderne eksperter skiller mellom følgende hovedvarianter:
- bil;
- astronomisk;
- bionavigasjon;
- luft;
- mellomrom;
- maritim;
- radionavigasjon;
- satellitt;
- underjordisk;
- informativ;
- treghet.
Noen av de ovennevnte navigasjonstypene er nært beslektet - hovedsakelig på grunn av fellesheten til teknologiene som er involvert. Bilnavigasjon bruker for eksempel ofte satellittspesifikke verktøy.
Det finnes blandede typer, der flere teknologiske ressurser brukes samtidig, som for eksempel navigasjons- og informasjonssystemer. Som sådan kan satellittkommunikasjonsressurser være nøkkelen i dem. Det endelige målet med deres engasjement vil imidlertid være å gi målbrukergruppene den nødvendige informasjonen.
Navigasjonssystemer
Den tilsvarende typen navigasjon danner som regel et system med samme navn. Det er derfor et bilnavigasjonssystem, marine, rom, etc. Definisjonen av dette begrepet er også til stede i ekspertmiljøet. Navigasjonssystemet, i samsvar med den vanlige tolkningen, er en kombinasjon av ulike typer utstyr (og, hvis aktuelt, programvare) som lar deg bestemme posisjonen til et objekt, samt beregne ruten. Verktøysettet her kan være annerledes. Men i de fleste tilfeller er systemer preget av tilstedeværelsen av følgende grunnleggende komponenter, for eksempel:
- kort (vanligvis i elektronisk form);
- sensorer, satellitter ogandre aggregater for beregning av koordinater;
- ikke-systemobjekter som gir informasjon om den geografiske plasseringen til målet;
- analytisk maskinvare-programvareenhet som gir datainndata og -utdata, i tillegg til å koble sammen de tre første komponentene.
Som regel er strukturen til enkelte systemer tilpasset sluttbrukernes behov. Visse typer løsninger kan fremheves mot programvaredelen, eller omvendt, maskinvaredelen. For eksempel er Navitel-navigasjonssystemet, som er populært i Russland, for det meste programvare. Den er beregnet for bruk av et bredt spekter av borgere som eier ulike typer mobile enheter - bærbare datamaskiner, nettbrett, smarttelefoner.
Navigasjon via satellitt
Ethvert navigasjonssystem involverer først og fremst bestemmelse av koordinatene til et objekt - vanligvis geografiske. Historisk sett har menneskelige verktøy i denne forbindelse blitt stadig forbedret. I dag er de mest avanserte navigasjonssystemene satellitter. Strukturen deres er representert av et sett med høypresisjonsutstyr, hvorav en del er plassert på jorden, mens den andre delen roterer i bane. Moderne satellittnavigasjonssystemer er i stand til å beregne ikke bare geografiske koordinater, men også hastigheten til et objekt, samt bevegelsesretningen.
Satellittnavigasjonselementer
De tilsvarende systemene inkluderer følgende hovedelementer: konstellasjon av satellitter, bakkebaserte enheter for måling av koordinering av orbitale objekter og utveksling av informasjon med dem, enheter for sluttbrukeren(navigatorer) utstyrt med nødvendig programvare, i noen tilfeller - tilleggsutstyr for å spesifisere geografiske koordinater (GSM-tårn, Internett-kanaler, radiofyr, etc.).
Slik fungerer satellittnavigasjon
Hvordan fungerer et satellittnavigasjonssystem? I hjertet av arbeidet er en algoritme for å måle avstanden fra et objekt til satellitter. Sistnevnte befinner seg i bane praktisk t alt uten å endre posisjon, og derfor er deres koordinater i forhold til jorden alltid konstante. I navigatorene er de tilsvarende tallene lagt ned. Når du finner en satellitt og kobler til den (eller til flere samtidig), bestemmer enheten i sin tur dens geografiske posisjon. Hovedmetoden her er å beregne avstanden til satellittene basert på hastigheten på radiobølgene. Et objekt i bane sender en forespørsel til Jorden med eksepsjonell tidsnøyaktighet - atomklokker brukes til dette. Etter å ha mottatt svar fra navigatoren, bestemmer satellitten (eller en gruppe av dem) hvor langt radiobølgen har reist i en slik og en slik tidsperiode. Bevegelseshastigheten til et objekt måles på lignende måte - bare målingen her er noe mer komplisert.
Tekniske problemer
Vi har bestemt at satellittnavigasjon er den mest avanserte metoden for å bestemme geografiske koordinater i dag. Den praktiske bruken av denne teknologien er imidlertid ledsaget av en rekke tekniske vanskeligheter. Hva, for eksempel? Først av alt er dette inhomogeniteten til fordelingen av gravitasjonsfeltet til planeten - dette påvirker posisjonen til satellitten i forhold til jorden. Den samme eiendommen er også preget avatmosfære. Dens inhomogenitet kan påvirke hastigheten til radiobølger, på grunn av dette kan det være unøyaktigheter i de tilsvarende målingene.
En annen teknisk vanskelighet - signalet som sendes fra satellitten til navigatoren blir ofte blokkert av andre bakkeobjekter. Som et resultat er full bruk av systemet i byer med høye bygninger vanskelig.
Praktisk bruk av satellitter
Satellittnavigasjonssystemer finner det bredeste utvalget av applikasjoner. På mange måter - som et element i ulike kommersielle løsninger av sivil orientering. Det kan være både husholdningsapparater og for eksempel et multifunksjonelt navigasjonsmediesystem. Bortsett fra sivil bruk, brukes satellittressurser av landmålere, kartografer, transportselskaper og ulike offentlige tjenester. Satellitter brukes aktivt av geologer. Spesielt kan de brukes til å beregne dynamikken i bevegelsen til tektoniske jordplater. Satellittnavigatorer brukes også som et markedsføringsverktøy - ved hjelp av analyser, som inkluderer geoposisjoneringsmetoder, foretar bedrifter forskning på kundebasen sin, og sender også for eksempel målrettet annonsering. Selvsagt bruker militære strukturer også navigatorer - det var de som faktisk utviklet de største navigasjonssystemene i dag, GPS og GLONASS - for behovene til henholdsvis den amerikanske hæren og Russland. Og dette er ikke en uttømmende liste over områder hvor satellitter kan brukes.
Moderne navigasjonsystemer
Hvilke navigasjonssystemer er for øyeblikket i drift eller utplasseres? La oss starte med den som dukket opp på det globale offentlige markedet før andre navigasjonssystemer - GPS. Utvikleren og eieren er det amerikanske forsvarsdepartementet. Enheter som kommuniserer via GPS-satellitter er de vanligste i verden. Hovedsakelig fordi, som vi sa ovenfor, dette amerikanske navigasjonssystemet ble introdusert på markedet før sine moderne konkurrenter.
GLONASS øker aktivt i popularitet. Dette er et russisk navigasjonssystem. Det tilhører på sin side Forsvarsdepartementet i Den russiske føderasjonen. Den ble utviklet, ifølge én versjon, rundt samme år som GPS - på slutten av 80-tallet - begynnelsen av 90-tallet. Imidlertid ble den introdusert til det offentlige markedet først nylig, i 2011. Flere og flere produsenter av maskinvareløsninger for navigasjon implementerer GLONASS-støtte i enhetene sine.
Det antas at det globale navigasjonssystemet «Beidou», utviklet i Kina, seriøst kan konkurrere med GLONASS og GPS. Riktignok fungerer den for øyeblikket bare som en nasjonal. Ifølge noen analytikere kan den få global status innen 2020, når et tilstrekkelig antall satellitter vil bli skutt opp i bane – omtrent 35. Beidou-systemutviklingsprogrammet er relativt ungt – det begynte først i 2000, og den første satellitten ble utviklet av kinesiske utviklerelansert i 2007.
Europeere prøver også å følge med. GLONASS-navigasjonssystemet og dets amerikanske motstykke kan godt konkurrere med GALILEO i overskuelig fremtid. Europeerne planlegger å distribuere en konstellasjon av satellitter i det nødvendige antallet enheter av orbitale objekter innen 2020.
Blant andre lovende prosjekter for utvikling av navigasjonssystemer kan man merke seg den indiske IRNSS, samt den japanske QZSS. Når det gjelder den første allment annonserte offentlige informasjonen om intensjonene til utviklerne om å lage et glob alt system er ennå ikke tilgjengelig. Det antas at IRNSS kun vil betjene Indias territorium. Programmet er også ganske ungt - den første satellitten ble satt i bane i 2008. Det japanske satellittsystemet forventes også å bli brukt primært innenfor eller ved siden av utviklingslandets nasjonale territorier.
Posisjoneringsnøyaktighet
Ovenfor bemerket vi en rekke vanskeligheter som er relevante for funksjonen til satellittnavigasjonssystemer. Blant de viktigste som vi har navngitt - plasseringen av satellitter i bane, eller deres bevegelse langs en gitt bane, er ikke alltid preget av absolutt stabilitet på grunn av en rekke årsaker. Dette forhåndsbestemmer unøyaktigheter i beregningen av geografiske koordinater i navigatorer. Dette er imidlertid ikke den eneste faktoren som påvirker riktigheten av posisjonering ved hjelp av en satellitt. Hva annet påvirker nøyaktigheten av koordinatberegninger?
Først og fremst er det verdt å merke seg at selve atomklokkene som er installert på satellitter, ikke alltid er helt nøyaktige. De er mulige, men ganskeliten, men påvirker fortsatt kvaliteten på feilene i navigasjonssystemet. For eksempel, hvis det gjøres en feil på nivået av titalls nanosekunder når man beregner tiden som en radiobølge beveger seg, kan unøyaktigheten ved å bestemme koordinatene til et jordobjekt være flere meter. Samtidig har moderne satellitter utstyr som gjør det mulig å utføre beregninger selv under hensyntagen til mulige feil i driften av atomklokker.
Vi bemerket ovenfor at blant faktorene som påvirker nøyaktigheten til navigasjonssystemer er heterogeniteten til jordens atmosfære. Det ville være nyttig å supplere dette faktum med annen informasjon om påvirkningen fra jordnære regioner på driften av satellitter. Faktum er at atmosfæren på planeten vår er delt inn i flere soner. Den som egentlig er på grensen til åpen plass – ionosfæren – består av et lag med partikler som har en viss ladning. De, som kolliderer med radiobølger sendt av satellitten, kan redusere hastigheten, som et resultat av at avstanden til objektet kan beregnes med en feil. Merk at utviklere av satellittnavigasjon også jobber med denne typen kommunikasjonsproblemer: Algoritmene for drift av orbitalutstyr inkluderer som regel forskjellige typer korrigerende scenarier som tar hensyn til særegenhetene ved passasje av radiobølger gjennom ionosfære i beregningene.
Skyer og andre atmosfæriske fenomener kan også påvirke nøyaktigheten til navigasjonssystemene. Vanndamp som er tilstede i de tilsvarende lagene av jordens luftkappe, akkurat som partikler i ionosfæren, påvirker hastighetenradiobølger.
Selvfølgelig, med hensyn til innenlands bruk av GLONASS eller GPS som en del av slike enheter som for eksempel et navigasjonsmediesystem, hvis funksjoner stort sett er underholdende, så er små unøyaktigheter i beregningen av koordinater. ikke kritisk. Men i militær bruk av satellitter bør de tilsvarende beregningene ideelt sett samsvare med den virkelige geografiske plasseringen av objekter.
Funksjoner ved marin navigasjon
Etter å ha snakket om den mest moderne typen navigasjon, la oss ta en kort digresjon inn i historien. Som du vet, dukket selve det aktuelle begrepet først opp blant navigatører. Hva kjennetegner maritime navigasjonssystemer?
Apropos det historiske aspektet, kan man merke seg utviklingen av verktøyene som står til disposisjon for sjøfolk. En av de første "maskinvareløsningene" var kompasset, som ifølge noen eksperter ble oppfunnet på 1000-tallet. Kartlegging, som et viktig navigasjonsverktøy, har også blitt forbedret. På 1500-tallet begynte Gerard Mercator å tegne kart basert på prinsippet om å bruke en sylindrisk projeksjon med like vinkler. På 1800-tallet ble en tømmerstokk oppfunnet - en mekanisk enhet som var i stand til å måle farten til skip. På det tjuende århundre dukket radarer opp i arsenalet av sjømenn, og deretter romkommunikasjonssatellitter. De mest avanserte maritime navigasjonssystemene fungerer i dag, og høster dermed fordelene av menneskelig romutforskning. Hva er arten av arbeidet deres?
Noen eksperter tror detHovedtrekket som kjennetegner et moderne marint navigasjonssystem er at standardutstyret som er installert på skipet har meget høy motstand mot slitasje og vann. Dette er ganske forståelig - det er umulig for et skip som gikk på åpen reise tusenvis av kilometer fra land å komme i en situasjon der utstyret plutselig svikter. På land, der sivilisasjonens ressurser er tilgjengelige, kan alt repareres, men til havs er det problematisk.
Hvilke andre bemerkelsesverdige funksjoner har et maritimt navigasjonssystem? Standardutstyr, i tillegg til det obligatoriske kravet - slitestyrke, inneholder som regel moduler tilpasset for å fikse visse miljøparametere (dybde, vanntemperatur, etc.). Farten til skipet i marine navigasjonssystemer blir i mange tilfeller fortsatt ikke beregnet av satellitter, men av standardmetoder.