Navigacijski sistem. Pomorski navigacijski sistemi

Navigacijska oprema je lahko različnih vrst in sprememb. Obstajajo sistemi, namenjeni za uporabo v odprtem morju, drugi pa so prilagojeni širokim množicam uporabnikov, ki uporabljajo navigatorje na različne načine za zabavo. Kakšni so navigacijski sistemi?

Kaj je navigacija?

Izraz "navigacija" je latinskega izvora. Beseda "navigo" pomeni "plava na ladji". To je sprva dejansko sinonim za navigacijo ali navigacijo. Toda z razvojem tehnologij, ki olajšajo plovbo po oceanih, s prihodom letalske vesoljske tehnologije izraz izrazito razširi obseg možnih interpretacij.

Danes se navigacija nanaša na proces, v katerem oseba nadzira objekt na podlagi svojih prostorskih koordinat. To pomeni, da je navigacija sestavljena iz dveh postopkov - to je neposredna kontrola, kot tudi izračun optimalne poti gibanja objekta.

Vrste navigacije

Razvrstitev vrst plovbe je zelo obsežna. Sodobni strokovnjaki razlikujejo naslednje glavne sorte:

- avtomobil;

- astronomski;

- bionavigation;

- zrak;

- vesolje;

- morje;

- radijska navigacija;

- satelit;

- pod zemljo;

- informacije;

- inercijski.

Nekatere od zgoraj navedenih vrst navigacije so tesno povezane - predvsem zaradi skupne narave vključenih tehnologij. Na primer, navigacija za avtomobile pogosto uporablja orodje, specifično za satelitsko navigacijo.

Obstajajo mešane vrste, v katerih se istočasno uporabljajo več tehnoloških virov, kot so na primer navigacijski in informacijski sistemi. V njih so lahko ključni viri satelitskih komunikacij. Vendar pa bo končni cilj njihove vključitve zagotoviti ciljnim skupinam uporabnikov potrebne informacije.

Navigacijski sistemi

Ustrezna vrsta navigacijskih oblik, praviloma, je sistem z enakim imenom. Obstaja torej avtomobilski navigacijski sistem, morje, prostor itd. Opredelitev tega izraza je prisotna tudi v strokovnem okolju. Navigacijski sistem je v skladu s skupno razlago zbirka različnih vrst opreme (in, če je primerno, programske opreme), ki vam omogočajo, da določite položaj predmeta in tudi izračunate njegovo pot. Tu lahko najdete orodje. V večini primerov je za sisteme značilna prisotnost naslednjih osnovnih komponent, kot so:

- zemljevidi (običajno v elektronski obliki);

- senzorji, sateliti in drugi agregati za izračun koordinat;

- nesistemski predmeti, ki zagotavljajo informacije o geografski lokaciji cilja;

- programska in strojna analitična enota, ki zagotavlja vhodne podatke in izhode podatkov ter povezuje prve tri komponente.

Struktura določenih sistemov je praviloma prilagojena potrebam končnih uporabnikov. Posamezne vrste rešitev je mogoče poudariti v smeri programske opreme ali, nasprotno, strojne opreme. Na primer, navigacijski sistem Navitel, priljubljen v Rusiji, je bolj programska oprema. Namenjen je za uporabo številnih državljanov, ki imajo v lasti različne vrste mobilnih naprav - prenosnih računalnikov, tabličnih računalnikov, pametnih telefonov.

Navigacija preko satelita

Vsak navigacijski sistem predpostavlja, pred vsem, opredelitev koordinat objekta - praviloma geografski. V preteklosti se človeški pripomoček v zvezi s tem nenehno izboljšuje. Danes so najbolj napredni navigacijski sistemi satelitski. Njihovo strukturo predstavlja kombinacija visoko precizne opreme, katere del je na Zemlji, drugi pa na orbiti. Sodobni satelitski navigacijski sistemi lahko izračunajo ne samo geografske koordinate, temveč tudi hitrost predmeta in smer gibanja.

Elementi satelitske navigacije

V ustreznih sistemih so vključeni naslednji osnovni elementi: konstelacija satelitov, zemeljske enote za merjenje koordinacije orbitalnih objektov in izmenjava informacij z njimi, naprave končnega uporabnika (navigatorje), opremljene s potrebno programsko opremo, v nekaterih primerih dodatna oprema za določanje geografskih koordinat (stolp GSM , Internetne kanale, radijske svetilnike itd.).

Kako deluje satelitska navigacija

Kako deluje satelitski navigacijski sistem? V središču njenega dela je algoritem za merjenje razdalje od predmeta do satelitov. Slednje se nahajajo v orbiti skoraj brez spreminjanja njihovega položaja, zato so njihove koordinate glede na Zemljo vedno konstantne. V navigatorjih so navedene ustrezne številke. Iskanje satelitov in povezovanje z njim (ali takoj na več) naprava po lastni presoji določi njen geografski položaj. Glavna metoda je izračunati razdaljo do satelita glede na hitrost radijskih valov. Obrtni predmet pošilja zahtevo Zemlji z izjemno natančnostjo v času, za kar se uporablja atomska ura. Ko je od navigatorja prejel odgovor, satelit (ali skupina od njih) določi, kakšna razdalja za tak časovni interval je prešla radijski val. Podobno se izmeri hitrost premikanja predmeta - le merjenje je nekoliko bolj zapleteno.

Tehnične težave

Ugotovili smo, da je satelitska navigacija najbolj popoln način določanja geografskih koordinat. Vendar praktično uporabo te tehnologije spremljajo številne tehnične težave. Kaj, na primer? Najprej je to nehomogenost porazdelitve gravitacijskega polja planeta - to vpliva na položaj satelita glede na Zemljo. Za podobno lastnost je značilna tudi atmosfera. Njegova heterogenost lahko vpliva na hitrost radijskih valov, kar lahko privede do nepravilnosti pri ustreznih meritvah.

Druga tehnična težava je, da signal, poslan satelita v navigator, pogosto blokirajo drugi zemeljski predmeti. Zato je polna uporaba sistema v mestih z visokimi zgradbami težavna.

Praktična uporaba satelitov

Satelitski navigacijski sistemi najdejo najširšo paleto aplikacij. V mnogih pogledih - kot element različnih trgovinskih odločitev civilne usmeritve. Lahko so tako gospodinjske naprave kot na primer večnamenski navigacijski mediji. Poleg civilnih aplikacij geodetisti, kartografi, prevozna podjetja in različne vladne službe uporabljajo satelitske vire. Satelite aktivno uporabljajo geologi. Zlasti z njihovo pomočjo je mogoče izračunati dinamiko gibanja tektonskih zemeljskih plošč. Satelitski navigatorji se uporabljajo tudi kot marketinško orodje - s pomočjo analitike, kjer obstajajo metode geografije, podjetja opravljajo raziskave na podlagi svojih strank in na primer pošiljajo ciljno oglaševanje. Seveda navigatorji in vojaške strukture uporabljajo navigatorje - pravzaprav so razvili največji navigacijski sistemi danes, GPS in GLONASS za potrebe ameriških in ruskih vojsk. In to še zdaleč ni izčrpen seznam območij, kjer se lahko uporabljajo sateliti.

Sodobni navigacijski sistemi

Kateri navigacijski sistemi trenutno delujejo ali so v uvajanju? Začnimo s tistim, ki se je pojavil na svetovnem javnem trgu prej kot pri drugih navigacijskih sistemih - GPS. Njegov razvijalec in lastnik je Ministrstvo za obrambo ZDA. Naprave, ki podpirajo komunikacijo preko satelitov GPS, so najpogostejše na svetu. Predvsem zato, ker smo, kot smo rekli zgoraj, ta ameriški navigacijski sistem začel na trgu prej kot njegovi sodobni konkurenti.

GLONASS aktivno pridobiva priljubljenost. To je ruski navigacijski sistem. Pravzaprav pripada ministrstvu za obrambo Ruske federacije. Razvili so jo, glede na eno različico, približno v istih letih kot GPS - konec 80-ih - zgodnjih 90-ih. Vendar pa je bil javni trg v zadnjem času umaknjen leta 2011. Vedno več proizvajalcev navigacijskih rešitev za strojno opremo podpira podporo GLONASS v svojih napravah.

Predpostavlja se, da lahko globalni navigacijski sistem "Beidou", ki se razvija v LRK, resno konkurira GLONASS-u in GPS-ju. Res je, da trenutno deluje samo kot nacionalno. Po mnenju nekaterih analitikov do leta 2020, ko bo v orbito uvedeno zadostno število satelitov - približno 35, je mogoče pridobiti status globalnega satelita. Razvojni program za sistem Beidou je relativno mlad, začel pa se je šele leta 2000 in prvi satelit so začeli kitajski razvijalci v 2007.

Poskusite držati korak in Evropejci. Navigacijski sistem GLONASS in njegov ameriški analog v bližnji prihodnosti lahko v konkurenci z GALILEO. Evropejci načrtujejo razporeditev skupine satelitov v zahtevano število enot v orbitalnih objektih do leta 2020.

Med drugimi obetavnimi projekti za razvoj navigacijskih sistemov je mogoče opaziti indijski IRNSS, pa tudi japonski QZSS. Glede prvih objavljenih informacij o namerah razvijalcev, da bi ustvarili globalni sistem. Predpostavlja se, da bo IRNSS služil samo ozemlju Indije. Program je prav tako precej mlad - prvi satelit je bil v orbito postavljen leta 2008. Pričakuje se, da se bo japonski satelitski sistem uporabljal predvsem na nacionalnih ozemljih države v razvoju ali sosednjih držav.

Natančnost pozicioniranja

Zgoraj smo opazili številne zapletenosti, ki so pomembne za delovanje satelitskih navigacijskih sistemov. Med glavnimi stvari, ki smo jih imenovali - lokacijo satelitov v orbiti ali njihovo gibanje vzdolž določene poti, za več razlogov ni vedno značilna absolutna stabilnost. To vnaprej določa nepravilnost izračunavanja geografskih koordinat v navigatorjih. Vendar to ni edini dejavnik, ki vpliva na pravilno pozicioniranje s pomočjo satelita. Kaj še vpliva na točnost izračunavanja koordinat?

Najprej je treba omeniti, da iste atomske ure, ki so nameščene na satelitih, niso vedno popolnoma točne. Možne so, čeprav so zelo majhne, vendar še vedno vplivajo na kakovost navigacijskih sistemov napak. Na primer, če se pri izračunu časa, za katerega se premika radijski val, na napake naredi na desetine nanosekund, je lahko neveljavnost pri določanju koordinat zemeljskega objekta več metrov. Istočasno imajo sodobni sateliti opremo, ki omogoča izračune, tudi ob upoštevanju morebitnih napak pri delu atomskih ur.

Zgoraj smo ugotovili, da med dejavniki, ki vplivajo na natančnost navigacijskih sistemov - heterogenost zemeljskega ozračja. To dejstvo bo koristno dopolniti z drugimi informacijami o vplivu območij blizu Zemlje na delo satelitov. Dejstvo je, da je ozračje našega planeta razdeljeno na več območij. Tisti, ki je dejansko na meji z odprtim prostorom - ionosfero - je sestavljen iz sloja delcev z določenim nabojom. Ko se srečujejo z radijskimi valovi, ki jih pošlje satelit, lahko zmanjšajo njihovo hitrost, zaradi česar se lahko razdalja do objekta izračuna z napako. Upoštevajte, da pri takšni vrsti komunikacijskih problemov delujejo razvijalci satelitske navigacije: v algoritmih orbitalne opreme se praviloma oblikujejo različne vrste korekcijskih scenarijev, pri čemer se upoštevajo posebnosti prehoda radijskih valov skozi ionosfero.

Oblaki in drugi atmosferski pojavi lahko vplivajo tudi na natančnost navigacijskih sistemov. Vodna para, prisotna v ustreznih plasteh zemeljskega zračnega ovoja, kot tudi delci v jonosferi, vplivajo na hitrost radijskih valov.

Nedvomno, kar zadeva domačo uporabo GLONASS ali GPS v strukturi takih enot, kot na primer navigacijski medijski sistem, katerega funkcije so v glavnem zabavne, majhne netočnosti pri izračunih koordinat niso kritične. Ampak z vojaško uporabo satelitov, bi ustrezni izračuni idealno ustrezali resnični geografski lokaciji predmetov.

Značilnosti pomorske plovbe

Po pogovoru o najmodernejši vrsti navigacije bomo v zgodovino naredili kratek čas. Kot veste, se je zadevni pojem najprej pojavil v okolju pomorščakov. Kakšne so značilnosti morskih navigacijskih sistemov?

Ko govorimo o zgodovinskem vidiku, je mogoče opaziti razvoj instrumentov, ki so na voljo mornarjem. Ena od prvih "strojnih rešitev" je bila kompas, ki je po mnenju nekaterih strokovnjakov izumil v XI stoletju. Izboljšan je proces kartiranja kot ključnega navigacijskega orodja. V 16. stoletju je Gerard Mercator začel risati karte, ki temeljijo na načelu uporabe valjaste projekcije z enakimi koti. V XIX stoletju je bil izumljen logaritem - mehanska enota, ki omogoča merjenje hitrosti morskih plovil. V dvajsetem stoletju se je arsenal navigatorjev pojavil radar, nato pa vesoljski komunikacijski sateliti. Najsodobnejši navigacijski sistemi danes delujejo in tako izkoriščajo plod človekovega raziskovanja vesolja. Kakšna je posebnost njihovega dela?

Nekateri strokovnjaki menijo, da je glavna značilnost sodobnega pomorskega navigacijskega sistema, da ima standardna oprema, nameščena na ladji, zelo visoko odpornost na obrabo in vodo. To je povsem razumljivo - nemogoče je, da je ladja, ki se je nahajala na odprtem kopališču na tisoče kilometrov od zemlje, v situaciji, ko je oprema nepričakovano zavrnila. Na tleh, kjer so dostopni viri civilizacije, se v morju lahko odpravi vse - to je problematično.

Katere druge pomembne značilnosti ima pomorski navigacijski sistem? Standardna oprema poleg obvezne zahteve po trajnosti običajno vsebuje module, prilagojene določanju določenih parametrov okolja (globina, temperatura vode itd.). Tudi hitrost ladij v morskih navigacijskih sistemih v mnogih primerih ne izračuna sateliti, ampak s standardnimi metodami.